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CDMAIS95A/B与cdma20001X对比分析

2/14/2005来源:移动通信人气:12109

宁霞 孙立新


  CDMA是在90年代初由QUALCOMM公司提出的,IS-95是cdmaOne系列标准中最先发布的一个标准,而真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A,在IS-95A的基础上,又分别出版了支持13K话音编码器的TSB74标准,支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准,支持64kbit/s的数据业务的IS-95B。

  在ITU向各国征求第三代移动通信无线候选技术时,IS-95由于刚取得商用成功,美国TR45标准委员会没有将很多精力放在第三代标准的研究上,而是正在努力完成IS-95B的标准,在ITU的要求下,匆忙在当年提出了cdma2000的第三代标准,即cdma2000 1X和3X(1X代表其载波一倍于IS-95A的带宽,3X代表其载波三倍于IS-95A的带宽),3X又分为下行直接扩谱和三载波两种方式,后来直接扩谱cdma2000部分与WCDMA进行了融合,所以实际上目前的cdma2000就只包括cdma2000 1X和三载波方式3X。

  由于1X采用了与3X完全相同的技术,所以每兆赫的话音或数据业务容量也基本一致,并且1X的反向与IS-95A和IS-95B完全兼容。目前,QUALCOMM公司已经做出了IS-95A、 IS-95B、cdma2000 1X完全兼容的手机和基站专用芯片,而且该芯片的管脚定义也与以前的芯片完全一致,在这种情况下,IS-95A的运营者目前都非常看好cdma2000 1X,由于cdma2000 3X与cdma2000 1X相比,唯一的优势是数据能力的提高,所以IS-95的运营者组织现在正在努力推动对cdma2000 1X的继续完善,希望在继续采用1.25 MHz带宽的情况下使数据业务能力达到ITU规定的第三代业务速率标准2 Mbit/s以上,美国标准化委员会将这些对cdma2000 1X增强的技术统一称为cdma2000 1X EV。一旦cdma2000 1X EV技术在实际应用中达到了预期效果(即满足了ITU在第三代业务方面的要求),那么在相当长的一段时间内,运营者都不会考虑cdma2000 3X。cdma2000 1X EV的演进方向目前包括两个分支:仅支持数据业务的分支和同时支持数据和话音的分支,在仅支持数据业务方面的技术比较单一,目前只有QUALCOMM提出的HDR,而在同时支持数据和话音的分支方面目前的提案已有几家,包括我国目前提交的一项技术LAS-CDMA,这些改进技术目前还处于评审过程中。IS-95A和cdma2000 1X的比较如表1所示。

一、IS-95向cdma2000 1X的演进

  IS-95B与IS-95A的区别重要在于可以捆绑多个信道。当不使用辅助业务信道时,IS-95B与IS-95A是基本相同的,可以共存于同一个载波中。cdma2000 1X则有较大的改进,cdma2000与IS-95是通过不同的无线配置(RC)来区别的。cdma2000 1X系统设备可以通过设置RC,同时支持1X终端和IS-95A/B终端。因此,IS-95A/B/1X可以同时存在于同一载波中。对cdma2000系统来说,从2G向3G过渡,可以采用逐步替换的方式。即压缩2G系统的一个载波,转换为3G载波,开始向用户提供中高速率的业务。这个操作对用户来说是完全透明的,由于IS-95的用户仍然可以工作在3G载波中,所以2G载波中的用户数并没有增加,也不会因此增加呼损。随着3G系统中的用户数量增加,可以逐步减少2G系统使用的载波,增加3G系统的载波。通过这种方式,可以很好地解决网络升级的问题,网络运营商通过这种平滑升级,不仅可以向用户提供各种最新的业务,而且很好地保护了已有设备的投资。

  在向第三代演进的过程中,需要注意的问题是BTS和BSC等无线设备的演进问题。在制定cdma2000标准的时候,已经充分考虑了保护运营者的投资,很多无线指标在2G和3G中是相同的。对BTS来说,天线、射频滤波器和功率放大器等射频部分是可以是相同的,而基带信号处理部分则必须更换。

二、cdma2000 1X的主要特点

  cdma2000与IS-95系统的主要区别是信道类型以及物理信道的调制得到增强,以适应更多、更复杂的第三代业务。下面主要介绍cdma2000 1X的信道类型和调制技术。

  (一)cdma2000 1X的信道类型

  cdma2000 1X系统虽然缘于IS-95,但性能比IS-95增强了许多, cdma2000 1X的主要信道类型包括:

  1.反向信道

  (1)反向导引信道

  反向导引信道是一个移动台发射的未调制扩谱信号,主要功能是用于辅助基站进行相关检测。反向导引信道在增强接入信道、反向公用控制信道和反向业务信道的无线配置为3至6时发射。反向导引信道在增强接入信道前缀、反向公用控制信道前缀和反向业务信道前缀也发射。

  (2)接入信道

  接入信道传输的是一个经过编码、交织以及调制的扩频信号。其主要功能是移动台用来发起同基站的通信或响应基站发来的寻呼信道消息。接入信道通过其公用长码掩码唯一识别。接入信道由接入试探组成,一个接入试探由接入前缀和一系列接入信道帧组成。

  (3)强接入信道

  增强接入信道用于移动台初始接入基站或响应移动台指令消息,可能用于以下三种接入模式:基本接入模式、功率控制接入模式和备用接入模式。功率控制接入模式和备用接入模式可以工作在相同的增强接入信道,而基本接入模式需要工作在单独的接入信道。增强接入信道与接入信道相比在接入前缀后的数据部分增加了并行的反向导引信道,可以进行相关解调,使反向的接入信道数据解调更容易。

  当工作在基本接入模式时,移动台在增强接入信道上不发射增强接入头,增强接入试探将由接入信道前缀和增强接入数据组成;当工作在功率控制接入模式时,移动台发射的增强接入试探由接入信道前缀,增强接入头和增强接入数据组成;当工作在备用接入模式时,移动台发射的增强接入试探由接入信道前缀和增强接入头组成。一旦收到基站的允许,在反向公用控制信道上发送增强接入数据。

(4)向公用控制信道

  此信道是在不使用反向业务信道时,移动台在基站指定的时间段向基站发射用户控制信息和信令信息。反向公用控制信道可能用于两种接入模式:备用接入模式和指配接入模式。 反向公用控制信道传输的是一个经过编码、交织以及调制的扩频信号。该信道通过长码唯一识别。

(5)向专用控制信道

  此信道用于某一移动台在呼叫过程中向基站传送该用户的特定用户信息和信令信息。反向业务信道中可以包含一个反向专用控制信道。

(6)向基本信道

  反向基本信道用于移动台在呼叫过程中向基站发射用户信息和信令信息,反向业务信道可以包含一个基本信道。

(7)反向辅助码分信道

  反向辅助码分信道用于移动台在呼叫过程中向基站发射用户信息和信令信息,仅在无线配置RC为1和2时可能提供。该信道仅在反向分组数据量突发性增大时建立,并在基站指定的时间段内存在。反向业务信道可以最多包含7个反向辅助码分信道。

(8)反向辅助信道

  反向辅助信道用于移动台在呼叫过程中向基站发射用户和信令信息,仅在无线配置RC为3到6时可能提供。该信道仅在反向分组数据量突发性增大时建立,并在基站指定的时间段内存在。反向业务信道可以包含2个辅助信道。

  2.前向信道

(1)导引信道

  前向导引信道与IS-95系统中导引信道一样, 在CDMA前向信道上是不停发射的。

  导引信道包括前向导引信道、发射分集导引信道、辅助导引信道和辅助发射分集导引信道,都是未经调制的扩谱信号,用于所有在基站覆盖区中工作的移动台进行捕获、同步和检测。前向导引信道使用的Walsh码是W064,在导引信道需要分集接收的情况下,基站可以增加一个发射分集导引信道,增强导频的接收效果。发射分集导引信道(不一定存在)使用的Walsh码是W16128。

  为使用更灵活的天线和波束赋型技术,在一个激活的CDMA信道中,会有0到多个辅助导引信道由基站发射。在辅助导引信道需要发射分集的情况下,基站将增加一个辅助发射分集导引信道。如果辅助导引信道和辅助发射分集导引信道都存在,辅助导引信道使用的Walsh码是WnN,辅助发射分集导引信道使用的Walsh码是Wn+N/2N,其中N ≤512 并且 1 ≤ n ≤N/2 - 1。在辅助发射分集导引信道不存在时,辅助导引信道使用的Walsh码是WnN,其中N ≤ 512 并且1 ≤n ≤ N - 1。N和n的值都由基站指定。

  在发射分集导引信道发射时,基站应使前向导引信道有连续的、足够的功率以确保移动台在不使用来自发射分集的导引信道能量情况下,也能捕获和估计前向CDMA信道特性。

(2)同步信道

  同步信道在基站覆盖区中使开机状态的移动台获得初始的时间同步。同步信道在发射前要经过卷积编码、码符号重复、交织、扩谱和调制等步骤。

(3)寻呼信道

  寻呼信道用来发送基站的系统信息和移动台的寻呼消息,是经过卷积编码、码符号重复、交织、扰码、扩频和调制的扩频信号。

(4)广播控制信道

  广播控制信道用来发送基站的系统广播控制信息,是经过卷积编码、码符号重复、交织、扰码、扩频和调制的扩频信号。基站利用此信道和覆盖区内的移动台进行通信。

(5)快速寻呼信道

  快速寻呼信道包含寻呼信道指示,用于基站和覆盖区内的移动台进行通信,基站使用快速寻呼信道通知在空闲模式下,工作在分时隙方式的移动台,他们是否应在下一个前向公用控制信道或寻呼信道时隙的开始时接收前向公用控制信道或寻呼信道。快速寻呼信道是一个未编码的开关控制调制扩谱信号。

(6)公用功率控制信道

  公用功率控制信道用于基站进行多个反向公用控制信道和增强接入信道的功率控制。基站支持在一个或更多公用功率控制信道上的工作。

(7)公用指配信道

  公用指配信道提供对反向链路信道指配的快速响应,以支持反向链路的随机接入包传输。该信道在备用接入模式下控制反向公用控制信道和相关联的功率控制子信道,并且在功率控制接入模式下提供快速证实。基站可以选择不支持公用指配信道,并在广播控制信道通知移动台这种选择。

(8)前向公用控制信道

  在未建立呼叫连接时,基站使用前向公用控制信道发射移动台特定消息。基站利用此信道和覆盖区内的移动台进行通信。前向公用控制信道是经过卷积编码、码符号重复、交织、扰码、扩频和调制的扩频信号。 

(9)前向专用控制信道

  此信道用于在呼叫过程中给某一特定移动台发送用户和信令消息。每个前向业务信道可以包括一个前向专用控制信道。

(10)前向基本信道

  此信道用于在通话过程中给特定移动台发送用户和信令消息。每个前向业务信道可以包括一个前向基本信道。

(11)前向辅助码分信道

  此信道用于在通话过程中给特定移动台发送用户和信令消息,在无线配置(RC)为1和2时可能提供。该信道仅在前向分组数据量突发性增大时建立,并在指定的时间段内存在。每个前向业务信道最多可包括7个前向辅助码分信道。

(12)前向辅助信道

  此信道用于在通话过程中给特定移动台发送用户和信令消息,在无线配置(RC)为3到9时可能提供。该信道仅在前向分组数据量突发性增大时建立,并在指定的时间段内存在。每个前向业务信道最多可包括2个前向辅助信道。

(二)cdma2000反向信道调制

  1.反向信道的配置

  cdma2000反向信道通过无线配置(RC)来定义,对于反向信道共有六种无线配置,各种无线配置特性见表2。   移动台必须支持无线配置1、3或5,可以再支持无线配置2、4或6。移动台支持RC2时必须支持RC1,移动台支持RC4时必须支持RC3,移动台支持RC6时必须支持RC5。移动台在反向信道上禁止RC1或R2与RC3或RC4同时使用。

  从传输速率来看,IS-95空中接口所能提供速率集只是cdma2000 1X系统所能提供的速率集的一个子集。在空中接口的调制方面,cdma2000提供的所有空中接口信道均可以根据用户的能力和需要,设置为不同的无线配置(RC),从而表现为不同的调制方式。当信道的前、反向RC配置为1、2时,该信道就是IS-95B的信道特征;当信道的前向RC配置为3、4、5,反向RC配置为3、4时,该信道为cdma2000 1X系统的信道属性;当信道的前向RC配置为6、7、8、9,反向RC配置为5、6时,该信道为cdma2000 3X的信道属性,通过这种方式做到cdma2000系统和IS-95系统的相互兼容。而且cdma2000 3X或叫多载波(MC)方式,其多载波也只是针对前向信道而言的,而反向信道却都是直接扩谱,且最高速率为1Mbit/s以上,这样也有利于在数据业务中支持上行数据量与下行数据量的不对称。

  2.反向信道结构



  (三)CDMA前向信道调制

三、cdma2000 1X 的针对IS-95的主要改进

  cdma2000 1X在无线接口功能上比IS-95系统有了很大的增强,如在反向增加了导频,在前向增加了快速功率控制,改善了前反向容量,在软切换方面也将原来的固定门限变为相对门限,增加了灵活性等。

  cdma2000 1X提供反向导引信道,从而使反向信道也可以做到相干解调,它比IS-95系统反向信道所采用的非相关解调技术可以提高3dB增益,相应地反向链路容量提高1倍。

  cdma2000 1X还采用了前向快速功控技术,从而可以进行前向快速闭环功控,较IS-95系统前向信道只能进行较慢速的功率控制相比,大大提高了前向信道的容量,并且减少了基站耗电。

  cdma2000 1X前向信道还可以采用传输分集发射(OTD和STS),提高了信道的抗衰落能力,改善了前向信道的信号质量。总之,cdma2000 1X前向信道采用了传输分集发射技术和前向快速功控后,前向信道的容量约为IS-95系统的2倍。

  同时,在cdma2000 1X中,业务信道可以采用Tubro码,因为信道编码采用Tubro码比采用Convolutional具有2dB的增益,因此cdma2000 1X系统的容量还能提高到未采用Tubro码时的1.6倍。

  从网络系统的仿真结果来看,如果用于传送语音业务,cdma2000 1X系统的总容量是IS-95系统的2倍;如果传送数据业务,cdma2000 1X的系统总容量是IS-95系统的3.2倍。

  在cdma2000 1X中引入了快速寻呼信道,极大地减少了移动台的电源消耗,提高了移动台的待机时间。支持cdma2000 1X的移动台的待机时间是IS-95移动台待机时间的15倍或更多。cdma2000还定义了新的接入方式,可以减少呼叫建立时间,并减少移动台在接入过程中对其他用户的干扰。

  对于在cdma2000 1X的分组业务,系统除了建立前向和反向基本业务信道之外,还需要建立相应的辅助码分信道,如果前向需要很多的分组数据传输量,基站通过发送辅助信道指配消息建立相应的前向辅助码分信道,使数据在消息指定的时间段内通过前向辅助码分信道发送给移动台。如果反向需要很多的分组数据传输量,移动台通过发送辅助信道请求消息与基站建立相应的反向辅助码分信道,使数据在消息指定的时间段内通过反向辅助码分信道发送给基站。可以看出,辅助信道的设立对cdma2000更灵活地支持分组业务起到了很大作用。

  总之,cdma2000 1X可以提供144 kbit/s速率以上的数据业务,而且增加了辅助信道等,可以对一个用户同时承载多个数据流和多种业务,所以cdma2000 1X提供的业务比IS-95有很大的提高,为支持未来的各种多媒体分组业务打下了基础。


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