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.