CDMA20001X技术标准

CDMA20001X技术标准1.cdma2000标准简述1.1cdma20001Xcdma2000技术是第三代移动通信系统IMT-2000系统的一种模式，它是从cdmaOne（IS-95）演进而来的一种第三代移动通信技术。IS-95标准在1993年面世，这个技术不是一个单一的、静止的技术，随着版本０、版本Ａ及版本Ｂ的制订，IS-95也在不断地发展和演进。cdma2000的正式标准是在2000年3月通过的。它原意是把cdma2000分为多个阶段来实施，第一个阶段称为cdma20001X，第二个阶段称为cdma20003X。图1.1-1各标准衍生图1X的意思是使用与IS-95相同的一个1.25Mhz频宽的载波；3X则意味着三个载波。cdma20001X完全兼容IS-95的第三代移动通信系统，其空中接口标准依照的是EIA/TIA/IS-2000协议，采用码分和频分结合的多址技术。cdma20001X的空中信道支持的调制功能在兼容IS-95的基础上得到了极大的增强，包括采用了前向快速功控，增加了前向信道的容量；提供反向导频信道，使反向相干解调成为可能，反向增益较IS-95提高了3dB，反向容量增加1倍；业务信道可采用比卷积码更高效的Turbo码，使容量进一步增加；引入了快速寻呼信道，减少了移动台功耗，增加了移动台的待机时间；可采用发射分集方式OTD或STS，提高了信道的抗衰落能力。此外，新的接入方式减少了移动台接入过程中的干扰；仿真与现场测试结果表明，cdma20001X系统的话音业务容量是IS-95系统的２倍，数据业务容量是IS-95的10倍。cdma20001X网络主要是由BTS、BSC和PCF、PDSN等节点组成。基于ANSI-41核心网的系统结构如图1.1-2所示图1.1-2cdma20001X系统的网络结构其中PCF为分组控制单元，PDSN为分组数据服务器，SDU为业务交换数剧单元模块，BSCC为基站控制器连接。从图中可以看出，与IS-95相比，网络结构中的PCF和PDSN是两个新增的模块，PCF用于转发无线子系统和PDSN分组控制单元之间的信息，PDSN节点为cdma20001X接入Internet的接口模块，PCF和PDSN通过支持移动IP的A10、A11接口互连，可以支持分组数据业务传输。而以MSC/VLR为核心的网络部分，支持语音和增强的电路交换型数据业务，与IS-95一样，MSC/VLR与HLR/AUC之间的接口基于ANSI-41协议。BTS在小区建立无线覆盖区域用于移动台通信，移动台可以是基于IS-95或cdma20001X制式的手机。BSC可对多个BTS进行控制，Abis接口用于连接BTS和BSC，A1接口用于MSC与BSC之间的信令信息，A2接口用于传输MSC与BSC之间的语音信息，A3接口用于传输BSC与SDU之间的用户话务（包括语音和数据）和信令；A7接口用于传输BSC之间的信令，支持BSC之间的软切换。以上这些接口与IS-95系统的需求是相同的，其中A8、A9、A10、A11是新增的接口。A8接口用于传输BSC和PCF之间的用户业务，A9接口用于传输BSC和PCF之间的信令信息，A10和A11接口都是无线接入网和分组核心网之间的开放接口，A10接口用于传输PCF和PDSN之间的用户业务，A11接口用于传输PCF和PDSN之间的信令信息。1.2cdma20001x/EV-DO一种叫HDR（HighDateRate）的新技术的出现，让世人对cdma2000技术的理解又有了新的内涵。HDR的提出是为了进一步满足用户对无线数据通信的渴望，它通过更高效的、更能符合分组数据传输特点的调制方式使系统对数据传输速率的支持达到了前所未有的2.4Mbps。如此优异的性能使CDG（CDMADevelopmentGroup）组织于2000年6月决定向3GPP2提出建议把它作为cdma20001X演进的另一条路径，并正式命名为1xEV（1XEvolution）。1xEV的演进又被划分为两个发展阶段，第一阶段叫1xEV-DO。1xEV-DO意指DateOnly，它使运营商利用一个与IS-95或cdma2000相同频宽的CDMA载频就可实现高达2.4Mbps的前向数据传输速率，目前已被国际电联ITU接纳为国际3G标准，并已具备商用化条件。第二阶段叫1xEV-DV。1xEV-DV意为DateandVoice。顾名思义它可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据，目前有多种候选方案，如以朗讯、高通等公司为主提出的L3NQS和摩托罗拉、诺基亚等提出的1xTREME。1xEV-DV可提供6Mbps甚至更高的数据吞吐量。图1.2-1cdma20001X演进过程表1.2-1cdma2000个技术数据速率对比技术最高数据速率实际数据速率频谱业务IS-95A/B115.2Kbps10-40Kbps1.25Mhz话音和电路交换数据业务1xRTT614.4Kbps80-100Kbps1.25Mhz话音、电路数据和分组数据1x-EV-DO2.48Mbps600K-1Mbps1.25Mhz分组数据业务3xRTT2Mbps3.75Mhz话音、电路和分组数据业务其中，EV-DV在固定环境中所支持的速率2Mbps，在低速移动环境（如步行）中所支持的速率为384kbps，在车载环境中的为144kbps。2.cdma2000关键技术2.1cdma20001Xcdma2000得益于cdmaOne系统数年来所获得的丰富经验，cdma2000由IS-95平滑演进而来，它采用了众多的新技术（如前向发射分集、快速前向功率控制、反向链路相干解调、Turbo编码等），因此，cdma2000是一种非常行之有效且富于生命活力的技术。该标准支持语音和数据传输，并在包括新的IMT-2000分配在内的各种频谱带宽中进行设计和测试。cdma2000所独有的特点、益处和性能使它成为了集高语音容量和高速分组数据于一身的卓越技术，其利用同一载频支持语音和数据服务的能力使得无线运营商所投入的资金回报更高。由于cdma2000的最优化无线电通信技术，运营商可以建设更少的基站，更快的开展业务，并最终实现更快更多的回报。其采用的主要新技术包括：多种射频信道带宽Turbo码800hz前向快速功率控制前向快速寻呼信道前向链路发射分集反向相干解调连续的反向空中接口波形辅助导频信道增强的媒体接入控制功能灵活的帧长2.1.1Turbo码技术为了适应高速数据业务的需要，cdma20001X中采用Turbo编码技术（编码速率可以是1/2、1/3或1/4）。cdma20001X提供在前向和后向SCHs中使用Turbo或卷积编码的选择，两个编码方案对基站和移动台而言是可选择的，各自的容量均在呼叫建立之前通过信令信息进行传达。除了峰值的提高和速率粒度的改进之外，在cdma20001X中对流量信道编码的主要改进就是支持速率为1/2、1/3或1/4的Turbo编码。Turbo码基于1/8状态平行结构，仅仅应用于补充信道和多于360字节的帧，Turbo编码为数据传输提供行之有效的解决方案，并且更好地提升了链路性能和系统容量。总而言之，Turbo编码较之卷积编码在功率节省方面又很大的进步，这种增益是数据速率的函数，通常数据速率越高Turbo编码所产生的效果越好。Turbo编码器由两个递归系统卷积码（RSC）成员编码器、交织器和删除器构成，每个RSC有两路校验位输出，两个RSC的输出经删除复用后形成Turbo码。编码器一次输入Nturbobit，包括信息数据、帧校验（CRC）和保留bit，输出(Nturbo+6)/R个符号。Turbo译码器由两个软输入软输出的译码器、交织器和去交织器构成，两个成员译码器对两个成员编码器分别交替译码，并通过软输出相互传递信息，进行多轮译码后，通过对软信息作过零判决得到译码输出。Turbo码具有优异的纠错性能，但译码复杂度高，时延大，因此主要用于高速率、对译码时延要求不高的数据传输业务。于传统的卷积码相比，Turbo码可降低对发射功率的要求，增加系统容量。在cdma2000中，Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。目前Turbo码用于3G系统的主要困难体现在以下几个方面：短交织语音信道下如何减小时延；基于MAP算法的软输出解码算法所需计算量和存储量较大，而基于软输出的Viterbi算法所需迭代次数往往难以保证；Turbo码在衰落信道下的性能还有待于进一步研究；Turbo码与其他技术的结合也还尚未成熟。2.1.2前向链路快速功率控制技术CDMA系统的实际应用表明，系统的容量并不仅仅取决于反向容量，往往还受限于前向链路的容量，尤其是当cdma20001X系统引入了数据业务后，高速数据业务引起前向发射功率幅度波动加剧，增加了前向功率控制的复杂性，这就对前向链路的功率控制提出了更高的要求。前向链路功率控制（FLPC）的目的就是合理分配前向业务信道功率，在保证通信质量的前提下，使其对相邻基站/扇区产生的干扰最小，也就是使前向信道的发射功率在满足移动台解调最小需求信噪比的情况下尽可能小。通过调整，既能维持基站同位于小区边缘大移动台之间的通信，又能在有较好的通信传输环境时最大限度地降低前向发射功率，减少对相邻小区的干扰，增加前向链路的相对容量。当移动台进入一个快速瑞利衰落区，对于IS-95中的慢速FLPC系统是无法实现快速提高前向信道的发射功率，就可能导致通话质量的下降甚至出现断话；而当移动台离开一个瑞利衰落区时，IS-95的FLPC也无法快速降低信道的发射功率，导致干扰其他用户且付出了降低系统容量的代价。尤其是在前向有高速数据业务时需要多业务信道并发的情况下，以往相对较慢速率的前向功率控制机制不能满足要求。于是，cdma20001X引入了前向链路快速功率控制技术，使系统的前向功率控制得到了改善。cdma20001X的前向功率控制一方面兼容IS-95系统的前向功率控制方法，另一方面通过IS-2000标准引入了针对无线配置为RC3以上业务信道的800、400、200Hz调整速率的快速闭环前向功率控制模式，包括在移动台侧实现的外环功率控制和移动台与基站共同完成的内环功率控制。1.外环功率控制：移动台（MS）通过估计并不断调整各指配前向业务信道上基于Eb/Nt标定值，来获得目标误帧率（FER）。该标定值有三种表现形式：初始标定值、最大标定值和最小标定值，需要通过消息的形式从基站发送到移动台。2.闭环功率控制：移动台比较在前向业务信道上接收到的Eb/Nt和相应外环功控的标定值，来决定在反向功率控制子信道上发给基站的功率控制比特值。移动台还可以依据基站的指令在反向功控子信道上发送删除指示比特（EIB）或者质量指示比特（QIB）。在IS-95系统中，帧的长度一般为20ms，并分为16个同等的功率控制组。而cdma2000另外定义了5ms的帧结构，本质上用于信令脉冲，还有40和80ms的帧结构，用于数据业务中的额外交错深度和多样性增益。与IS-95不同，cdma2000的信道不仅将快速闭环功率控制应用于反向链路，而且在高达800Hz的前向与后向业务中均可进行功率控制。其采用新的前向快速功率控制算法，该算法使用前向链路功率控制子信道和导频信道，使移动台（MS）收到的全速率业务信道的Eb/Nt保持恒定。移动台测量收到的业务信道的Eb/Nt并与门限值进行比较，然后根据比较结果，向基站（BTS）发出升高或降低发射功率的指令。功率控制命令比特由反向功率控制子信道传送，功率控制速率可达到800bps。如果反向链路采用门控发射方式，两个链路中的功率控制速率会减至400或200bps，反向链路的辅助功率控制信道也将会分为两个互相独立的功率控制流，可能两个都处于400bps，也可能是一个是200bps另一个是600bps。这样做考虑到了前向链路信道的独立功率控制。除了闭环功率控制以外，cdma2000的反向链路功率是通过一种开环功率控制机制实现控制的。这种机制扭转了由于路径和阴影损耗所引起的慢衰落效果，