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1、课程课程RA100001CDMA通信原理通信原理RA100001CDMA 通信原理目录i目录课程说明.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.11.2 第三代移动通信系统简介.21.3 第三代移动通信的标准化的制定.31.4 3G 三种制式的比较.41.5 WCDMA 和 cdma2000 的演进策略.4第 2 章 数字移动通信技术.52.1 多址技术.52.1.2 频分多址.52.1.3 时分多址.52.1.4 码分多址.62.2 RAKE 接收机.62.3 多用户检测.72.4 功率控制.72.5 软容量.92.6 软切换.92
2、.7 地址码的选择.112.8 分集技术.12第 3 章 CDMA 系统结构.143.1 CDMA 系统结构.143.1.1 系统的基本特点.143.1.2 系统的结构与功能.143.2 移动台（MS）.153.3 基站子系统（BSS）.163.4 网络子系统（NSS）.173.5 操作子系统（OSS）.193.6 接口和协议.203.6.1 主要接口.203.6.2 网络子系统内部接口.213.6.3 CDMA 系统与其它公用电信网的接口.223.6.4 CDMA 系统与智能网的接口.223.6.5 各接口协议.22第 4 章 区域定义与编号计划.254.1 区域定义.25RA100001C
3、DMA 通信原理目录ii4.1.1 服务区.254.1.2 公用陆地移动通信网（PLMN）.254.1.3 MSC 区.254.1.4 位置区.264.1.5 基站区.264.1.6 小区.264.2 移动用户号码簿号码（MDN）.264.2.1 号码组成.264.2.2 H0H1H2H3 中国联通分配方案.264.2.3 拨号程序.274.3 国际移动用户识别码（IMSI）与移动台识别码（MIN）.274.4 临时本地用户号码（TLDN）.284.5 电子序列号（ESN）.294.6 系统识别码（SID）和网络识别码（NID）.294.7 登记区识别码（REG_ZONE）.294.8 基站识
4、别码（BSID）.294.9 与 GT 有关的号码.294.9.1 HLR 号码.294.9.2 其他网元.294.10 GT 号码的使用.304.11 特服号码.304.12 短消息中心.314.13 MSCID 和扩展 MSCID.314.14 UIM ID.314.15 LAI（Location Area Identification-位置区）.314.16 GCI（Global Cell Identification-全球小区识别）.31第 5 章 网络功能.325.1 支持业务的网络功能.325.2 支持蜂窝运行的网络功能.325.2.1 漫游.325.2.2 切换.335.2.3
5、登记.335.2.4 移动台去活.335.3 安全保密功能.335.3.1 鉴权.335.3.2 用户信息加密.385.3.3 电子序号（ESN）的管理.385.4 呼叫处理功能.395.4.1 呼叫连接功能.395.4.2 号码存储和译码能力.405.4.3 释放控制方式.415.4.4 时间监视和通话强迫释放.41RA100001CDMA 通信原理目录iii5.4.5 路由选择功能.415.4.6 回声控制.425.4.7 过负荷控制.425.5 其它功能.425.6 VLR 具备的功能.435.7 HLR 支持的功能.455.8 AC 具备的功能.46第 6 章 业务功能.476.1 电
6、信业务.476.1.1 普通电话业务（Telephony）.476.1.2 紧急呼叫业务（Emergency Calls）.476.1.3 短消息业务（SMS）.476.2 补充业务.486.2.1 呼叫前转类补充业务.496.2.2 识别显示类补充业务.506.2.3 呼叫完成类补充业务.506.2.4 业务控制类补充业务.516.2.5 多方会话类任务.516.2.6 用户呼叫控制类补充业务.516.2.7 语音邮箱业务.516.2.8 优选语言业务.526.3 智能业务.526.3.1 入呼筛选（ICS）业务.526.3.2 预付费（PPC）业务.526.3.3 移动虚拟私网（MVPN）
7、业务.526.3.4 被叫集中付费（FPH）业务.53第 7 章 CDMA 移动通信网.547.1 中国联通 CDMA 网的话路网网络结构.547.1.1 话路网网络结构.547.1.2 移动本地网结构.567.1.3 中国联通 CDMA 网与中国联通其他网络的互联互通.567.2 中国联通 CDMA 网的信令网网络结构.567.2.1 网络等级结构.567.2.2 各级信令点的职能.577.2.3 中国联通七号信令网和话路网的对应关系.577.2.4 信令网结构和网络组织.587.2.5 寻址方式.597.2.6 SSN 号码.597.2.7 信令点编号.607.2.8 信令网的网间互通.6
8、0RA100001CDMA 通信原理目录iv附录A 缩略语.61RA100001CDMA 通信原理课程说明1课程说明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
9、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RA100001CDMA 通信原理第 1 章CDMA 发展简史1第第 1 章章CDMA 发展简史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
10、 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
11、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 DCS1800。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 1.9G
12、Hz 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。RA100001CDMA 通信原理第 1 章CDMA 发展简史21.2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
13、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（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem）。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（InternationalMobileTelecommunication-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
14、、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室内环境至少 2Mbit/s；室内外步行环境至少 384kbit/s；室外车辆运动中至少 144kbit/s；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
15、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。RA100001CDMA 通信原理第 1 章CDMA 发展简史31.3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
16、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19851994 年明确基本概念和目标；19871994 年确定基本原则；19901997 年制定框架和要求；19921998 年确定技术评估方法和程序，开展
17、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
18、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：18852025MHz、21102200MHz 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 19802010MHz 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。RA100001CDMA 通信原理第 1 章CDMA 发展简史4IMT-2000 将使用 18751975MHz 和 21102160MHz
19、 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。1.43G 三种制式的比较制式WCDMAcdma2000TDSCDMA双工方式FDD/TDDFDDTDD带宽（M）5/10/
20、201.25/5/10/201.2码片速率（Mbit）N*4.096 N=1，2，4N*1.2288N=1，3，6，9，121.11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）1.5WCDMA 和 cdma2000 的演进
21、策略1.W-CDMA-（DS）的演进策略是：(1)目前的 GSM(2)高速电路交换数据 HSCSD（14.464kbit/s）(3)通用分组无线业务 GPRS（144kbit/s）(4)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）(5)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：(6)由目前与 AMPS 叠加的 IS-95-A，cdma2000 的第一阶段(7)过渡到可传输 115.2kbit/s 的 IS-95-B，(8)实施加倍容量的 IS-95
22、C，最终平滑无缝隙地演进至传输速率可高达2Mbit/s 的 cdma2000。RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术5第第 2 章章数字移动通信技术数字移动通信技术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。TDMA时间频率时间FDMA频率CDMA频率时间码图 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，
23、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
24、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RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术6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
25、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
26、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：频率时间DSFHTH图 2-2 三种 CDMA 扩频方式概念示意图2.2RAKE 接收机RAKE 接收机也称为多径接收机，即是指移动台中
27、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RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术7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
28、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
29、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，
30、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。RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术8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32dB32dB。1)刚进入接入信道时（闭环校正尚未激活）平均输出功率（d
31、Bm）=-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
32、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 87dB，标称值为 0dBINIT_PWR 的范围为1615 dB，标称值为 0dBPWR_STEP 的范围为07dB2.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
33、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：RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术9设定所需Eb/NoPC信道上/下：800Hz移动台发送功率接收PC命令接收Eb/NtBTSV/SBSC或MSC1FER1FER从基站传来的语音帧(50Hz)测量Eb/NtPCPC：功率控制（POWER CONTROL）
34、闭环外环图 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 1520ms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
35、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
36、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。RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术101.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
37、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
38、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
39、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；RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术11d、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。相邻集候选集有效集相邻集导频强度时间T_ADDT_DROPabcdefg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
40、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 P2R1，则该移位序列为 m 序列。m 序列的基本性质a、周期是 P2R1。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 2r1。b、在一个周期内，共有 2r1 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
41、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：RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术12a、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
42、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
43、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 2030dB。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。
44、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RA100001CDMA 通信原理第 2 章数字移动通信技术13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
45、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。RA100001CDMA 通信原理第 3 章CDMA 系统结构14第第 3 章章CDMA 系统结构系统结构3.1CDMA 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
46、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
47、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。RA100001CDMA 通信原理第 3 章CDMA 系统结构15MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR
48、/ACDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSS 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
49、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
50、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。RA100001CDMA 通信原理第 3 章CDMA 系统结构16MTMS（类型0）：TEMS（类型1）：TAMTTEMS（类型2）：MTMT：移动终端 TA：终端适配器 TE：终端设备图 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