CDMA通信原理

课程 RA100001 CDMA通信原理 目录 1课程说明 1课程目标 1课程内容 1相关资料 1第1章 CDMA发展简史 11.1 主要移动通信系统介绍 21.2 第三代移动通信系统简介 31.3 第三代移动通信的标准化的制定 51.4 3G三种制式的比较 71.5 WCDMA和cdma2000的演进策略 8第2章 数字移动通信技术 82.1 多址技术 82.1.2 频分多址 82.1.3 时分多址 92.1.4 码分多址 102.2 RAKE接收机 102.3 多用户检测 102.4 功率控制 122.5 软容量 132.6 软切换 142.7 地址码的选择 162.8 分集技术 17第3章 CDMA系统结构 173.1 CDMA系统结构 173.1.1 系统的基本特点 173.1.2 系统的结构与功能 183.2 移动台（MS） 193.3 基站子系统（BSS） 203.4 网络子系统（NSS） 223.5 操作子系统（OSS） 233.6 接口和 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 233.6.1 主要接口 243.6.2 网络子系统内部接口 253.6.3 CDMA系统与其它公用电信网的接口 263.6.4 CDMA系统与智能网的接口 263.6.5 各接口协议 29第4章 区域定义与编号计划 294.1 区域定义 294.1.1 服务区 294.1.2 公用陆地移动通信网（PLMN） 304.1.3 MSC区 304.1.4 位置区 304.1.5 基站区 304.1.6 小区 304.2 移动用户号码簿号码（MDN） 304.2.1 号码组成 314.2.2 H0H1H2H3中国联通分配 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 314.2.3 拨号程序 314.3 国际移动用户识别码（IMSI）与移动台识别码（MIN） 344.4 临时本地用户号码（TLDN） 344.5 电子序列号（ESN） 344.6 系统识别码（SID）和网络识别码（NID） 344.7 登记区识别码（REG_ZONE） 354.8 基站识别码（BSID） 354.9 与GT有关的号码 354.9.1 HLR号码 354.9.2 其他网元 354.10 GT号码的使用 364.11 特服号码 364.12 短消息中心 374.13 MSCID和扩展MSCID 374.14 UIM ID 374.15 LAI（Location Area Identification--位置区） 374.16 GCI（Global Cell Identification--全球小区识别） 38第5章 网络功能 385.1 支持业务的网络功能 385.2 支持蜂窝运行的网络功能 385.2.1 漫游 395.2.2 切换 395.2.3 登记 395.2.4 移动台去活 405.3 安全保密功能 405.3.1 鉴权 455.3.2 用户信息加密 455.3.3 电子序号（ESN）的管理 465.4 呼叫处理功能 465.4.1 呼叫连接功能 475.4.2 号码存储和译码能力 485.4.3 释放控制方式 485.4.4 时间监视和通话强迫释放 485.4.5 路由选择功能 495.4.6 回声控制 495.4.7 过负荷控制 495.5 其它功能 505.6 VLR具备的功能 525.7 HLR支持的功能 545.8 AC具备的功能 55第6章 业务功能 556.1 电信业务 556.1.1 普通电话业务（Telephony） 556.1.2 紧急呼叫业务（Emergency Calls） 556.1.3 短消息业务（SMS） 566.2 补充业务 586.2.1 呼叫前转类补充业务 596.2.2 识别显示类补充业务 606.2.3 呼叫完成类补充业务 606.2.4 业务控制类补充业务 616.2.5 多方会话类任务 616.2.6 用户呼叫控制类补充业务 616.2.7 语音邮箱业务 626.2.8 优选语言业务 626.3 智能业务 626.3.1 入呼筛选（ICS）业务 626.3.2 预付费（PPC）业务 626.3.3 移动虚拟私网（MVPN）业务 636.3.4 被叫集中付费（FPH）业务 64第7章 CDMA移动通信网 647.1 中国联通CDMA网的话路网网络结构 647.1.1 话路网网络结构 667.1.2 移动本地网结构 667.1.3 中国联通CDMA网与中国联通其他网络的互联互通 667.2 中国联通CDMA网的信令网网络结构 667.2.1 网络等级结构 677.2.2 各级信令点的职能 687.2.3 中国联通七号信令网和话路网的对应关系 687.2.4 信令网结构和网络组织 697.2.5 寻址方式 707.2.6 SSN号码 707.2.7 信令点编号 757.2.8 信令网的网间互通 76附录 A缩略语 课程说明 课程目标 · 了解移动通信发展简史 · 了解CDMA的关键技术 · 熟悉CDMA系统结构及相关接口 · 熟悉CDMA的区域定义及编号计划 · 熟悉CDMA网络功能 · 了解CDMA移动网络结构及信令网结构 课程内容 本文主要介绍CDMA有关的基础知识，诸如：CDMA发展简史、CDMA关键技术、CDMA系统结构及相关接口、CDMA的区域定义及编号计划、CDMA系统功能、以及CDMA移动网络结构和信令网结构等。 相关资料 《数字移动通信系统》 杨留清等著 人民邮电出版社 《CDMA（码分多址）移动通信技术》 孙立新，刑宁霞 《数字移动通信系统》 陈德荣等著 北京邮电大学出版社 《宽带CDMA：第三代移动通信技术》Tero Ojanpera Ramjee Prasad著 人民邮电出版社 第1章 CDMA发展简史 移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。20年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用扩展；最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期，而且由于其许多的优点，前景十分广阔。 第一代：1980S出现，为模拟话音通信系统，如AMP，TACS，NMT，NTT等系统。 第二代：1980S末出现，传递话音和低速数据，为窄带数字通信系统，如GSM，PDC，D-AMPS，CDMA（IS95） 等。 第二代半：1996出现，用于解决中速数据传递的数字通信系统，如GPRS，IS95B等 第三代：用于传递高速数据，以支持多媒体应用，如WCDMA，cdma2000、TD-SCDMA等。 1.1 主要移动通信系统介绍 · AMPS 先进的移动电话系统（AMPS）使用模拟蜂窝传输的800MHz频带。AMPS在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用。 · TACS 总接入通信系统（TACS）使用900MHz频带。有两种版本的TACS：ETACS（欧洲）和NTACS（日本）。英国、日本和部分亚洲国家广泛使用该标准。 · GSM 全球移动通信系统（GSM）使用900MHz频带，使用1800MHz频带的叫DCS 1800。GSM发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的。GSM支持64kbit/s的数据，可与ISDN互连。GSM采用FDD双工方式，TDMA多址方式，每载频支持8信道，使用200kHz的带宽。 · IS-54 北美数字蜂窝（IS-54）标准使用800MHz频带。也叫D-AMPS。IS-54在两种北美数字蜂窝标准中，是较早推出的一种，它指定使用TDMA。 · IS-95 北美数字蜂窝（IS-95）标准，使用800MHz频带或1.9GHz频带。IS-95指定使用CDMA，CDMA成为美国PCS 网的首选技术。目前54％的许可证持有者使用CDMA。CDMA One是IS-95品牌名称。cdma2000无线通信标准也是以IS-95为演变基础的。 1.2 第三代移动通信系统简介 第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，可与固定网络相兼容，并可以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。由于其诸多的优点，吸引了全世界各个运营商、生产厂家与广大用户。 1. IMT-2000的历史 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提 出，曾被称为未来公众陆地移动通信系统FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication System）。后来考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，并且其工作的频段在2000MHz，故于1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）。 2. 第三代移动通信系统的目标 1）能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫 游 ，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有质量保证的服务； 2）能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频非话业务，特别是多媒体业务； 3）能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综 合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提 供无缝隙的覆盖； 4）足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量。为实现上述目标。对其无线传输技术（RTT：Radio Transmission Technology）提 出了以下要求： (1) 高速传输以支持多媒体任务①室内环境至少2Mbit/s；②室内外步行环境至少384kbit/s；③室外车辆运动中至少144kbit/s；④卫星移动环境至少9.6kbit/s。 (2) 传输速率能够按需分配。 (3) 上下行链路能适应不对称需求。 预计第三代移动通信系统的引入将经历一个渐变演进的过程，并充分考虑向下兼容的原则。通信业务方面，将以第二代出现的各种业务为基础。逐步引入宽带及多媒体业务；通信技术方面，网络技术和设施将与有线网的智能化、宽带化结合在一起，通过一种演变的过程进入第三代，而无线传输技术将经历一场革命，为第三代移动通信新业务的提 供奠定基础。 1.3 第三代移动通信的标准化的制定 1. ITU的研究工作 第三代移动通信系统IMT-2000的标准化工作是在国际电信联盟的指导下有组织有步骤地进行的。 目前在ITU组织中负责第三代移动通信系统体制技术规范制定的工作组主要包括如下三个：ITU-R、ITU-T、ICG。 ITU-R：负责系统集成无线部分，解决频谱与法规问题，协调无线传输技术的评估活动。 IUT-T：负责网络端的标准化工作。主要包括网络部分、信令与协议、编号与寻址、网管及安全性等问题。 ICG for IMT-2000：中间协调组，负责协调工作，使ITU-R和ITU-T之间能定期进行交流，并协调在制定IMT-2000技术标准中出现的各种问题。 2. IMT-2000标准化工作进度 1985~1994年明确基本概念和目标； 1987~1994年确定基本原则； 1990~1997年制定框架和要求； 1992~1998年确定技术评估方法和程序，开展评估工作； 1998年6月前征集世界各国对IMT-2000的RTT提案； 1997年6月~1999年3月对关键技术进行评选并确定方案和基本参数； 1998年10月~1999年12月制定详细的技术规范。 3. IMT-2000标准的频率制定 10多年来，ITU-R第8研究组的重要贡献除了起草了10余篇有关第三代移动通信系统目标和框架性建议以外，还争取到2 GHz附近总共230MHz的频率作为第三代移动通信系统的专用频率。1992年负责全球无线频率管理和分配的WARC-92大会根据当时CCIR对未来陆地移动通信需要频率的估算，确定在2GHz周围总共辟出230MHz频带作为第三代移动通信系统的专用频率： 1885~2025MHz、2110~2200MHz作为2000年以后的全球性移动通信使用，其中卫星通信使用的频段1980~2010MHz和2170-2200MHz最迟到2005年退出。 1995年WRC大会作出决议，对分配给移动卫星业务的频率又做了少量个性为第二大区增加了2010-2025MHz和2160-2170MHz频段，且要求退出频率的时间提前到2000年。 IMT-2000将使用1875~1975MHz和2110~2160MHz两段频率。目前各国及国际组织对移动通信频率的划分也各不相同。 4. 目前对3G的研究 目前ITU对3G的研究工作主要由3GPP和3GPP2来承担。 3GPP：是以WCDMA为基础，集合了Erission，Nokia，Simense等欧洲公司以及日本的NTT，韩国的一些公司，共同研究3G的组织。 3GPP2：是以cdma2000为基础，集合了Qualcomm，Lucent等美国公司及日本的ARIB，韩国的一些公司，共同研究3G的组织。 1.4 3G三种制式的比较 制式 W－CDMA cdma2000 TD－SCDMA 双工方式 FDD/TDD FDD TDD 带宽（M） 5/10/20 1.25/5/10/20 1.2 码片速率（Mbit） N*4.096 N=1，2，4 N*1.2288 N=1，3，6，9，12 1.11 扩谱方式 前向：WALSH（信道化）+GOLD序列218（区分小区） 反向：WALSH（信道化）+GOLD序列241（区分用户） 前向：WALSH（信道化）+M序列215（区分小区） 反向：WALSH（信道化）+M序列242-1（区分用户） 前向：WALSH（信道化）+PN序列（区分小区） 反向：WALSH（信道化）+PN序列（区分用户） 基站间同步 异步，同步（可选） 同步（GPS、GLONSS） 同步（GPS或其它方式） 1.5 WCDMA和cdma2000的演进策略 1. W-CDMA-（DS）的演进策略是： (4) 目前的GSM (5) 高速电路交换数据HSCSD（14.4~64kbit/s） (6) 通用分组无线业务GPRS（144kbit/s） (7) GSM/EDGE384（将调制方式由GMSK更新为8P8K之类更高效率方式，将传输速率上升至384kbit/s） (8) 最终以网络业务覆盖再度平滑无缝隙地演进至IMT-2000 W-CDMA-（DS） cdma2000-（MC）的演进策略是： (9) 由目前与AMPS叠加的IS-95-A ，cdma2000的第一阶段 (10) 过渡到可传输115.2kbit/s的IS-95-B ， (11) 实施加倍容量的IS-95C，最终平滑无缝隙地演进至传输速率可高达2Mbit/s的cdma2000。 第2章 数字移动通信技术 2.1 多址技术 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。图2-1用模型表示了这三种方法简单的一个概念。 图2-1 三种多址方式概念示意图 FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA是以不同的时隙实现通信的，CDMA是以不同的代码序列实现通信的。 2.1.2 频分多址 频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。 模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也同样可以采用FDMA，只是不会采用纯频分的方式，比如GSM和CDMA系统就采用了FDMA。 2.1.3 时分多址 时分多址是在一个带宽的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中采用，GSM系统也采用了此种方式。 TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙（在呼叫开始时分配），用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，移动台就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。 TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当移动台发射时基站接收，基站发射时移动台接收，交替进行。TDD具有TDMA结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。 2.1.4 码分多址 码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）。 CDMA按照获得带宽信号所采取的调制方式分为直接序列扩频（DS）、跳频（FH）和跳时（TH），如下图2-2所示： 图2-2 三种CDMA扩频方式概念示意图 2.2 RAKE接收机 RAKE接收机也称为多径接收机，即是指移动台中有多个RAKE接收机，由于无线信号传播中存在多径效应，因此基站发出的信号会经过不同的路径到达移动台处，经不同路径到达移动台处的信号的时间是不同的，如果两个信号到达移动台处的时间差超过一个信号码元的宽度，RAKE接收机就可将其分别成功解调，移动台将各个RAKE接收机收到的信号进行矢量相加（即对不同时间到达移动台的信号进行不同的时间延迟到达同相），每个接收机可单独接收一路多径信号，这样移动台就可以处理几个多径分量，达到抗多径衰落的目的，提高移动台的接收性能。基站对每个移动台信号的接收也是采用同样的道理，即也采用多个RAKE接收机。另外，在移动台进行软切换的时候，也正是由于使用不同的RAKE接收机接收不同基站的信号才得以实现。 2.3 多用户检测 基于RAKE接收机原理的CDMA接收机将其它用户的信号视为干扰信号，但是优化后接收机可以将检测所有信号或从指定的信号中减去其它信号的干扰。 当新的用户或干扰源进入网络时，其它用户的服务质量会下降，网络抗干扰能力越强，可服务的用户就越多。干扰一个基站或移动台的多路接入干扰是小区内和小区间干扰的总和。 多用户检测（MUD）也称为联合检测和干扰消除，它提供了降低多路接入干扰的影响，因而增加系统容量。同时MUD显著降低了CDMA系统的远近效应。MUD可以缓解系统对功率控制的需求。 2.4 功率控制 由于CDMA系统不同用户同一时间采用相同的频率，所以CDMA系统为自干扰系统，如果系统采用的扩频码不是完全正交的（实际系统中使用的地址码是近似正交的），因而造成相互之间的干扰。在一个CDMA系统中，每一码分信道都会受到来自其它码分信道的干扰，这种干扰是一种固有的内在干扰。由于各个用户距离基站距离不同而使得基站接收到各个用户的信号强弱不同，由于信号间存在干扰，尤其是强信号会对弱信号造成很大的干扰，甚至造成系统的崩溃，因此必须采用某种方式来控制各个用户的发射功率，使得各个用户到达基站的信号强度基本一致。 CDMA系统的容量主要受限于系统内部移动台的相互干扰，所以每个移动台的信号达到基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。 CDMA功率控制分为：前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又分为开环和闭环功率控制。 1. 反向开环功率控制 反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率。其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率。 开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须有一个很大的动态范围。IS95空中接口规定开环功率控制动态范围是－32dB～＋32dB。 1) 刚进入接入信道时（闭环校正尚未激活） 平均输出功率（dBm）= -平均输入功率（dBm）-73+NOM_PWR（dB）+ INIT_PWR（dB） 其中：平均功率是相对于1.23 MHz标称CDMA信道带宽而言； INIT_PWR是对第一个接入信道序列所需作的调整； NOM_PWR是为了补偿由于前向CDMA 信道和反向CDMA 信道之间不相关造成的路径损耗。 2) 其后的试探序列不断增加发射功率（步长为PWR_STEP），直到收到一个效应或序列结束。输出的功率电平为： 平均输出功率（dBm）= -平均输入功率（dBm）-73+NOM_PWR（dB）+INIT_PWR（dB）＋PWR_STEP之和（dB） 3) 在反向业务信道开始发送之后一旦收到一个功率控制比特，移动台的平均输出功率变为： 平均输出功率（dBm） = -平均输入功率（dBm）-73+NOM_PWR（dB）+INIT_PWR （dB）+PWR_STEP 之和（dB）+所有闭环功率校正之和（dB） 其中：NOM_PWR 的范围为 －8～7 dB，标称值为0dB INIT_PWR 的范围为－16～15 dB，标称值为0dB PWR_STEP 的范围为 0～7 dB 2. 反向闭环功率控制 闭环功率控制的目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。 功率控制比特是连续发送的，速率为每比特1.25ms（即800bit/s）。“0”比特指示移动台增加平均输出功率，“1”比特指示移动台减少平均输出功率，步长为1dB/比特。基站发送的功率控制比特比反向业务信道延迟2*1.25 ms。 一个功率控制比特的长度正好等于前向业务信道两个调制符号的长度（即104.66us）。每个功率控制比特将替代两个连续的前向业务信道调制符号，这个技术就是通常所说的符号抽取技术。 反向外环与闭环功率控制如图2-3所示： 图2-3 反向外环与闭环功率控制示意图 3. 前向功率控制 基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率，当误帧率超过预定义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1％，每15～20ms进行一次调整。下行链路低速控制调整的动态范围是±6dB。移动台的报告分为定期报告和门限报告。 2.5 软容量 对于CDMA系统，用户数与服务级别存在比较灵活的关系，运营商可在话务量高峰期将误帧率稍微提高，来增加可用信道数，提高系统容量。 软容量是通过CDMA系统的呼吸功能来实现的。 呼吸功能是CDMA系统中特有的改善用户相互干扰、合理分配基站容量的功能。它是指相邻基站间，如果某基站覆盖区正在通话的用户数量较多时，该基站的用户之间会产生较大的干扰，这时，该基站可通过降低该基站的导频信道的发射功率使部分用户通过软切换切换到负荷较轻相邻基站中去，从而降低该基站的负荷，减轻该基站的干扰，这是所谓的“呼”功能；当该基站的用户数量减少、干扰减轻时，该基站又可增加导频信道的发射功率，将相邻基站的用户通过软切换纳入自己的覆盖区域，这是所谓的“吸”功能。CDMA系统实现呼吸功能的本质在于其可以方便的控制各个基站的覆盖范围和系统能够实现软切换，通过改变基站的覆盖范围来调整各个基站下面使用用户的容量，CDMA系统通过呼吸功能，实现相邻基站之间的容量均衡，降低各个基站内部的用户干扰，从整个系统考虑是增加了容量。 2.6 软切换 切换是指将一个正在进行的呼叫从一个小区转移到另一个小区的过程。切换是用于无线传播、业务分配、激活操作维护、设备故障等原因而产生。 CDMA系统中的切换有两类：硬切换和软切换。 1. 硬切换 硬切换是指在切换的过程中，业务信道有瞬时的中断的切换过程。硬切换包括以下两种情况： · 同一MSC中的不同频道之间； · 不同MSC之间。 2. 软切换（Soft Handoff） 软切换是指在切换过程中，在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系。手机在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时，手机同时接收多个基站（大多数情况下是两个）的信号，几个基站也同时接收该手机的信号，直到满足一定的条件后手机才切断同原来基站的联系。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的切换是硬切换。软切换包括以下四种情况： · 同一基站的两个扇区之间；（ 如果切换发生在两个相同频率的扇区之间的话，这种切换称为更软切换（Softer Handoff））； · 不同基站的两个小区之间； · 不同基站的小区和扇区之间的三方切换； · 不同基站控制器之间。 3. 软切换的实现 能够实现软切换的原因在于：1、CDMA系统可以实现相邻小区的同频复用；2、手机和基站对于每个信道都采用多个RAKE接收机，可以同时接收多路信号，在软切换过程中各个基站的信号对于手机来讲相当于是多径信号，手机接收到这些信号相当于是一种空间分集。 · 导频：指导频信道 · 导频集合：指所有具有相同频率但不同 PN码相位的导频集。 · 有效导频集：与正在联系的基站相对应的导频集合。 · 候选导频集：当前不在有效导频集里，但是已有足够的强度表明与该导频相对应的基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。 · 相邻导频集：当前不在有效导频集或候选导频集里但又根据某种算法被认为很快就可以进入候选导频集里的导频集合。 · 剩余导频集：不被包括在相邻导频集。候选导频集和有效导频集里的所有其它导频的导频集合。 软切换过程如图2-4所示： a、当导频强度达到T_ADD，移动台发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集合； b、基站发送一个切换指示消息； c、移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息； d、当导频强度掉到T_DROP 以下时，移动台启动切换去掉定时器； e、切换去掉定时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息； f、基站发送一个切换指示消息； g、移动台把导频从有效导频集移到相邻导频集并发送切换完成消息。 图2-4 软切换实现过程 2.7 地址码的选择 地址码选择的要求：所选的地址码应能提供足够数量的相关函数特性尖锐的码系列，保证信号经过地址码解扩后具有较高的信噪比。地址码提供的码序列应接近白噪声特性，同时编码方案简单，保证具有较快的同步建立速度。 1. 伪随机序列 伪随机序列（PN码）具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。CDMA系统中采用 m序列。 m序列定义：“最长线性反馈移位寄存器序列”的简称。如果 r 级线性移位寄存器序列的周期是P＝2R－1，则该移位序列为 m序列。 m序列的基本性质 a、周期是P＝2R－1。一个周期内，1 的个数是2r-1，0 的个数是2r-1-1，遍历的状态数为2r－1。 b、在一个周期内，共有2r－1个游程。长度为r 的1游程和长度为r-1的0 游程各有一个。 c、m序列和其移位后的序列逐位模2 相加，所得的序列还是m 序列，只是相位不同。 d、具有双值自相关特性。 2. PN 码的码捕获 CDMA中，PN 码的码捕获采用两段搜索算法，实现快速捕获。实现过程如下： a、在相关解调过程中，先设置一较低门限，然后相关解调PN 码的一小段，如果没有超过门限，则表明在该相位无有用信号，将相位后移一段，再作相关解调。 b、如果超过门限了，在该相位再做更长一段PN码的相关解调，以判定该相位是否有有用信号。 c、每次移PN 码的半个比特的长度。 3. PN 码在CDMA中的应用 在前向信道中，长度为242-1的m序列被用作对业务信道进行扰码（注意不是用作扩频，在前向信道中是使用正交的Walsh函数进行扩频）。长度为215-1的m序列被用作对前向信道进行正交调制，不同的基站使用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为64个比特，这样，最多有512个不同的相位可用。 在反向信道中，长度为242-1的m序列被用作直接进行扩频，每个用户被分配一个m序列的相位，这个相位是由用户的ESN（移动台的电子序号）计算出来，这些 m序列的相位是随机分布且不会重复的。长度为215-1的PN 码也被用作对反向业务信道进行正交调制，其相位偏置为0 。 2.8 分集技术 分集技术是指系统同时接收衰落互不相关的两个或更多个输入信号后，系统分别解调这些信号然后将他们相加，这样系统可以接收到更多有用信号，克服衰落。 移动通信信道是一种多径衰落信道，发射的信号要经过直射、反射、散射等多条传播途径才能达到接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度、时延及相位随时随地发生变化，所以接收到的信号的电平是起伏、不稳定的，这些多径信号相互叠加就会形成衰落。叠加后的信号幅度变化符合瑞利分布，又称瑞利衰落。瑞利衰落随时间急剧变化时，称为“快衰落”。快衰落严重衰落深度达到20~30dB。瑞利衰落的中值场强只产生比较平缓的变化，称为“慢衰落”，且服从对数正态分布。 分集技术是克服叠加衰落的一个有效分发。由于具有频率、时间、空间的选择性，因此分集技术包括频率分集、时间分集、空间分集。 减弱慢衰落采用空间分集，即用几个独立天线或在不同场地分别发射和接收信号，以保证各信号之间的衰落独立。 根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信道带宽相关带宽时，接收到的此两种频率的衰落信号不相关，市区的相关带宽一般为50kHz左右，郊区的相关带宽一般为250kHz左右。而CDMA的一个信道带宽为1.23MKz，无论在市区还是郊区都远远大于相关带宽的要求，所以CDMA的宽带传输本身就是频率分集。 时间分集是利用基站和移动台的RAKE接收机来完成的。对于一个信道带宽为1.23MHz的CDMA系统，当来自两个不同路径信号的时延为1us时，也即这两条路径相差大约300m时，RAKE接收机就可以将它们分别提取出来而不混淆。 第3章 CDMA系统结构 3.1 CDMA系统结构 3.1.1 系统的基本特点 CDMA系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点： CDMA系统是由几个子系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN、ISDN、PDN等）互连互通。各子系统之间或各子系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的CDMA系统或子系统能互连； CDMA系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能。 CDMA系统除了可以电信业务，还可以开放各种承载业务、补充业务、智能业务； CDMA系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全； CDMA系统具有灵活和方便的组网结构，频率复用系数可以达到1，移动交换机的话务承载能力一般都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求； CDMA系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。 用户终端设备（手持机）功耗小，待机时间长。 3.1.2 系统的结构与功能 CDMA系统的典型结构如图3-1所示。由图可见，CDMA系统是由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网络子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与CDMA系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成CDMA系统的实体部分。操作系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。 OSS：操作子系统 BSS：基站子系统 NSS：网络子系统 NMC：网络管理中心 DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心 PCS：用户识别卡个人化中心 OMC：操作维护中心 MSC：移动交换中心 VLR：拜访位置寄存器 HLR：归属位置寄存器 AC：鉴权中心 EIR：移动设备识别寄存器 BSC：基站控制器 BTS：基站收发信台 PDN：公用数据网 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网 MS：移动台图 图3-1 CDMA系统结构 3.2 移动台（MS） 移动台是公用CDMA移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个CDMA系统中的唯一设备。 除了通过无线接口接入CDMA系统的通常无线和处理功能外，移动台必须提供与使用者之间的接口。比如完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和按键。或者提供与其它一些终端设备之间的接口。比如与个人计算机或传真机之间的接口，或同时提供这两种接口。因此，根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端（MT）或者是由移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是由移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（TE）相连接而构成，这可参见图3-2，这些都归类为移动台的重要组成部分之一—移动设备。 CDMA手机以前不支持UIM卡，号码和手机捆绑在一起，更换号码必须更换手机，或对手机重新写码。现在机卡分离的CDMA早已研制成功，UIM卡和GSM手机的SIM卡一样，它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。CDMA系统的机卡分离将促进CDMA系统的大力发展。 图3-2 移动台的功能结构 3.3 基站子系统（BSS） 基站子系统（BSS）是CDMA系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作子系统（OSS）之间的通信连接。 基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。实际上，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备采用远端控制的连接方式与BSC相连接。需要说明的是，基站子系统还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备（SM）。码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间，在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点。因此，一种具有本地和远端配置BTS的典型BSS组成方面如图3-3示。 1. 基站收发信台（BTS） 基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 图3-3 一种典型的BSS组成方式 2. 基站控制器（BSC） 基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。 3.4 网络子系统（NSS） 网络子系统（NSS）主要包含有CDMA系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对CDMA移动用户之间通信和CDMA移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个CDMA系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7协议和CDMA规范的7号信令网络互相通信。 1. 移动交换中心（MSC） 移动交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属位置寄存器HLR、鉴权中心AC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。 移动交换中心MSC可从三种数据库，即归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。 MSC可为移动用户提供一系列业务： 电信业务。 语音业务：话音编码器采用EVRC。为了支持长城网的旧用户，在原来开通了长城网的地区还支持8K QCELP。 短消息业务：提供移动台发送短消息业务、移动台接收短消息业务；还提供小区广播短消息业务。 承载业务。提供IWF的电路型数据业务和基于Simple IP和Mobile IP的分组数据业务； 补充业务。例如： 遇忙呼叫前转（CFB）、隐含呼叫前转（CFD）、无应答呼叫前转（CFNA）、无条件呼叫前转（CFU）、呼叫转移（CT）、呼叫等待（CW）、主叫号码识别显示（CNIP）、主叫号码识别限制（CNIR）、会议电话（CC）、消息等待通知（MWN）、三方呼叫（3WC）、取回语音信息（VMR）等。 智能业务。例如：预付费业务（Pre-Paid Charging）、虚拟专用网（VPN）、被叫集中付费电话（Freephone）等。 增值业务。CDMA网络提供信箱留言、信箱留言操作、自动应答、定时邮送、留言通知和布告栏等业务；CDMA网络提供面向应用的无线数据，例如：天气预报、股市信息等短信息业务。 IP电话业务。CDMA网络提供IP电话业务。 当然，作为网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动特征性能和其它网络功能。 对于容量比较大的移动通信网，一个网络子系统NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR，为了建立固定网用户与CDMA移动用户之间的呼叫，无需知道移动用户所处的位置。此呼叫首先被接入到入口移动交换中心，称为GMSC，入口交换机负责获取位置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的MSC，称为被访MSC（VMSC）。因此，GMSC具有与固定网和其它NSS实体互通的接口。目前，GMSC功能就是在MSC中实现的。根据网络的需要，GMSC功能也可以在固定网交换机中综合实现。 2. 拜访位置寄存器（VLR） 拜访位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。 VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。 3. 归属位置寄存器（HLR） 归属位置寄存器（HLR）是CDMA系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域扔关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择 路径送到被叫的用户。 4. 鉴权中心（AC） CDMA系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。 AC属于HLR的一个功能单元部分，专用于CDMA系统的安全性管理。 5. 移动设备识别寄存器（EIR） 移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的电子序列号（ESN），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的ESN，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。 3.5 操作子系统（OSS） 操作子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和维护。 移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫计费。用户数据管理一般由归属位置寄存器（HLR）来完成这方面的任务，HLR是NSS功能实体之一。用户识别卡UIM的管理也可认为是用户数据管理的一部分，但是，作为相对独立的用户识别卡UIM的管理，还必须根据运营部门对UIM的管理要求和模式采用专门的UIM个人化设备来完成。呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动交换中心MSC和GMSC分别处理，也可以采用通过HLR或独立的计费设备来集中处理计费数据的方式。 移动设备管理是由移动设备识别寄存器（EIR）来完成的，EIR与NSS的功能实体之间是通过SS7信令网络的接口互连，为此，EIR也归入NSS的组成部分之一。 网络操作与维护是完成对CDMA系统的BSS和NSS进行操作与维护管理任务的，完成网络操作与维护管理的设施称为操作与维护中心（OMC）。从电信管理网络（TMN）的发展角度考虑，OMC还应具备与高层次的TMN进行通信的接口功能，以保证CDMA网络能与其它电信网络一起纳入先进、统一的电信管理网络中进行集中操作与维护管理。直接面向CDMA系统BSS和NSS各个功能实体的操作与维护中心（OMC）归入NSS部分。 可以认为，操作子系统（OSS）已不包括与CDMA系统的NSS和BSS部分密切相关的功能实体，而成为一个相对独立的管理和服务中心。主要包括网络管理中心（NMC）、安全性管理中心（SEMC）、用于用户识别卡管理的个人化中心（PCS）、用于集中计费管理的数据后处理系统（DPPS）等功能实体。 3.6 接口和协议 3.6.1 主要接口 CDMA系统的主要接口是指A接口、Um 接口。如图3-4所示。它主要定义和标准化能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能纳入同一个CDMA数字移动通信网运行和使用。 图3-4 CDMA系统的主要接口 2. A接口 A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的2.048Mbit/s PCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。 3. Um接口（空口接口） Um接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与CDMA系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。 3.6.2 网络子系统内部接口 网络子系统由移动交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）等功能实体组成，因此CDMA技术规范定义了不同的接口以保证各功能实体之间的接口标准化。其示意图如图3-5所示。 图3-5 网络子系统内部接口示意图 2. B接口 B接口定义为拜访位置寄存器（VLR）与移动交换中心（MSC）之间的内部接口。用于移动交换中心（MSC）向拜访位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知拜访位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息等。 3. C接口 C接口定义为归属位置寄存器（HLR）与移动交换中心（MSC）之间的接口。用于传递路由选择和管理信息。如果采用归属位置寄存器（HLR）作为计费中心，呼叫结束后建立或接收此呼叫的移动台（MS）所在的移动交换中心（MSC）应把计费信息传送给该移动用户当前归属的归属位置寄存器（HLR），一旦要建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码。C接口的物理链接方式与D接口相同。 4. D接口 D接口定义为归属位置寄存器（HLR）与拜访位置寄存器（VLR）之间的接口。用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实用化的CDMA系统结构一般把VLR综合于移动交换中心（MSC）中，而把归属位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AC）综合在同一个物理实体内。因此D接口的物理链接是通过移动交换中心（MSC）与归属位置寄存器（HLR）之间的标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输链路实现的。 5. E接口 E接口定义为控制相邻区域的不同移动交换中心（MSC）之间的接口。当移动台（MS）在一个呼叫进行过程中，从一个移动交换中心（MSC）控制的区域移动到相邻的另一个移动交换中心（MSC）控制的区域时，为不中断通信需完成越区信道切换过程，此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。E接口的物理链接方式是通过移动交换中心（MSC）之间的标准2.048Mbit/s PCM 数字传输链路实现的。 3.6.3 CDMA系统与其它公用电信网的接口 其它公用电信网主要是指公用电话网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），分组交换公用数据网（PSPDN）和电路交换公用数据网（CSPDN）。CDMA系统通过MSC与这些公用电信网互连，其接口必须满足CCITT的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。 根据我国现有公用电话网（PSTN）的发展现状和综合业务数字网（ISDN）的发展前景，CDMA系统与PSTN和ISDN网的互连方式采用7号信令系统接口。其物理链接方式是通过MSC与PSTN或ISDN交换机之间标准2.048Mbit/s的PCM数字传输实现的。 如果具备ISDN交换机，HLR与ISDN 网之间可建立直接的信令接口，使ISDN 交换机可以通过移动用户的ISDN号码直接向HLR 询问移动台的位置信息，以建立至移动台当前所登记的MSC之间的呼叫路由。 3.6.4 CDMA系统与智能网的接口 T1接口：SCP与MSC/SSP之间的接口。 T2接口：SCP与HLR之间的接口。 3.6.5 各接口协议 CDMA系统各功能实体之间的接口定义明确，同样CDMA规范对各接口所使用的分层协议也作了详细的定义。协议是各功能实体之间共同的“语言”，通过各个接口互相传递有关的消息，为完成CDMA系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传送通道。不同的接口可能采用不同形式的物理链路，完成各自特定的功能，传递各自特定的消息，这些都由相应的信令协议来实现。CDMA系统各接口采用的分层协议结构是符合开放系统互连（OSI）参考模型的。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能，按连续的独立层描述协议，每层协议在明确的服务接入点对上层协议提供它自己特定的通信服务。图3-6给出了CDMA系统主要接口所采用的协议分层示意图。 图3-6 系统主要接口的协议分层示意图 2. 协议分层结构 · 信号层1（也称物理层） 这是无线接口的最低层、提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路）、为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信