cdma2000 1x 物理层技术

BUPT Wireless Research Center

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cdma2000 1x 物理层技术

陈泽强[email protected]


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内容cdma2000 标准cdma2000 物理层关键特性cdma2000 物理信道cdma2000 无线传输技术


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cdma 标准的演进

cdma2000

基于 ANSI-41的 CDMA 网络(IS95A, IS95B)


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cdma2000 标准 IS-2000-1: Introduction to cdma2000 Standards for Spread

Spectrum Systems

IS-2000-2: Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems

IS-2000-3: Medium Access Control (MAC) Standards for cdma2000 Spread Spectrum Systems

IS-2000-4: Signaling Link Access Control (LAC) Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems

IS-2000-5: Upper Layer (Layer 3) Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems

IS-2000-6: Analog Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems


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内容cdma2000 标准cdma2000 物理层关键特性cdma2000 物理信道cdma2000 无线传输技术


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cdma2000 物理层关键特性

多种 RF 信道带宽快速前向链路功率控制前向链路发射分集Turbo 码技术反向链路相干解调增强的信道结构灵活的帧长多选择的长交织器


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几个基本概念扩频速率 (Spreading Rate, SR)

•SR1: 前向和反向 cdma 信道在单载波上都是采用码片速率为 1.2288Mcps 的直接序列扩谱

• SR3: 前向信道有 3 个载波，每个载波的码片速率为 1.2288Mcps ，反向信道在单载波上采用码片速率为 3.6864Mcps 的直接序列扩谱

无线配置 (Radio Configuration, RC)

•RC 是指一系列前向或反向业务信道的工作模式，每种 RC 支持一套数据速率，其差别在于物理信道的各种参数，包括调制特性和扩谱速率等

无线传输技术 (Radio Transmission Technology, 1xRTT)


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多种 RF 信道带宽

0 3 MHz 5 MHz4 MHz2 MHz1 MHz

1.25 MHz

RF 信道带宽可为 Nx1.25MHz ，其中， N =1,3,5,9 或 12IS-2000 的 Release A 版本仅支持前两种带宽 (1.25 MHz 和 3.75 MHz)cdma2000 1x 采用单载波


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快速前向链路功率控制

移动台在检测了前向链路的Eb/N0 后送出功率控制比特

功率控制比特与反向导频信道复用

功率控制比特不进行编码，避免编码，成帧和解码等造成的时延

功率控制速率是固定的 800次 / 秒

前向链路功率控制

功率控制比特


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前向链路的发射分集

多载波发射分集 (MCTD)

对于 MC 方式，不同的天线采用不同的载波正交发射分集 (OTD)

对于 DS 方式，可以通过分离数据流，采用正交序列扩展两个数据流来完成

f1 f2 f3

f1

f1

1.25 MHz

3 载波

A

B

两天线发射模式

f1

f2

f3

B

C

A

三天线发射模式


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Turbo 码技术

Turbo 编码技术由 C. Berrou 等在 1993 年提出Turbo 码能接近香农极限的纠错性能在较高数据速率时， Turbo 码比传统的卷积码

，对 Eb/N0 的要求低 Turbo 码适合于数据块大于 360bits/frame

(>19.2kbps)


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反向链路相干解调

IS-95 反向链路没有采用相干解调技术cdma2000 反向链路采用反向链路导频进行初始

捕获，定时跟踪，相干解调，功率控制


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灵活的帧长 ( 交织器深度 )

交织器深度是交织时延，交织器存储量以及需要的 Eb/No 的折中

cdma2000 支持 5ms, 10ms, 20 ms, 40ms, and 80ms 的帧长

采用短的帧长，可以减少端到端的时延采用长的帧长，可以减少信息头开销所占的比

例，并且有用信道的平均，可以减少需要的 Eb/No


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cdma2000 标准cdma2000 物理层关键特性cdma2000 物理信道cdma2000 无线传输技术

内容


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cdma2000 逻辑信道

第 1 个字母第 2 个字母第 3 个字母

f = Forward

r = Reverse

d = Dedicated

c = Common

t = Traffic

s = Signaling

逻辑信道命名约定


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cdma2000 物理信道 (1)

信道名称物理信道 F/R-FCH Forward/Reverse Fundamental Channel （前向 / 反向基本信道）

F/R-DCCH Forward/Reverse Dedicated Control Channel( 前向 / 反向专用控制信道)

F/R-SCCH Forward/Reverse Supplemental Code Channel （前向 / 反向补充码分信道）

F/R-SCH Forward/Reverse Supplemental Channel （前向 / 反向补充信道）

F-PCH Paging Channel （寻呼信道）

F-QPCH Quick Paging Channel （快速寻呼信道）

R-ACH Access Channel （接入信道）

F/R-CCCH Forward/Reverse Common Control Channel( 前向 / 反向公共控制信道）

F/R-PICH Forward/Reverse Pilot Channel （前向 / 反向导频信道）


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cdma2000 物理信道 (2)

信道名称物理信道 F-APICH Dedicated Auxiliary Pilot Channel （专用辅助导频信道）

F-TDPICH Transmit Diversity Pilot Channel （发送分集导频信道）

F-ATDPICH Auxiliary Transmit Diversity Pilot Channel （辅助发送分集导频信道）

F-SYNC Sync Channel （同步信道）

F-CPCCH Forward Common Power Control Channel （公共功率控制信道）

F-CACH Forward Common Assignment Channel （公共指配信道）

R-EACH Reverse Enhanced Access Channel （增强接入信道）

F-BCCH Forward Broadcast Control Channel （广播控制信道）


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前向链路 (FL) 物理信道


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前向链路物理信道概况 (1)

前向CDMA信道（SR1和SR3）

公共指配信道

公共功率控制信道导频信道公共控制

信道同步信道业务信道广播控制信道

寻呼信道（SR1）

快速寻呼信道

前向导频信道

发送分集导频信道

辅助导频信道

0-1专用控制信道

0-1基本信道功率控制子信道

0-7补充码分信道（RC1-2）

0-2补充信道（RC3-9）

辅助发送分集导频信道


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前向链路物理信道由适当的 Walsh 函数或准正交函数 (Quasi-Orthogonal Function, 简称 QOF) 进行扩谱

Walsh 函数用于 RC1 或 2 ； Walsh 函数或 QOF用于 RC3 到 9 。 cdma2000 采用了变长的 Walsh码，对于 SR1 ，最长可为 128; 对于 SR3 ，最长可为 256

如果 BS 在前向 CDMA 信道上发送了 F-CCCH ，则它必须还在此 CDMA 信道上发送 F-BCCH



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RC SR最大数据速

率（ Kbps ）

前向纠错编码（ FEC ）速率（帧长） FEC 方式

允许发送分集（ T

D ）调制方式

1*

2*

11

9,60014,400

1/21/2

卷积码卷积码

否否

BPSKBPSK

345

111

153,600307,200230,400

1/41/21/4

卷积 /Turbo 码卷积 /Turbo 码卷积 /Turbo 码

是是是

QPSKQPSKQPSK

6789

3333

307,200614,400460,800

1,036,800

1/61/3

1/4(20ms) 或 1/3(5ms)1/2(20ms) 或 1/3(5ms)

卷积 /Turbo 码卷积 /Turbo 码卷积 /Turbo 码卷积 /Turbo 码

是是是是

QPSKQPSKQPSKQPSK

* RC1 和 RC2 分别对应 TIA/EIA-95-B 中的速率集（ Rate Set ） 1 和 2 （后向兼容）。

前向链路业务信道 RC


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前向链路物理信道概况 (4)扩谱速率 SR1下前向 CDMA 信道的信道类型

信道名称最大数目最大数目

前向导频信道 1 公共功率控制信道未指定

发送分集导频信道 1 公共指配信道未指定

辅助导频信道未指定前向公共控制信道未指定

辅助发送分集导频信道未指定前向专用控制信道 1/Traffic

同步信道 1 前向基本信道 1/ Traffic

寻呼信道 7 前向补充码分信道 (仅 RC1和 2) 7/ Traffic

广播信道未指定前向补充信道 (仅 RC3-5) 2/ Traffic

快速寻呼信道 3 未指定


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前向链路导频信道 (1)

FL 导频信道包括• F-PICH, 前向导频信道 • F-TDPICH, 发送分集导频信道 • F-APICH, 辅助导频信道 • F-ATDPICH, 辅助发送分集导频信道

BS 在 FL CDMA 信道上使用了发送分集方式，则它必须发送相应的 F-TDPICH

BS 在 FL 上应用了智能天线或波束赋形，则可以在一个CDMA 信道上产生一个或多个辅助导频 (F-APICH) ，用来提高容量或满足覆盖上的特殊要求 ( 如定向发射 )。当使用了 F-APICH 的 CDMA 信道采用了分集发送方式时， BS应发送相应的 F-ATDPICH


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F-PICH 占用了 Walsh 函数 W064 对应的码分信道。码分信道 W64k

N(N>64, k满足 064kN, 且 k 为整数 ) 不能再被使用

使用 F-TDPICH ，它将占用码分信道 W16128 ，并且发射功率小于或等

于相应的 F-PICH

使用了 F-APICH ，它将占用码分信道 WnN ，其中 N512, 且 1nN-

1 ， N 和 n 的值由 BS 指定 F-APICH 和 F-ATDPICH联合使用，则 F-APICH 占用码分信道 Wn

N

， F-ATDPICH 占用码分信道 Wn+N/2N ，其中 N512, 且 1nN/2-1 ，

N 和 n 的值由 BS 指定

前向链路导频信道 (2)


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FL同步信道 F-SYNC 是经过编码、交织、扩谱和调制的信号

MS 通过对它的解调可以获得长码状态、系统定时信息和其它一些基本的系统配置参数• BS 当前使用的协议的版本号 • BS 所支持的最小的协议版本号 •网络和系统标识 • 频率配置 • 系统是否支持 SR1 或 SR3

• 发送开销 (overhead) 信息的信道的配置情况

F-SYNC 占用了 W3264 对应的码分信道

前向链路同步信道


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FL 寻呼信道 F-PCH 是经过编码、交织、扰码、扩谱和调制的信号

MS 可以通过它获得系统参数、接入参数、邻区列表等系统配置参数，这些属于公共开销信息

F-PCH 是和 IS-95兼容的信道，在 cdma2000 中，它的功能可以被 F-BCCH、 F-QPCH 和 F-CCCH取代并得到增强

F-BCCH 发送公共系统开销消息； F-QPCH 和 F-CCCH联合起来发送针对 MS 的专用消息，提高了寻呼的成功率，同时降低了 MS 的功耗

F-PCH 可占用 W164 到 W7

64 对应的连续 7 个码分信道，但基本的 F-PCH 占用 W1

64

前向链路寻呼信道


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前向链路同步信道 , 寻呼信道结构

* 实线画出的部分是同步信道与寻呼信道共有的，虚线部分则是同步信道没有而寻呼信道有的。它们的符号重复和块交织的参数也有所差别


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前向链路广播控制信道 FL 广播控制信道 F-BCCH 是经过编码、交织、扰码、扩谱和调制的信号

BS 用它来发送系统开销信息 ( 例如原来在 F-PCH 上发送的开销信息 ) ，以及需要广播的消息 ( 例如短消息)

F-BCCH 的发送速率最高可达 19200bps ，它可以工作在非连续方式，断续的基本单位为广播控制信道时隙

F-BCCH 工作在较低的数据速率时，可以以较低的功率发射，而MS 则通过对重复的信息进行合并来获得时间分集的增益

FEC 编码 R=1/2, 占用码分信道 Wn64 ; FEC 编码 R=1/4

, 占用码分信道 Wn32


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FL 公共指配信道 F-CACH 专门用来发送对 RL 信道快速响应的指配信息，提供对 RL 上随机接入分组传输的支持

F-CACH 在预留接入模式中控制 R-CCCH 和相关的 F-CPCCH子信道，并且在功率受控接入模式下提供快速的证实，此外还有拥塞控制的功能

BS也可以不用 F-CACH ，而是选择 F-BCCH 来通知MS

F-CACH 的发送速率固定为 9600bps ，帧长 5ms ；它可以在 BS 的控制下工作在非连续方式，断续的基本单位为帧

FEC 编码 R=1/2, 占用码分信道 Wn128 ; FEC 编码 R=1/4,

占用码分信道 Wn64

在同一导频 PN偏置下它的长码掩码最多有 8 种，因为 CACH 长码掩码中的 CACH 信道号占 3 个 bit

前向链路公共指配信道


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FL 公共控制信道 F-CCCH 是经过编码、交织、扰码、扩谱和调制的信号。 BS 用它来发送给指定 MS 的消息

F-CCCH具有可变的发送速率： 9600、 19200、或 38400bps ；帧长为 20、 10、或 5ms

FEC 编码 R=1/2 ，占用码分信道 WnN ， N=32, 64, 和

128( 分别对应 38400, 19200, 和 9600bps) ， 1nN-1， n 的值由 BS 指定

FEC 编码 R=1/4 ，占用码分信道 WnN ， N=16,32, 和 6

4( 分别对应 38400, 19200, 和 9600bps) ， 1nN-1 ，n 的值由 BS 指定

前向链路公共控制信道


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* 实线是图题所列信道均有的部分，而第一个虚线框（加帧质量指示位）只有公共控制信道的结构没有，而第二个虚线框（序列重复）仅广播信道的结构有。它们的帧质量指示比特的位数，卷积编码器和块交织器的参数都有差别

前向链路广播控制信道 ,公共指配信道 ,公共控制信道结构


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FL快速寻呼信道 F-QPCH 是未编码的、扩谱的开关键控 (OOK) 调制的信号

BS 用它来通知在覆盖范围内的 , 工作于时隙模式的 , 且处于空闲状态的 MS, 是否应该在下一个 F-CCCH或 F-PCH 的时隙上接收 F-CCCH 或 F-PCH

使用 F-QPCH, 使MS 不必长时间的监听 F-PCH, 从而达到延长 MS待机时间的目的

使用 F-QPCH ，它将依次占用码分信道 W80128 ,W48

128

和 W112128

前向链路快速寻呼信道 (1)


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F-QPCH 采用 80ms 为一个 QPCH 时隙，每个时隙又划分为•寻呼指示符 (PI： Paging Indicators)

•配置改变指示符 (CCI： Configuration Change Indicators)

•广播指示符 (BI： Broadcast Indicators)



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快速寻呼信道

2

20ms

1

20ms

4

20ms

3

20ms

2

20ms

1

20ms

4

20ms

3

20ms

快速寻呼信道时隙（80ms）

快速寻呼信道时隙（80ms）

QPCH速率: 2400bps

（指示符速率: 4800bps）

寻呼指示符寻呼指示符

在第1个QPCH上为2个广播指示符;

在除第1个外的QPCH上这2个指示符保留.

在第1个QPCH上为2个配置改变指示符;在除第1个外的QPCH上这2个指示符保留.

QPCH速率: 4800bps

（指示符速率: 9600bps）

寻呼指示符寻呼指示符

在第1个QPCH上为4个广播指示符;

在除第1个外的QPCH上这4个指示符保留.

在第1个QPCH上为4个配置改变指示符;在除第1个外的QPCH上这4个指示符保留.

t


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FL公共功率控制信道 F-CPCCH 的目的是对多个 R-CCCH 和 R-EACH 进行功控

BS 可以支持一个或多个 F-CPCCH ，每个 F-CPCCH又分为多个功控子信道（每个子信道一个比特，相互间时分复用），每个功控子信道控制一个 R-CCCH 或 R-EACH

非发送分集的条件下使用 F-CPCCH ，它将占用码分信道 Wn

128 ，其中 1n127 ， n 的值由 BS 指定 OTD 或 STS(Space Time Spreading) 的方式下使用 F-CP

CCH ，它将占用码分信道 Wn64 ，其中 1n63 ， n 的

值由 BS 指定

前向链路公共功率控制信道 (1)


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前向链路公共功率控制信道 (2)

公共功率控制信道结构

符号重复

符号映射0->+1,1->-1无信号 -->0

信道增益

调制信号I

MUX

指定的初始偏置0

指定的初始偏置N-1

I路输入PC比特

MUX 符号重复

符号映射0->+1,1->-1无信号 -->0

信道增益

指定的初始偏置0

指定的初始偏置N-1

Q路输入PC比特

Q调制信号

相对偏置计算器抽取器长码发生器

(1.2288Mcps)

公共功率控制信道的长码掩码


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FL专用控制信道 F-DCCH 用来在通话（包括数据业务）过程中向特定的 MS 传送用户信息和信令信息。每个 FL 业务信道可以包括最多 1 个 F-DCCH

F-DCCH 的帧长为 5 或 20ms 。 F-DCCH必须支持非连续的发送方式，断续的基本单位为帧

F-DCCH 上，允许附带一个 FL 功控子信道 WALSH 码配置

• RC3 或 5 的 F-DCCH ，应占用码分信道 Wn64 ，其中 1n63 ， n 的

值由 BS 指定 • 配置为 RC4 的 F-DCCH ，应占用码分信道 Wn

128 ，其中 1n127， n 的值由 BS 指定

• 配置为 RC6 或 8 的 F-DCCH ，应占用码分信道 Wn128 ，其中 1n1

27 ， n 的值由 BS 指定 • 配置为 RC7 或 9 的 F-DCCH ，应占用码分信道 Wn

256 ，其中 1n255 ， n 的值由 BS 指定

前向链路专用控制信道


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前向链路补充信道 (1) FL 补充信道 F-SCH 用来在通话（可包括数据业务）

过程中向特定的 MS 传送用户信息 F-SCH只适用于 RC3 到 9 ，每个 FL 业务信道可以包

括最多 2 个 F-SCH

F-SCH 可以支持多种速率，当它工作在某一允许的 RC下时，并且分配了单一的数据速率，则它固定在这个速率上工作；而如果分配了多个数据速率， F-SCH则能够以可变速率发送

F-SCH 的帧长为 20、 40、或 80ms 。 BS 可以支持 F-SCH 帧的非连续发送


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F-SCH Walsh 码配置•配置为 RC3,4, 或 5 的 F-SCH ，应占用码分信道 Wn

N ，其中 N=4, 8, 16, 32, 64, 128, 128, 和 128( 分别对应最大的所分配 QPSK符号速率 : 307200, 153600, 76800, 38400, 19200, 9600, 4800, 和 2400sps) ， 1nN-1 ， n 的值由 BS指定。对于 QPSK符号速率 4800 和 2400sps ，对每个 QPSK符号Walsh 函数分别发送 2 次和 4 次

•配置为 RC6,7,8, 或 9 的 F-SCH ，应占用码分信道 WnN ，

其中 N=4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 256, 和 256( 分别对应最大的所分配 QPSK符号速率 : 921600, 460800, 230400, 115200, 57600, 28800, 14400, 7200, 和 3600sps) ， 1nN-1， n 的值由 BS 指定。对于 QPSK符号速率 7200 和 3600sps,对每个 QPSK符号Walsh函数分别发送 2次和 4次

前向链路补充信道 (2)


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FL 补充码分信道 F-SCCH 用来在通话（可包括数据业务）过程中向特定的 MS 传送用户信息

F-SCCH只适用于 RC1 和 2 。每个 FL 业务信道可以包括7 个 F-SCCH

F-SCCH 在 RC1 和 RC2 时的帧长为 20ms 。在 RC1下，F-SCCH 的数据速率为 9600bps ；在 RC2下，其数据速率为 14400bps

配置为 RC1 或 2 的 F-SCCH ，应占用码分信道 Wn64 ，其

中 1n63 ， n 的值由 BS 指定

前向链路补充码分信道


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FL 基本信道 F-FCH 用来在通话（可包括数据业务）过程中向特定的 MS 传送用户信息和信令信息

每个 FL 业务信道可以包括最多 1 个 F-FCH 。 F-FCH可以支持多种可变速率，工作于 RC1 或 2 时，它分别等价于 IS-95A 或 IS-95B 的业务信道

F-FCH 在 RC1 和 RC2 时的帧长为 20ms ；在 RC3 到9 时的帧长为 5 或 20ms 。在某一 RC下， F-FCH 的数据速率和帧长可以按帧为单位进行选择，但调制符号的速率保持不变

在 F-FCH 上，允许附带一个 FL 功控子信道 F-FCH 的帧结构里，第一个比特为“保留 / 标志”比

特，简称 R/F 比特。 R/F 比特用于 RC2、 5、 8、和9

前向链路基本信道 (1)


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F-FCH Walsh 码配置•配置为 RC1 或 2 的 F-FCH ，应占用码分信道 Wn

64 ，其中 1n63 ， n 的值由 BS 指定。

•配置为 RC3 或 5 的 F-FCH ，应占用码分信道 Wn64 ，其中 1n6

3 ， n 的值由 BS 指定。•配置为 RC4 的 F-FCH ，应占用码分信道 Wn

128 ，其中 1n127， n 的值由 BS 指定。

•配置为 RC6 或 8 的 F-FCH ，应占用码分信道 Wn128 ，其中 1n

127 ， n 的值由 BS 指定。•配置为 RC7 或 9 的 F-FCH ，应占用码分信道 Wn

256 ，其中 1n255 ， n 的值由 BS 指定

前向链路基本信道 (2)


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前向链路业务信道结构 (1)

* 配置为 RC1 的前向业务信道的结构就是实线框连成的部分，实际上与 IS-95 的前向业务信道结构相同。而配置为 RC2 的前向业务信道的结构是实线框和虚线框合起来连成的部分。二者结构的差别仅在图中三个虚线框（加保留位、符号重复和符号穿刺）的有无，其余部分的参数都相同


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* RC3、 4、 5三种无线配置下的前向业务信道的结构差别仅在于 RC5配置下的业务信道结构比其余两种情况下的业务信道结构要多加一个保留位（图 3-3-7所示虚线框），其余的差别都表现在成帧部分的参数上

前向链路业务信道结构 (2)


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反向链路 (RL) 物理信道


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反向链路物理信道概况 (1)

反向CDMA信道（SR1和SR3）

接入信道

反向导频信道

增强接入信道操作

增强接入信道

反向导频信道

反向公共控制信道操作

反向公共控制信道

反向基本信道

反向业务信道操作(RC1或2)

0到7个反向补充码分信道

反向业务信道操作(RC3到6)

反向导频信道

0或1个反向专用控制信道0或1个反向基本信道

0到2个反向补充信道反向功率控制子信道


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RC SR最大数据速

率（ Kbps ）

前向纠错编码（ FEC ）速率

FEC 方式允许发送分集（ T

D ）调制方式

1*

2*

11

9,60014,400

1/31/2

卷积码卷积码

否否

64 阶正交

64 阶正交

3 4

1 1

153,600(307,200)230,400

1/4(1/2)1/4

卷积 /Turbo码

卷积 /Turbo码

是

是

BPSK+1导频

BPSK+1

导频

5 6

3 3

153,600(614,400)460,800

(1,036,800)

1/4(1/3)1/4

(1/2)

卷积 /Turbo码

卷积 /Turbo码

是

是

BPSK+1导频

BPSK+1

导频

* RC1 和 RC2 分别对应 TIA/EIA-95-B 中的速率集（ Rate Set ） 1 和 2 （后向兼容）。

反向链路业务信道 RC



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信道类型最大数目

反向导频信道 1

接入信道 1

增强接入信道 1

反向公共控制信道 1

反向专用控制信道 1

反向基本信道 1

反向补充码分信道 ( 仅 RC1 和 2) 7

反向补充信道 ( 仅 RC3 和 4) 2

反向链路物理信道概况 (3)扩谱速率 SR1下前向 CDMA 信道的信道类型


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对于 RL 的 RC而言， MS必须支持在 RC1、 3 或 5 中的操作，这 3 种 RC 是最基本的 RC 。 MS还可以支持在 RC2、 4 或 6 中的操作。支持 RC2 的 MS必须支持RC1 ；支持 RC4 的 MS必须支持 RC3 ；支持 RC6 的MS必须支持 RC5

MS 不能在 RL 业务信道上使用 RC1 或 2 的同时使用 RC3 或 4

cdma2000 的 RL 调制方式中新采用了和以前的 M阶正交调制不同的方式，实际上采用的是和 FL 的结构相似的调制方式

cdma2000 的 RL 物理信道仍然用长码加以区分，公用RL 信道的长码掩码由 BS 的系统参数确定，而每个用户的业务信道的长码掩码则由用户自己的身份信息来标识



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RL 导频信道 R-PICH 是未经调制的扩谱信号。 BS利用它来帮助检测 MS 的发射，进行相干解调

当使用 R-EACH, R-CCCH 或 RC3 到 6 的 RL 业务信道时，应该发送 R-PICH 。当发送 R-EACH 前缀 (preamble), R-CCCH 前缀或 RL 业务信道前缀时，也应该发送 R-PICH

当 MS 的 RL 业务信道工作在 RC3 到 6 时，它应在 R-PICH 中插入一个反向功率控制子信道

反向链路导频信道 (1)


page: 51

R-PICH 以 1.25ms 的功率控制组（ PCG ）进行划分，在一个 PCG 内的所有 PN 码片都以相同的功率发射

反向功率控制子信道又将 20ms 内的 16 个 PCG划分后组合成两个子信道，分别称为“主功控子信道”和“次功控子信道”；前者对应 F-FCH 或 F-DCCH ，后者对应 F-SCH

反向链路导频信道 (2)

导频功率控制

1个功率控制组= 1536 x N PN码片

384 x NPN码片

N为扩谱速率（SR）的值


page: 52

RL 接入信道 R-ACH属于 cdma2000 中的后向兼容信道。它用来发起同 BS 的通信或响应寻呼信道消息

R-ACH 采用了随机接入协议，每个接入试探（ probe ）包括接入前缀和后面的接入信道数据帧

反向 CDMA 信道最多可包含 32 个 R-ACH ，编号为 0到 31

对于前向 CDMA 信道中的每个 F-PCH ，在相应的反向CDMA 信道上至少有 1 个 R-ACH 。每个 R-ACH 与单一的 F-PCH 相关联。 R-ACH 的前缀是由 96 个‘ 0’组成的帧

反向链路接入信道 (1)


page: 53

I-ChannelPN

Sequence

64-aryOrthogonalModulator

BlockInterleaver

(576Symbols)

RepeatedCode

Symbol307.2 kcps28.8 ksps

Long CodeGenerator(1.2288Mcps)

Long CodeMask

Add 8EncoderTail Bits

AccessChannel

Bits

88 Bits per20 ms Frame

ConvolutionalEncoder

R = 1/ 3, K = 9

CodeSymbo

l

Data Rate4.8 kbps

RepeatedCode

SymbolSymbolRepetition(2Factor) 28.8 ksps

I

s(t)

cos(2fct)

BasebandFilter

sin(2fct)

Q ChannelGain

Signal PointMapping0 +11 –1

1/ 2 PNChipDelay

Q-ChannelPN

Sequence

BasebandFilter

ChannelGain

Signal PointMapping0 +11 –1 +

+


page: 54

RL增强接入信道 R-EACH 用于 MS 发起同 BS 的通信或响应专门发给MS 的消息

R-EACH 采用了随机接入协议。 R-EACH 可用于 3 种接入模式•基本接入模式•功率受控模式•预留接入模式

对于所支持的各个 F-CCCH ，反向 CDMA 信道最多可包含 32个 R-EACH ，编号为 0 到 31

对于在功率受控模式或预留接入模式下工作的每个 R-EACH ，有 1 个 F-CACH 与之关联。 R-EACH 的前缀是在 R-PICH 上以提高的功率发射的空数据

反向链路增强接入信道 (1)


page: 55

RL 公共控制信道 R-CCCH 用于在没有使用反向业务信道时向 BS 发送用户和信令信息

R-EACH 可用于 2 种接入模式中：预留接入模式和指定接入模式

对于所支持的各 F-CCCH ，反向 CDMA 信道最多可包含 32 个 R-CCCH ，编号 0 到 31

对于所支持的各 F-CACH ，反向 CDMA 信道最多可包含 32 个 R-CCCH ，编号 0 到 31

对于前向 CDMA 信道中的每个 F-CCCH ，在相应的反向 CDMA 信道上至少有 1 个 R-CCCH 。每个 R-CCCH 与单一的 F-CCCH 相关联

反向链路公共控制信道


page: 56

Data RateBits/Frame Bits (kbps) Factor Symbols Rate (ksps)

172 Bits/5 ms 12 38.4 1 768 153.6360 Bits/10 ms 16 38.4 1 1,536 153.6172 Bits/10 ms 12 19.2 2 1,536 153.6744 Bits/20 ms 16 38.4 1 3,072 153.6360 Bits/20 ms 16 19.2 2 3,072 153.6172 Bits/20 ms 12 9.6 4 3,072 153.6


R = 1/4, K = 9

SymbolRepetition

AddFrameQuality

Indicator


ReverseCommon Control

Channel orEnhanced Access

Channel Bits

BlockInterleaver

C

ModulationSymbol

反向链路增强接入信道 , 公共控制信道

结构图


page: 57

RL 专用控制信道 R-DCCH 用于在通话中向 BS 发送用户和信令信息

反向业务信道中可包括最多 1 个 R-DCCH 。 R-DCCH的帧长为 5 或 20ms

MS应支持在 R-DCCH 上的非连续发送，断续的基本单位为帧

反向链路专用控制信道 (1)


page: 58

Data RateBits/Frame Bits (kbps) Symbols Rate (ksps)

24 Bits/5 ms 16 9.6 384 76.8172 Bits/20 ms 12 9.6 1,536 76.8

1 to 171 Bits/20 ms 12 or 16 1.05 to 9.55 1,536 76.8


R = 1/4, K = 9

SymbolRepetition

(2Factor)

AddFrameQuality

Indicator


ReverseDedicated

ControlChannel

Bits

BlockInterleaver

B

ModulationSymbol

Note: If flexible data rates are supported, there can be 1 to 171 channel bits in a 20 ms frame and the encodedsymbols will be repeated and then punctured to provide a 76.8 ksps modulation symbol rate.


R-DCCH, RC3


page: 59

Data RateBits/ Frame Bits Bits (kbps) Deletion Symbols Rate (ksps)

24 Bits/ 5 ms 0 16 9.6 None 384 76.8267 Bits/ 20 ms 1 12 14.4 8 of 24 1,536 76.8

1 to 268 Bits/ 20 ms 0 12 or 16 1.05 to 14.4 1,536 76.8

ReverseDedicatedControlChannel

Bits


R = 1/ 4, K = 9

SymbolRepetition

(2Factor)

SymbolPuncture

BlockInterleaver

AddFrameQuality

Indicator


AddReserved

BitsB

ModulationSymbol

Notes: If flexible data rates are supported, there can be 1 to 268 channel bits in a 20 ms frame and the encoded symbols will be repeated and thenpunctured to provide a 76.8 ksps modulation symbol rate.


R-DCCH, RC4


page: 60

RL 基本信道 R-FCH 用于在通话中向 BS 发送用户和信令信息，反向业务信道中可包括最多 1个 R-FCH

RC1和 2的 R-FCH为后向兼容方式，其帧长为 20ms。 RC3到 6的 R-FCH帧长为 5或 20ms

在某一 RC下的 R-FCH的数据速率和帧长应该以帧为基本单位进行选取，同时保持调制符号速率不变

反向链路基本信道


page: 61

RL 补充码分信道 R-SCCH 用于在通话中向 BS 发送用户信息，它只适用于 RC1 和 2

反向业务信道中可包括最多 7 个 R-SCCH ，虽然它们和相应 RC下的 R-FCH 的调制结构是相同的，但它们的长码掩码及载波相位相互之间略有差异

R-SCCH 在 RC1 和 RC2 时的帧长为 20ms 。在 RC1下， R-SCCH 的数据速率为 9600bps ；在 RC2下，其数据速率为 14400bps

反向链路补充码分信道


page: 62

RL 补充信道 R-SCH 用于在通话中向 BS 发送用户信息，它只适用于 RC3 到 6

反向业务信道中可包括最多 2 个 R-SCH 。R-SCH 可以支持多种速率，当它工作在某一允许的 RC下时，并且分配了单一的数据速率，则它固定在这个速率上工作；如果分配了多个数据速率， R-SCH 则能够以可变速率发送

R-SCH必须支持 20ms 的帧长；它也可以支持 40、或 80ms

反向链路补充信道


page: 63

I

s(t)

cos(2fct + )

BasebandFilter

sin(2fct + )

Q ChannelGain


1/ 2 PNChipDelay

I-ChannelPN Sequence

Q-ChannelPN Sequence

BasebandFilter

ChannelGain


DataBurst

Randomizer

64-aryOrthogonalModulator

Long CodeGenerator(1.2288Mcps)

Long CodeMask

for User m

BlockInterleaver

(576Symbols)

RepeatedCode Symbol

307.2 kcps28.8 ksps

Data RateBits/ Frame Bits (kbps) Factor

16 Bits/ 20 ms 0 1.2 840 Bits/ 20 ms 0 2.4 480 Bits/ 20 ms 8 4.8 2172 Bits/ 20 ms 12 9.6 1

AddFrameQuality

Indicator



R = 1/ 3, K = 9

RepeatedCode

SymbolCode

SymbolSymbol

Repetition 28.8 ksps

ReverseTraffic

ChannelBits

+

+

R-FCH,R-SCCH RC1, RC2


page: 64

Convolutionalor TurboEncoder

SymbolRepetition

SymbolPuncture

BlockInterleaver

AddFrameQuality

Indicator

Add 8Reserved/EncoderTail Bits

ChannelBits C

ModulationSymbol

反向链路基本信道 , 补充信道结构RC3, RC4


page: 65

cdma2000 标准cdma2000 物理层关键特性cdma2000 物理信道cdma2000 无线传输技术

内容


page: 66

cdma2000 无线传输技术信道编码Turbo 码块交织Walsh 码准正交函数 (QOF)

扩频调制技术功率控制


page: 67

信道编码卷积码

• 提供前向纠错能力，在可接受的 BER 或 FER下，尽量减少所需的 Eb/No

• cdma2000 采用 1/2, 1/3, 1/4 和 1/6 卷积编码器Turbo 码

• 所需的 Eb/No 可以比传统的卷积编码器更小• cdma2000 采用 1/2, 1/3 和 1/4 Turbo 码编码器


page: 68

K = 9, Rate 1/4 卷积编码器

CodeSymbols(Output)

InformationBits

(Input)

g0c0

g1

g2

g3

c1

c2

c3


page: 69

Turbo 码


page: 70

Turbo 码的特点Turbo码是 1993年首次推出的信道纠错编码Turbo码建立在两循环系统卷积码、迭代译码软输入 /软输出、随机交织器等等概念基础上

Turbo码有循环系统卷积码以及其它纠错编码所不具有的优点：很强的纠错能力

代价：译码复杂度大，译码时延大


page: 71

较早的 Turbo 码编码器

RSC1

RSC2½»Ö¯

信息比特

删除器复

合器


page: 72

编码器组成主要由两个成员编码器 (图中的 RSC)、一个交织器及删除器等构成

递归系统卷积码 (Recursive Systematic convolutional codes, RSC) ： Turbo 码多以 RSC 作为其成员码， RSC 适合于低信噪比应用

交织器（ Interleaver) ：将同样的信息比特打乱次序，从而改善码距分布，使得两个 RSC 输入之间的相关性很大程度上的削弱。常用的交织器有分组交织器，随机交织器等

删除器 (Puncture):考虑到编码增益、速率匹配等因素对编码器输出的部分比特进行删除


page: 73

递归系统卷积码

code rate :1/2

constraint length k=5

系统位 (xk)：输入信息序列直接出现在输出端。

校验位 (Yk)：输入信息序列经过处理后输出


page: 74

与卷积码同样复杂度情况下，具有更好的性能

成员编码器是 R=1/2 K=4 的递归系统卷积码

通过对成员编码器的校验位输出进行删除操作，得到 R=1/2, 1/3和 1/4 等不同的编码速率

Turbo 码用于补充信道

cdma2000 中的 Turbo 码编码器

TurboInterleaver

X'

Y'0

Y'1

Constituent Encoder 2

n1

n0

d

Clocked once for each of the Nturbo data bit periods with the switchup; then, not clocked for the three Constituent Encoder 1tail bit periods; then, clocked once for each of the three

Constituent Encoder 2 tail bit periods with the switch down.

Control

X

Y0

Y1

Constituent Encoder 1

n1

n0

d

Clocked once for each of the Nturbo data bit periods with the switchup; then, clocked once for each of the three Constituent Encoder 1

tail bit periods with the switch down; then, not clocked for the threeConstituent Encoder 2 tail bit periods.

ControlSymbol

Punctureand

Repetition

NturboInformation

Bits(Input)

(Nturbo + 6)/ RCode

Symbols(Output)


page: 75

其他的 Turbo 码编码器Turbo encoder 中的成员译码器不一定要并行，

可以串行或者串并混合结构也能构成。成员译码器的个数不一定是两个，也可以是更

多个。这种由更多的成员译码器和交织器构成的 Turbo encoder 生成的叫多维 Turbo code.


page: 76

Turbo 码解码器

迭代译码结构：将成员译码器 2 （ DEC2 ）的输出信息反馈回成员译码器 1(DEC1) 中，从而使两个相互独立的译码器充分利用彼此的信息。• DEC 能输出软信息• DEC除了输入系统位校验位，还输入一个先验信息• 两个 DEC之间需要去交织和交织的处理• 迭代可以进行多次，然后通过对软信息做过零判决

两种译码算法：• SOVA： Soft Output Viterbi Algorithm decoder

• MAP：Maximum a posterior probability decoder, and derived Log-MAP, MAX-Log-MAP.


page: 77

Turbo 码解码器结构

DecoderDEC1

Inter-leaving Decoder

DEC2

Deinter-leaving

Deinter-leaving

Decision

Inter-leaving

Xk

Y1k

Y2k


page: 78

公式描述• 写 N = 2m Ncol 符号数据到地址为 0, 1, … , N – 1 的存储器 .

• 按照时序 i = 0, 1, … , N – 1 ，从存储器中读符号数据，读取的地址为 Ai

Ai = 2m (i mod Ncol) + BROm( i/Ncol )

x 是小于或等于 x 的最大整数， BROm(n) 是 m 比特的 n 的反比特数值

块交织

BlockInterleaver

(NSymbols)

InputSymbols

OutputSymbols


page: 79

对于前向信道，除了 F-APICH 和 F-ATDPICH外，在 SR1 时，码分信道所能用的 Walsh 序列的最大长度为 128

Walsh 码 (1)

信道类型 Walsh 函数F-PICH （ SR1 和 SR3

MC ） W064

F-PICH （ SR3 ） W0256

F-TDPICH W16128

F-SYNC （ SR1 ） W3264

F-SYNC （ SR3 ） W32256

F-PCH W164~W7

64

F-QPCH1 W80128

F-QPCH2 W48128

F-QPCH3 W112128


page: 80

对于反向信道，在配置为 RC1 和 2 的反向业务信道中，正交 Walsh 函数被用来调制信息符号，即每 6位输入的码字符号（ C0、C1、…… C5 ）调制后变成输出一个 64 码片的 Walsh 序列。在其余的反向信道中， Walsh 函数也被用来分离信道

Walsh 码 (2)

信道类型 Walsh 函数

R-PICH W064

R-EACH W28

R-CCCH W28

R-DCCH W816

R-FCH W416

F-SCH1 W12 或 W2

4

F-SCH2 W24 或 W4

8


page: 81

Walsh 码树用来计算哪些组合码可以被用在零互相关中产生Walsh 码的另一种方法

(1)

(1,1)

C1,0

C2,0= C1,0 C1,0

(1,1,1,1)

(1,1,0,0)

C4,0= C2,0 C2,0

C4,1= C2,0 C2,0

(1,1)

C2,1= C1,0 C1,0

Walsh 码 (3)

Walsh 码树


page: 82

Walsh 码 (4)

(1,1)

(1,0)

C1,0

C2,0

C2,1

(1,0,1,0)

(1,0,0,1)

C4,2

C4,3

(1,0,1,0,1,0,1,0)

(1,0,1,0,0,1,0,1)

(1,0,0,1,1,0,0,1)

(1,0,0,1,0,1,1,0)

(1,1,1,1)

(1,1,0,0)

C4,0

C4,1

(1,1,1,1,1,1,1,1)

(1,1,1,1,0,0,0,0)

(1,1,0,0,1,1,0,0)

(1,1,0,0,0,0,1,1)

C8,0

C8,1

C8,7

(1)


page: 83

QOF 函数通过由 Walsh 码乘掩码函数来得到如果 Walsh 码的长度为 N ，与长度为 N 的掩码函数相乘，可以得到另外 N 个码信道

QOF 函数和 Walsh 码之间，以及 QOF 函数之间是正交或准正交

准正交函数 (1)


page: 84

Masking FunctionFunction

Hexadecimal Representation of QOFsign Walshrot

0 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

W0256

1 7228d7724eebebb1eb4eb1ebd78d8d28278282d81b41be1b411b1bbe7dd8277d

W130256

2 114b1e4444e14beeee4be144bbe1b4eedd872d77882d78dd2287d277772d87dd

W173256

3 1724bd71b28118d48ebddb172b187eb2e7d4b27ebd8ee82481b22be7dbe871bd

W47256

准正交函数 (2)


page: 85

兼容 IS-95 的扩频调制 (RC1, RC2)

前向链路• QPSK 调制

» 符号解复用为同相 (I) 和正交相 (Q) 两路» 符号速率减半

• PN 复扩频» 减小峰 - 均值

反向链路• 混合移相健控 HPSK(Hybrid PSK, HPSK) 或正交复 QPSK (O

rthogonal Complex QPSK, OCQPSK)

» 减小峰 - 均值» 减小对功放的线性度要求

扩频调制技术 (1)


page: 86

扩频调制技术 (2)前向链路解复用结构

b) OTD Mode

a) Non-OTD Mode

DEMUXXI

YI1

YI2DEMUX

DEMUXXQ

YQ1

YQ2

YI1

YI2

YQ1

YQ2

X

XI YI

DEMUX

XQ YQ

YI

YQ

X


page: 87

复扩频允许 dI 和 dQ 都在两个支路上传输数据序列 dn = dI + jdQ ，编码序列 cn = cI + jc

扩频调制技术 (3)复扩频

cn = cI + jcQ

dn = dI + jdQyn = (dI cI - j dQ cQ ) +

j (dI cQ + dQ cI )


page: 88

扩频调制技术 (4)复扩频的实现

dI

dQ

cQcI

xn = (dIcI - jdQcQ )

-

+

++yn = (dIcQ + dQcI )

cos(ct)

sin(ct)


page: 89


前向链路 IQ映射 (非 OTD模式 )

BasebandFilter

cos(2fct)

BasebandFilter

sin(2fct)

s(t)

Complex Multiplier

–

+I

Q

PNQ

PNI

WalshFunction

YI

YQ

QOFsign

WhenEnabled,Rotateby 90

(Output -Qin + jIin)

Walshrot

Qin

Iin

Enable

+

+

+

+


page: 90

扩频调制技术 (6)前向链路 IQ映射 (OTD 模

式 )

BasebandFilter

cos(2fct)

BasebandFilter

sin(2fct)

s1(t)

Complex Multiplier

–

+

+

+

I

Q

YI1

YQ1

PNQ

PNI

BasebandFilter

cos(2fct)

BasebandFilter

sin(2fct)

s2(t)

–

+I

Q

YI2

YQ2

WalshFunction

QOFsign

WhenEnabled,Rotateby 90º

(Output-Qin + jIin)

Walshrot

Qin

Iin

Enable

WalshFunction

QOFsign

WhenEnabled,Rotateby 90º

(Output-Qin + jIin)

Walshrot

Qin

Iin

Enable

SymbolRepetition

(+ +)

SymbolRepetition

(+ – )

SymbolRepetition

(+ +)

SymbolRepetition

(+ – )

+

+

+

+

+

+


page: 91

扩频调制技术 (7)HPSK 调制


page: 92

QPSK 调制 HPSK 调制



page: 93

+

+

RelativeGain

RelativeGain

RelativeGain

+

+

Notes :1. Binary signals are represented with 1 values

with the mapping +1 for ‘0’ and -1 for ‘1’.Unused channels and gated-off symbols arerepresented with zero values.

2. When the Reverse Common Control Channel orEnhanced Access Channel is used, the onlyadditional channel is the Reverse Pilot Channel.

3. All of the pre-baseband-filter operations occurat the chip rate of 3.6864 Mcps.

Complex Multiplier

-

+

+

+

BasebandFilter

BasebandFilter

cos(2fct)

sin(2fct)

GainWalsh Cover(+ + + + + + + + - - - - - - - - )

Walsh Cover(+ + + + - - - - + + + + - - - - )

Walsh Cover(+ - ) or (+ + - - )

for Reverse Supplemental Channel 1(+ + - - + + - - )

for Reverse Common Control Channeland Enhanced Access Channel

B

C

C

ReversePilot

Channel

ReverseSupplemental

Channel 1, ReverseCommon Control

Channel, or EnhancedAccess Channel

ReverseFundamental

Channel

ReverseDedicated

Control Channel

Decimatorby Factor

of 2

Walsh Cover(+ - )

C

A

RelativeGain

+

ReverseSupplemental

Channel 2

Walsh Cover(+ + - - ) or (+ + - - - - + +)

s(t)

1-ChipDelay

Long CodeGenerator

(3.6864 Mcps)

Q-ChannelPN Sequence

I-ChannelPN Sequence

Long CodeMask

I-ChannelData

Q-ChannelData

+

+

扩频调制技术 (9)反向链路 IQ映射 RC3,4


page: 94

cdma2000 增加了前向快速功控• 移动台测量 Eb/No ，并每隔 1.25ms向 BTS 发出功率上升或

功率下降的命令前向链路和反向链路都允许开环和闭环功控 cdma2000 中，移动台必须能提供三种独立的输出功率

调节方式 •移动台的开环功率控制 •移动台和基站共同参与的闭环功率控制 •仅在 RC3 到 6 的反向业务信道中用到的由移动台和基站共同

参与的码分信道属性调节

功率控制 (1)


page: 95

BS-TXMS

出错的帧数

Eb/No (est.)+-

Eb/No 设定点

± 1 dB /1.25ms

反向链路功率控制子信道 l

Filter

BSC

功率控制 (2)前向链路功控


page: 96

内环功率控制• 移动台对测量的 Eb/Nt 和设定的值进行比较• 移动台在反向功率控制子信道上发送功率控制比特 (1 或 0)

• 功率控制比特发送速率每秒 800 次外环功率控制

• 移动台校正外环 Eb/Nt 设定值，以在前向链路上得到目标 FER

功率控制 (3)前向链路闭环功控


page: 97

RC1 和 RC2

• 基站根据由移动台发送的 6 个连续Walsh 码来估计 Eb/N0

• 估计的 Eb/N0 与设定的门限进行比较，以确定功控比特的符号

RC3 及其他• 基站根据导频信道估计 Eb/N0

• 估计的 Eb/N0 与设定的门限进行比较，以确定功控比特的符号

RC3类型功控• 固定的功控速率， 800bps

• 除了采用门限模式以外，功控独立于数据速率

功率控制 (4)

反向链路功控


page: 98

移动台根据接收到的 F-FCH 或 F-DCCH 的功控比特来调整平均功率输出

支持 0.25 dB, 0.5 dB, 和 1.0 dB 的功控步长• 移动台需要支持 1.0 dB 的功控步长• 如果移动台支持 R-SCH ，则它必须支持 0.5 dB 的功控步长

移动台通过功率控制消息 (Power Control Message, PCNM) 来确定功控步长

功率控制 (5)

反向链路闭环功控


page: 99

参考文献TIA/EIA/IS-2000.2-A, Physical Layer Standard for cdma

2000 Spread Spectrum Systems, March, 2000

杨大成 , cdma2000 技术 , 北京邮电大学出版社 , 2000.11

A.J Viterbi, CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication, Addison Wesley, 1995

J.S. Lee, L.M. Miller, CDMA Systems Engineering Handbook, Artech House, 1998

Agilent AN 1335, HPSK Spreading for 3G, Agilent Technologies, 2000


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谢谢 !

cdma2000 1x 物理层技术

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