Post on 20-Jun-2015
Telecommunication Basics(CDMA Network)
Software Engineering Lab - 김영기 책임
Remember Again !!!
1G 2G 3G 3.5G 4G
음성 통화 통화, 문자, 이메일 통화, 문자, 멀티미디어, 무선인터넷 초고속 인터넷 초고속 무선 인터넷유,무선간 연동
IS-95 A IS-95 B
GSM GPRS
CDMA-1X
EV-DV
CDMA-1XEV-DO r0
W-CDMA R3
W-CDMA R5
(HSCPA)
CDMA-1XEV-DO rA
W-CDMA R6
(HSUPA)
CDMA-1XEV-DO rB
W-CDMAR7
(HSPA+)
LTEEDGE
UMB
W-CDMAHSPA+Phase2
AMPS
NMT
LTE Advanced
802.15e Wave1(Mobile WiMAX)
802.15e Wave2(Mobile WiMAX)
802.16eWiMAX R1.5
802.16nWiMAX R2.0
GSM track
CDMA track
WiMAX track
CDMA Evolution
IS-95A (2G)
First CDMA protocol, published in May’99
14.4/9.6 kbps circuit/packet data
IS-95B (2.5G)
Most analog information is removed
Some technical corrections
New Capabilities, such as higher data rate
64 kbps packet data
CDMA 2000 1X
High speed data (144 kbps packet data with Mobile IP)
Coding (Turbo) and Modulation (Hybrid QPSK)
Enhanced Power Control
Reverse link detection
Forward link modulation
CDMA 2000 Roadmap with Next Generation
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011+
CDMA20001X 1X Enhancement
VoIP
VoIP
VoIP
1xEV-DORel. 0
1xEV-DORel. A
EV-DORel. B
EV-DOEnhancement
LTE
Mobile WiMAX(802.16e)
Mobile WiMAX(802.16m)
3G CDMA Evolution Path
OFDMA Evolution Path
DL: 153 kbpsUL: 153 kbps
e.g., More than doubles voice capacity
DL: 2.4 MbpsUL: 153 kbps
DL: 3.1 MbpsUL: 1.8 Mbps
DL: 9.3 MbpsUL: 5.4 Mbps
DL: 14.7 MbpsUL: 5.4 Mbps
e.g., DL data rates up to 40 Mbps
DL: 36-147 MbpsUL: 14~72 Mbps
FFR = 1/3/1DL: 35 MbpsUL: 8.2 Mbps
FFR = 1/3/1DL: up to 100 MbpsUL: up to 20 Mbps
CDMA Network
IWF : Inter Working Function
GAN : Global ATM Network
HLR : Home Location Register
DCN : Data Core Network
PSDN : Packet Data Serving Node
PDGN : Packet Data Gateway Node
R : Router
SCE : Service Creation Environment
SMS : Service Management System
SCP : Service Control Point
UE Access Core Network
MSC/VLR
BSC#1
BSC#12
BTS#1
BTS#64
BSC#65
MS
MS
PC
DCN
PSTN
PLMN
Internet
SCE/SMS SCF
IntelligentPeripheral
HLR
R
PDSN
PDSN
AAA O&A
AS
IWF
GAN
Voice Path
Data Path
Signaling + Traffic
CDMA 2000 Architecture
MSC/VLR
HLRSCP SMC
PSTN
Internet
IP Network
MS BTS
BSC
BSC
PCF FA
HA
Router
AAA Server
RAN CS
PS
CDMA System = Access Network + Core Network + Packet NetworkAccess Network : BTS-BSC-MSC 중 MSC 앞까지를 말함
Core Network : MSC 이후, 음성 Network
Packet Network : Packet 망, 인터넷을 통한 망
PN Code (Pseudo random noise Code)
3 Types
Walsh code : 단말이 채널을 구분
Long code : 기지국이 단말을 구분
Short code : 단말이 기지국을 구분
Walsh Code
0
00
01
00 00
00 11
01 01
01 10
0000 0000
0000 1111
0011 0011
0101 1010
0101 0101
0101 1010
0110 0110
0110 1001
기지국의 숫자는 제한적이고 정해져 있으므로 short
code로 구분이 가능하지만, 단말기는 그 수가 훨씬많기 때문에 서로를 구분하기 위해서는 더 연장된long code가 필요하다.
서로 다른 코드를 곱하면(Exclusive-OR), 0 (또는 -1)
과 1 이 섞여서 나오고, 이를 모두 평균하면 0 이되도록 되어 있고, 같은 코드를 곱하면 모두 1 이나옴코드 간에 비교하면, 같은 비트와 다른 비트의 수가같게됨
- 동기식 CDMA(IS-95) 방식에서는 `왈쉬 코드`라고부르며 비동기식 CDMA(WCDMA) 방식에서는`채널화 코드`라고 부름
짧은 코드는 기지국에서 사용하는 215 길이를 가지는 PN 코드이다. 만일 기지국 마다 다른 PN 코드를 사용하면, 이동국이 기지국의 PN 코드를일일이 재생하거나 모두 기억하기가 곤란하므로, 이동국이 기지국에 쉽게접근할 수 있도록 하기 위하여 기지국에 사용하는 PN 코드는 모두 같은코드를 사용한다. 현재 IS-95 방식에서는 이 PN 코드를 각 기지국 마다발생하여 전송하는데, 각 기지국은 동일한 코드를 사용하지만 서로를구별하기 위해 기지국 마다 일정한 간격으로 time shift 되어 발생시킨다. 즉 이동국에서는 각 기지국에서 오는 이 time shift 를 가지고 각각의기지국을 구별한다. 이로서 이동국은 모든 위상에 대해서 한 번의 검색으로가장 유력한 기지국과 시스템 동기를 맞출 수 있다.
Call Processing – Pilot (1/2)
Pilot
First MS monitors Pilot channel for
Initial acquisition
Channel estimation
Detection of multi-paths for rake receiver
Handoffs
Sync
Pilot channel is transmitted at all times by the base station. MS uses it to lock to Synch
Channel to
Synchronize to CDMA system time
Obtain configuration parameters such as
Protocol Revision (P-REV)
Network Identifier (NID)
Pilot PN offset long-code state
Paging channel data rate
Pilot Ch
Sync Ch
Call Processing (2/2)
Paging
MS decodes the Paging Channel with the information received from the
Sync Channel.
Paging channel provides
Overhead messages: systems parameter, access parameter, neighbor list, channel list
Mobile directed messages: page request, SMS
Access
MS uses Access channel to originate a call or to respond to a page
request
Access Channel is used in a random access fashion
Pilot Ch
Access Ch
Mobile Station States
Power Up
Initialization
State
Access
State
Traffic
State
Synchronization
Paging Loss
Call originationor page response
Page response completed
End of call
Idle
State
Mobile Originated Voice Call Flow
BSC MSCMS
Paging Ch.
Rev Traffic Ch.
Paging Ch.
Fwd Traffic Ch.
Paging Ch.
Access Ch.
Fwd Traffic Ch.
Rev Traffic Ch.
Fwd Traffic Ch.
Rev Traffic Ch.
Overhead Info
Origination Msg
BS Ack Order
CM Service Request
Null Frame
SCCP Connection Cfm
Channel Assign Msg
Preamble
BS Ack Order
MS Ack Order
Assignment Request
Service Connect
Assignment Complete
CDMA 채널
순방향 링크 (Forward Link)
역방향 링크 (Reverse Link)
Walsh Code : 채널 구분
Forward Link
Pilot Channel 단말기에 시간 및 위상 기준 제공
기지국을 구분하는 정보 (PN offset) 제공
Sync Channel 기지국 초기 동기에 필요한 타이밍 정보를 제공
Paging Channel 전체 시스템 구성 관련 정보
단말기 호출 및 단말기 요구에 대한 응답 동의 정보
Traffic Channel 통화자의 음성과 데이터 송신
통화 중 빈 프레임을 이용해 신호 메시지 송수신
Reverse Link
Access Channel 기지국과의 정보 교환 채널 (통화중 제외)
Traffic Channel 통화자의 음성과 데이터 송신
통화 중 기지국과의 제어 신호 송수신
CDMA 2000 Channel Mapping
Logical / Physical Channel Mapping
Common Channel Multiplex Sub-Layer
Multiplex Sub-LayerBMAC Multiplex
Sub-Layer
PrPDCH ControlFunction
FrPDCH ControlFunction
F/R-CSCH F-CSCH F/R-DSCHF/R-DTCH
(Data Service)
F/R-DTCH(Voice Service)
F-BTCH Logical Channel
Physical Channel
F-SYNC
F-BCCH
F-CACH
F-CPCCH
F-EACH
F/R CCCH
R-ACH
F-PCH
F/R-DCCH
F/R-FCH
F/R-SCH
F-RCCH
F-GCH
F-ACKCH
R-REQCH
R-PDCCH
F-CQICH
R-ACKCH
R-PDCH
F-PDCCH0
F-PDCCCH1
F-PDCH
F-SCH
F/R-DSCH for SignalingF/R-DTCH for Data/VoiceF-BTCH for Broadcast
Mapping in Forward link and Reverse Link
IS-95 Channel 구조
순방향 채널 구조
Overhead Channel, Control Channel, Signaling Channel : 기지국으로 부터 송신
역방향 채널 구조
순방향 CDMA Channel (1.23 MHz)
SyncChannel
PilotChannel
Paging Channel 1
Paging Channel 7
TrafficChannel 1
TrafficChannel 2
TrafficChannel 55
… …
W=0 W=32 W=1 W=7 W=8 W=9 W=63
* 각 Channel은 할당된 Walsh Code에 의해 구분
역방향 CDMA Channel (1.23 MHz)
AccessChannel 2
AccessChannel 1
AccessChannel 3
AccessChannel N
TrafficChannel 1
TrafficChannel 2
TrafficChannel N
… …
* 각 Channel은 할당된 PN코드에 의해 구분
Forward Channel 구조 (1/2)
IS-95A
IS-95B
SyncChannel
PilotChannel
Paging Channel 1
Paging Channel 7
TrafficChannel 1
TrafficChannel N
TrafficChannel 55
… ……
PCSTrafficData
PCS Power Control Subchannel
SyncChannel
PilotChannel
Paging Channel 1
Paging Channel 7
TrafficChannel 1
TrafficChannel N
TrafficChannel 55
… ……
PCSFundamentalChannel Data
TrafficChannel
N+1
TrafficChannel
N+7
…
SupplementalChannel 1 Data
SupplementalChannel 7 Data
Forward Channel 구조 (2/2)
IS-2000
Common PowerControl
Channels
CommonAssignment
Channels
PilotChannels
CommonControl
Channels
SyncChannel
TrafficChannels
Quick PagingChannels
BroadcastChannels
PagingChannels
(SR1)
순방향 CDMA Channel (1.23 MHz)
SR : Spreading Rates
RC : Radio Configuration
Signaling 전용 IS-95 호환
IS-95 호환
방송 전용
PilotChannels
Transmit Diversity
Pilot Channel
AuxiliaryPilot Channels
AuxiliaryTransmit Diversity
Pilot Channels
FundamentalChannel
DedicatedControlChannel
Power ControlSubchannel
SupplementalCode Channels
(RC 1,2)
SupplementalChannels(RC3,9)
하나의 단말기가 전용으로 사용 가능한 채널
IS-95 호환 Diversity 관련 채널
IS-95B 호환 최대 2개IS-95 호환Signaling 전용
Forward Channel Description (1/2)
Channel Description
F-CPCCH
(Forward Common Power Control Channel)
단말기로부터 전송되는 RCCCH (Reverse Common Control Channel)와 EACH
(Enhanced Access Channel)의 Closed Loop Power Control 전담 채널
여러 개의 타임 슬롯으로 나뉘어 있으며, 단말기에 할당되는 타임 슬롯의 위치는 F-
CACH를 통하여 알려준다
F-CACH
(Forward Common Assignment Channel)
단말기가 Packet 데이터를 전송하기 위하여 기지국에 접속할 때 그에 대한 결과를
응답하는데 사용된다. 또한 이 채널은 역방향의 EACH의 예약 모드에서 R-CCCH로
어떤 것을 사용할 지와 이 채널에 대한 전력제어를 수행하기 위하여 F-CPCCH의 몇
번째 슬롯을 할당할 것인지를 알려주는 역할을 한다
BCCH
(Broadcast Control Channel)
시스템 Overhead 메시지와 방송 메시지를 전달하는 데 사용되는 채널로서 최대 전
송 속도는 19.2 Kbps이다.
IS-95에서의 Paging Channel은 시스템 Overhead 메시지와 Page 메시지 모두를 전
송하는 반면, IS-2000에서는 시스템 Overhead 메시지는 BCCH로 전송하고 Page 메
시지는 F-CCCH로 전송할 수 있도록 하였다
F-CCCH
(Forward Common Control Channel)
기지국과 단말기 사이에 전용 Signaling 채널이 할당되기 전에, 시스템이 특정 단말
기를 지목하여 제어 메시지를 전송하는데 사용된다.
이 채널로 전송되는 메시지로는 Page 메시지 (General Page Message, Universal
Page Message), Extended Channel Assignment Message, SMS 메시지 그리고 응답
처리 메시지 (또는 Order 메시지) 등이 있다.
QPCH
(Quick Paging Channel)
단말기가 대기 상태에 있을 때 배터리 전원 소모를 줄이기 위한 방안으로 IS-2000부
터 도입된 채널로서 특정 단말기에 대한 호출 메시지의 유무를 미리 알려주는
Indicator를 전송한다.
Forward Channel Description (2/2)
Channel Description
F-DCCH
(Forward Dedicated Control Channel)
Signaling 메시지를 전송하기 위한 별도의 전용 채널로서 각각의 Traffic 채널에 대하
여 한 개씩 할당되어 사용될 수 있다
IS-95A, B에서는 Signaling 메시지와 전력제어 정보가 Traffic 채널에 다중화되어 송
신되었으나, IS-2000에서는 이것들을 서로 분리하여 Service Option에 따라
Signaling 메시지만 전송하는 별도의 전용 채널을 사용할 수 있도록 하였다
F-FCH
(Forward Fundamental Channel)
IS-95A, B와 호환을 유지하기 위한 Traffic 채널로서 음성 데이터 및 14.4 Kbps 이하
의 저속 데이터와 Signaling 메시지, 전력 제어 정보 등을 다중화하여 RC (Radio
Configuration) 및 음성 부호화율에 따라 1.2Kbps~14.4Kpbs의 전송 속도로 전송한다
F-PCS
(Forward Power Control Subchannel)
역방향 Traffic 채널에 대한 Closed Loop Power Control을 위한 채널로서 FFCH나 F-
DCCH를 통하여 1.25msec(800bps)마다 전력제어 정보를 전송한다.
F-SCCH
(Forward Supplemental Code Channel)
IS-95B와 호환을 유지하기 위한 Traffic 채널로서 Traffic 데이터만 전송할 수 있으며
동시에 7개까지 할당하여 사용할 수 있다.
전송 속도는 F-FCH와 동일
F-SCH
(Forward Supplemental Channel)
IS-2000에서 추가된 Traffic 채널로서 Traffic 데이터만 전송할 수 있으며 동시에 2개
까지 할당하여 사용할 수 있다
RC에 따라 다양한 전송 속도를 지원
Reverse Channel 구조 (1/2)
IS-95A
IS-95B
역방향 CDMA Channel
AccessChannel 2
AccessChannel 1
AccessChannel 3
AccessChannel N
TrafficChannel 1
TrafficChannel 2
TrafficChannel N
… …
AccessChannel 2
AccessChannel 1
AccessChannel 3
AccessChannel N
TrafficChannel 1
TrafficChannel 2
TrafficChannel N
… …
SupplementalChannel 1 Data
SupplementalChannel 1 Data
SupplementalChannel 1 Data
Reverse Channel 구조 (2/2)
IS-2000
역방향 CDMA Channel (SR1 or 3)
Traffic Channel(RC1 or 2)
AccessChannel
Enhanced AccessChannel
Common ControlChannel
Traffic Channel(RC 3~6))
Fundamental Channel Pilot Channel Pilot Channel Pilot Channel
Supplemental CodeChannel (0~7)
Enhanced AccessChannel
Common ControlChannel
Dedicated ControlChannel (0-1)
Fundamental Channel(0~1)
Supplemental CodeChannel (0~2)
Power Control Subchannel
고속 패킷데이터 전송
IS-95A 호환
IS-95B 호환
IS-2000에서 추가된 채널
SR : Spreading Rates
RC : Radio Configuration
Reverse Channel Description
Channel Description
ACH
(Access Channel)
IS-95와 호환성 유지
IS-95A, B에서와 구조 및 역할이 동일
EACH
(Forward Common Assignment Channel)
IS-2000에서 도입
역방향 Pilot 채널과 함께 기지국으로 송신
개선 사항
- 전송 속도 개선 (4.8 Kbps 9.6, 19.2, 38.4 Kbps)
- 기지국 접속 시간 단축
- 기지국에 의한 Closed Loop Power Control 가능
- 예약 모드에 의한 R-CCCH 지정으로 패킷 데이터 전송 가능
R-CCCH
(Reverse Common Control Channel)
단말기가 통화 채널이 설정되지 않은 상태에서 여러 가지 Signaling 메시지 및 EACH의
예약 모드에 의한 SMS 메시지 등을 전송하는 역할을 한다. 단말기가 이 채널을 사용하
면 기지국은 이에 대응되는 F-CCC를 항상 할당하여야 한다.
이 채널은 EACH와 동시에 사용하지 않으므로 EACH와 동일한 Walsh Code를 사용한다.
R-PICH
(Reverse Pilot Channel)
EACH, R-CCCH, Traffic Channel(R-FCH 및 RSCH)과 함께 송신되어 기지국에서 역방향
신호를 IS-95보다 신속하고 정확하게 찾을 수 있도록 해준다.
R-PCS
(Reverse Power Control Subchannel)
순방향 전력 제어를 위한 채널로 R-PICH에 1.25 msec 마다 전력제어 정보를 삽입하여
순방향 전력제어가 1.25msec 단위로 수행하도록 한다.
IS-95에서는 20msec 프레임 단위로 역방향 Traffic Channel의 EIB (Erasure Indicator
Bit)를 이용하여 순방향 전력제어를 수행한다.