1、,移动通信,中南民族大学电子与信息工程学院 唐红文,通信技术,移动通信-第八讲 码分多址的移动通信系统（一） IS95窄带CDMA系统,内容,IS95系统概述 码分多址的特征 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 CDMA蜂窝通信系统的通信容量 IS95 CDMA蜂窝系统的无线传输 信道组成 正向传输 反向传输 IS95 CDMA蜂窝系统的控制功能 登记注册 切换 呼叫处理,8.1 概 述 CDMA 的发展历史1,CDMA 技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用;
2、 1989 年11 月，Qualcomm 在美国的现场试验证明，CDMA 用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推导其为AMPS 容量的20 倍，而同时期研究的D-AMPS 系统容量只有AMPS 的3 倍。这一振奋人心的结果很快使CDMA 成为全球的热门课题。效率约为78；CDMA 系统可很好地分配用户间的干扰。,CDMA 的发展历史2,95 年香港和美国的CDMA 公用网开始投入商用。 96 年韩国用自己的CDMA 系统开展大规模商用，头12 个月发展了150 万用户。 1998 年全球CDMA 用户已达500 多万， CDMA 的研究和商业进入高潮，有人说1997年是CDMA 年。美国已拍卖的
3、 2958 个 PCS经营许可证中，选择 CDMA 占51%，D- AMPS 占20%， GSM 占28%。1999 年CDMA 在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增长率高达250%，用户已达2000 万。,CDMA 的发展历史3,南美洲的巴西等国和越南已开通CDMA网；韩国已开通cdma2000-1x 和HDR 商用网。全球CDMA 用户已超过1.5 亿。中国CDMA 的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累，93 年国家863 计划已开展CDMA 蜂窝技术研究。94 年Qualcomm 首先在天津建技术试验网。1998 年具有14 万容量的长城CDMA 商用试验网在北京、广州、上海、西安
4、建成，并开始小部份商用。迄今，中国联通已在全国250 多个城市正式开通了商用IS95A CDMA 网，并开始向cdma2000-1x升级，到2005年用户数达到5000 万。,IS-95 CDMA 技术的发展与完善,IS-99 为IS-95 提供无线数据链接协议。将把PPP、IP、TCP、AT 等协议写入IS-99，速率14.4kbps，为IS-95 提供数据业务标准。IS-99 于1998 年第三季度完成。IS-657 专门为IS-95 提供直接接入Internet标准协议。支持所有的TCP/IP/PPP 协议。IS-657 于1999 年第一季度完成。IS-95B 是为IS-95 成为宽带
5、系统而写。允许8 个业务信道组合在一起，其数传速率将取决于使用的信道数。支持高级的数据接入协议，如TCP 和ADSL 等，为Internet 的接入提供高速、灵活、方便的服务。IS-95B 的硬件网络将是全透明的。,CDMA 技术的现状,cdma2000 于1999 年开展制订，完全兼容IS-95A、B，最大数据速率达2Mbps。cdma2000-1x 技术目前已成熟，并进入商用，其传输速率达到307.2kbps。另外，在cdma2000-1xEVDO（HDR-High Data Rate）高数据速率系统技术也已成熟并开始统入商用。cdma2000 正在向基于MIP 核心网的All-IP 网演
6、进。,CDMA技术标准化发展阶段,过渡的标准,第二代CDMA技术标准,第三代CDMA技术,CDMA 的比较,IS-95 CDMA 系统用户终端业务,按照CDMA的规范，交换子系统应能向用户提供用户终端业务、承载业务、补充业务三类业务。 电话业务紧急呼叫业务短消息业务语音邮箱业务,IS-95 CDMA 系统承载业务,承载业务提供了在两个网络终端接口间的信息传递能力。120014400bit/s 异步数据120014400bit/s 分组数据交替语音与120014400bit/s 数据,IS-95 CDMA 系统补充业务,遇忙呼叫前转CFB无条件呼叫前转CFU无应答呼叫前转CFNA隐含呼叫前转CF
7、D主叫号码识别显示CNIP主叫号码别限制CNIR呼叫等待CW呼叫转移CT会议电话CC免打扰DND,消息等待通知MWN三方通话3WC密码呼叫接受PCA选择呼叫接受SCAIN 码拦截SPINI用户PIN 码接入SPINA取回语音信息VMR优选语言PL用户群提示FA移动接入寻线MAH,IS-95窄带CDMA系统基本原理,CDMA是码多址系统： A、码分，B、扩频 通过频率扩展技术即将窄带信号频谱扩展成宽带信号进行传输。,IS-95中扩频后的带宽为1.23MHz（称为CHIP速率）。,IS-95窄带CDMA收发信机框,信源,数据调制,扩频调制,PN码 发生器,信息接收,数据解调,扩频解调,PN码 发生
8、器,同 步电 路,载波 发生器,载波 发生器,8.1.1 码分多址的特征,更大的通信容量； 软越区切换：通过空间分集提供软切换, MSC 从多个BS监测用户信号并在任何时候都从中选择质量最好的信号； 软容量：增加用户等于线性地增加底噪声，没有绝对底用户数限制所有用户的性能逐渐降低； 频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。 语音激活技术可扩大系统容量； 较好的抗干扰性能; 保密性强：CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性，CDMA码址是个伪随机码，而且共有4.4万亿种可能的排列，因此，要破解密码或窃听通话内容是很困难的。,CD
9、MA蜂窝系统缺点,产生较大的多址干扰，系统容量干扰受限。 多用户检测与干扰相消技术 远近问题：若多用户的功率不等，BS将捕获解调接收的最强MS信号。BS必须实现功率控制以保证覆盖区内，每个MS的信号在BS接收机处电平相等。软切换需要MS在放弃旧BS之前捕获新的BS，这比FDMA 和TDMA 方案中采用的硬切换复杂得多。,8.1.2 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制,多址干扰（MAI）CDMA系统是采用不同的扩频码字来区分用户，这就要求各用户的扩频码具有强自相关性和弱互相关性。但实际上各用户间的互干扰不可能完全消失，所以CDMA系统是干扰受限系统，就是说来自本小区和邻近小区用户的干扰成了
10、决定系统容量和性能的主要因素。多址干扰是CDMA系统所特有的一种干扰。 多址干扰又分两大类： MS收到所属BS和临近BS向其它MS发送的信号。 BS收到本小区和临近小区MS信号；,(,a,),(,b,),远近效应,“远近效应” : 近地强信号压制远地弱信号的现象。在上行链路中，如果小区内所有MS以相同的发射功率进行发射，而各MS与BS的距离是不同的，信号就具有不同的衰耗，导致BS接收较近的MS的信号强，接收较远的MS的信号弱，基站处所接收到的信号的强度相差可达3070dB。由于CDMA是同频接收系统，造成弱信号淹没在强信号中，从而使得部分MS 无法正常工作，距离基站近的一个MS就可以完全阻塞整
11、个小区。,功率控制,反向功率控制(上行功率控制)：主要是要求使任一移动台无论处于什么位置上，其信号在到达基站的接收机时，都具有相同的电平，而且刚刚达到信干比要求的门限。-防止“远近效应”，最大限度减小多址干扰。 反向开环功率控制：是移动台根据接收功率的变化, 估计由基站到移动台的传输损耗, 迅速调节移动台发射功率. 目的 是试图使所有移动台发出的信号到达基站时都有相同的功率。 优点：方法简单、直接、不需要在MS和BS间交换控制信息。因而控制速度快，且节省开销。 缺点：对于瑞利衰落信道效果不好。 反向闭环功率控制：根据基站接收信噪比，决定移动台发送功率。目标 是由基站接收信噪比迅速调整移动的发送
12、功率，以保证基站收到的信号足够强，同时对其它信道干扰最小。,正向功率控制：基站根据移动台提供的测量结果，调整对每个移动台的发射功率。 目的：对路径衰落较小的移动台较小的正向链路功率，对那些远离基站和误码率较大的移动台分配较大的正向链路功率。 前向信道总功率按一定比例分配给导频信道、同步信道、寻呼信道以及所有的前向业务信道。 前向总功率分配： 导频信道：20% 同步信道：3% 寻呼信道：6%(每个) 业务信道：动态分布(1%-%6/信道) 功率控制是CDMA蜂窝系统提高通信容量的关键技术，也是主要技术难题。,正向（前向链路）功率控制,在CDMA小区中，每个信道拥有自己的功率电平和自己的Walsh
13、码。 导频信道用Walsh 0，寻呼信道用Walsh 17，同步信道用Walsh32，业务信道用Walsh 831和Walsh 3364(共55个业务信道)。 导频信道是信标信道，定义了小区的覆盖半径，通常具有最大功率。,8.1.3 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率,美国联邦通信委员会(FCC)分配给蜂窝通信系统使用的频率如图所示:,频谱,824 825,849,869 870 880 890 891.5 894,835 845 846.5,A,A,A,B,B,频道号 991 1023,1 333,334 666,667 716,717 749,MS发,BS发,8.1.3 IS-95 C
14、DMA蜂窝系统的工作频率, A 频段的基本频道为AMPS 的283 号频道（833.49MHz），第二CDMA 频道为242 号（832.26MHz）。扩展CDMA 频道依次为201 号（831.03MHz）、160 号（829.80MHz）、119 号（828.57MHz）、78 号（827.34MHz）和37 号（826.11MHz）。共有7 个可用CDMA 频道。 B 频段的基本频道为AMPS 的384 号频道（836.52MHz），第二CDMA 频道为425 号（837.75MHz）。 中国联通CDMA 网的工作A 频段（原长城网）为825MHz835MHz（BS 收）、870MHz8
15、80MHz（BS 发），即10MHz 可用频率；B 频段835MHz839MHz（BS 收）、880MHz884MHz（BS发），即4MHz 可用频率；上下行频率间隔为45MHz。,A283B384,我国CDMA系统占用的频率,目前，中国联通CDMA使用原军队AMPS频段，即上行 频率为825835MHz，下行频率为870880MHz，占用10M带宽，上下频差45M。,8.1.4 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准,CDMA蜂窝系统利用“全球定位系统”(GPS)的时标。CDMA系统对无线定时要求十分严格。在IS95中规定: 同一前向CDMA信道的导频PN序列与所有Walsh序列间的时间
16、误差须小于50ns； 同一基站的不同CDMA信道的发射时间须在1s内； 所有基站的导频PN序列的发射时间须在10s内， 因此，每个基站都需使用GPS作为时间基准参考源。 中国联通CDMA网的技术体制规定CDMA网内以GPS系统作为时钟基准，同时以公用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准。,8.1.5 IS-95 CDMA 蜂窝系统的语音编码,QUALCOMM公司的CELP(QCELP)算法，即码激励线性预测的可变速率混合编码算法： 基于线性预测编码； 使用矢量码表替代简单线性预测中产生浊音准周期脉冲的脉冲位置和幅度，使用码表矢量量化差值信号； 可变速率：采用话音激活检测(VAD)技术，在话音间
17、隙期，根据不同的信噪比背景分别选择9.6kbps、4.8kbps、2.4kbps、1.2kbps 4个档次(1, 1/2, 1/4, 1/8)的传输速率，使平均速率比最高速率下降两倍以上；,QCELP的实现,首先对模拟话音按8kHz取样； 其次按照20ms划分为一个话音帧，每帧有160个样本。 将160个样本生产3个参数子帧，3个参数不断更新，更新后参数按一定的帧结构送至接收端。 滤波参数a1、a2、.、a12，对任何速率每20ms更新一次； 音调参数，不同速率更新次数不一样； 码表参数，不同速率更新次数不一样。 接收端解码器把收到的话音分组解码，恢复成话音样点。,内容,IS95系统概述 码分
18、多址的特征 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 CDMA蜂窝通信系统的通信容量 IS95 CDMA蜂窝系统的无线传输 信道组成 正向传输 反向传输 IS95 CDMA蜂窝系统的控制功能 登记注册 切换 呼叫处理,CDMA的系统容量,蜂窝系统采用CDMA的目的：增大系统容量 CDMA系统是一个自干扰系统，用户数和服务级别之间有着更灵活的关系，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。因此，影响CDMA系统容量的因素较多。 干扰的影响； 本小区的用户多址干扰
19、，邻小区的用户干扰 多址干扰或多用户干扰。 扇区的作用； 话音激活期的影响；,CDMA的系统容量,CDMA的系统容量：在给定的总频带带宽内在保证通信质量的条件下,能同时提供呼叫的个数。 通信质量的定义 以信干比(S/I)来度量。 信道数m：频带+时隙+扩频码 有效用户数(m) 考虑语音激活因子-d (-35%) 考虑扇区化因子(扇区数)-G 考虑频率复用效率-F,CDMA前向链路容量,前向容量决定于基站发射功率和移动台所需的S/I。 前向链路容量： 信号功率 干扰功率本小区干扰邻小区干扰 分析中，首先不考虑邻小区干扰，然后将邻小区干扰归为频率复用效率参数,CDMA反向链路容量,反向容量取决于用
20、户的发射功率是否足以克服其它用户的干扰。 反向链路容量： 信号功率： 干扰功率：本小区干扰：邻小区干扰： 分析中，首先不考虑邻小区干扰，然后将邻小区干扰归为频率复用效率参数(约0.65),比较三种多址方式的容量,CDMA容量优势,在相同的频带资源内，CDMA可以支持更多的话务量，即频谱利用率最高。 容量优势源于一些先进的技术 ： 语音激活 扇区化 智能天线 功率控制 越区切换 ,内容,IS95系统概述 码分多址的特征 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 CDMA蜂窝
21、通信系统的通信容量 IS95 CDMA蜂窝系统的无线传输 CDMA系统规划 信道组成 正向传输 反向传输 IS95 CDMA蜂窝系统的控制功能 登记注册 切换 呼叫处理,CDMA系统组成,CDMA系统规划,Um接口(也称空中接口)的无线信令规程由800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信网空中接口技术规范规定。,A接口的信令规程由800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移动业务交换中心与基站子系统间接口信令技术规范规定。,B、C、D、E、N和P接口的信令规程由800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移动应用部分技术规范规定。,Ai接口的信令规程由800 MHz CDMA数字蜂窝移动通信网与P
22、STN网接口技术规范规定。,1、系统组成,系统组成: 网络交换子系统网络交换子系统又由移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、 短信息中心(MC)、短信息实体(SME)、设备识别寄存器(EIR)和操作系统中心(OMC)等构成。 基站子系统基站子系统由一个集中控制器(CBSC)和若干个基站收发信台(BTS)组成。 移动台子系统构成移动终端(MS)和客户识别卡(UIM)。,2、IS-95A 的无线接口,反向链路采用OQPSK 调制，前向链路采用QPSK 调制 800 MHz 频段(IS-95A)： 45 MHz 上下行链路频率间隔； 50 M
23、Hz 频谱分配。 1900 MHz(IS-95B) 高频段系统： 90 MHz上下行链路频率间隔； 120 MHz 频谱分配。 2.46 MHz 总带宽(多信道共享相同的频率带宽)1.23 MHz 反向CDMA 信道带宽；1.23 MHz 前向CDMA 信道带宽。信道Chip 速率为1.2288MChip/s。频率复用因子为1。DS-CDMA 接入方式。8kHZ 话音带宽。每个CDMA 频段带宽总数有64 个信道。每个CDMA 频段带宽有55 个话音信道。,3、 CDMA多址码,CDMA基于扩频技术,用户具有特征码 CDMA技术中包含扩频和码分两个概念 扩频:信息带宽扩展 码分:实现用户,信道
24、和基站的标识问题,多址码的设计要求,CDMA蜂窝系统中用多址码来区分地址,包括:上行: A、用户地址 B、多速率业务地址下行: A、信道地址 B、基站地址 多址码设计的基本要求 用户地址码：地址码数量，码间的正交性 多速率业务地址码：质量，即满足不同速率业务之间的正交性能 信道地址：质量，各信道之间正交，互不干扰 基站地址：数量，质量要求，正交性 各类地址码要求不一致，很难采用同一类正交码或伪码(PN码)能同时满足数量与质量上矛盾的要求。,IS-95多址码,CDMA中的码分功能 实现基站的码分选址-用不同移相的PN序列，M=215-1 基站码,相位隔离度64chips, 留足够多位的多径时延保
25、护区。 实现信道的选择-用正交的Walsh函数； 实现用户的识别和多速率业务的识别。 用周期足够长的PN序列，如N-CDMA M=242-1,IS-95 系统中小区配置,以3路软切换为例说明IS-95 系统中小区配置 ： 用短PN码的OFFSET识别小区；下行链路用Walsh码识别信道；上行链路用长码识别用户。,8.3.1 信道组成,CDMA 逻辑信道(或链路)的构成 前向信道有以下几种：导频信道(总是用Walsh 0)；寻呼信道(用Walsh 17)；同步信道(总是用Walsh 32)；业务信道(用Walsh 831和Walsh3363)。反向信道有： 接入信道； 业务信道。,8.3.1 信
26、道组成,CDMA 逻辑信道图示,导频信道,导频信号：在CDMA前向信道上是不停地发射的。移动台利用导频信道来获得初始系统同步，完成对来自基站信号的时间，频率和相位和跟踪。 导频信道使用W0。 用途： 是一种无调制的直接序列扩频信号，令移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。 切换时移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过境切换。,同步信道,同步信道：主要传输同步信息(还包括提供移动台选用的寻呼信道数据率)。 同步信道使用W32。 同步信道工作在固定速率1200b/s，若数据是半速率卷积编码，则符号重复一次。 在同步期间，移动台利
27、用此同步信息进行同步调整。 一旦同步完成，它通常不再使用同步信道， 但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。 当通信业务量很多, 所有业务信道均被占用而不够应用时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。,寻呼信道,寻呼信道：在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。 寻呼信道使用W1到W7。 寻呼信道的工作数据速率为9600或4800b/s。 移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道(也可以由基站指定)来监听系统 发出的寻呼信息和其它指令。 在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。,正向业务信道,正向业务信道：共有四种传输速率(9600、4800、2 400、1 200 b/
28、s)。 业务速率可以逐帧(20ms)改变，以动态地适应通信者的话音特征。比如，发音时传输速率提高，停顿时传输速率降低。这样做，有利于减少CDMA系统的多址干扰， 以提高系统容量。 正向业务信道使用W8到W31，W33到W63。 在业务信道中，还要插入其它的控制信息，如链路功率控制和过区切换指令等。,1.正向（下行链路）信道结构,导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，令移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过境切换。,传输同步信息. 此同步信道也可临时改作业务信道使用。,在呼叫接续阶段传输
29、寻呼移动台的信息。,共有四种传输速率(9 600、4 800、2 400、1 200 b/s)。 业务速率可以逐帧(20 ms)改变，以动态地适应通信者的话音特征。,2.反向（上行）信道结构,多址码:利用具有不同相位偏移量的长PN(242-1)码作为连接地址，许多用户共享CDMA频道。 长码相位偏移量代表连接地址，而这个偏移量是由代表信道或用户特征的掩码所决定。 每个接入信道由不同的接入信道相位偏移量识别。 在业务信道，不同用户的长码相位偏移量由用户特征决定。 反向CDMA信道(CDMA上行信道)由接入信道和反向业务信道组成。 业务信道(同下行信道):是用于在呼叫建立期间传输用户信息和信令信息
30、。 接入信道(最多32个，最少0个)： 移动台通过接入信道向基站进行登记、发起呼叫、响应基站发来的呼叫等。,链路协议,MS通过导频信道获得相位、定时和信号强度； MS通过同步信道与系统同步； MS通过寻呼信道获得系统参数； MS与BS在一个连接期间通过业务信道相互通信； MS和BS在系统捕获和寻呼期间通过接入信道和寻呼信道进行通信。,导频 、同步和寻呼信道结构,8.3.2 正向传输,系统和网络标志、PN短码的偏移量，PN长码的状态和寻呼信道的数据速率（4800，9600）,速率集1的下行业务信道构成,RS1支持的速率：9.6,4.8,2.4,1.2kbps RS2支持的速率：14.4,7.2,
31、3.6,1.8kbps RS1必须支持IS95, RS2为可选项,功率比特与速率为800bps的扰频语音比特进行多路复用。,正向业务信道生成,PCM话音,需减小话音编码输出比特输率，因而工作在可变输率模式： 全、1/2、1/4 、1/8速率。速率集1的Vocoder全速率9.6kb/s，速率集2的全速率为14.4kb/s。 提供差错检测/纠正。对速率集1（ 1：2 ）,速率集2 （1:3 ） 复制编码器的输出符号。通过重复使块交织输入符号数保持恒定19.2ksps(速率集1), 28.8kb/s(速率集2)。 仅当Vocoder工作于速率集2模式下使用。 达到抗衰落目的。 采用用户的ESN改变
32、序列为掩码所对应的长码对输入数据加扰来提供安全性。 提供快速功控子信,输入数据被穿孔800次/秒以插入功率升/降命令给MS,每次命令使MS发射功率升高或降低1dB。 正交性。每个输入符号对应一个64bit Walsh码使信道速率位1.2288Mchip/s. 为BS提供唯一的标识,确保MS锁定正确的BS。 把信号通过变频转换到蜂窝频段（800MHz）或PCS频段(1900MHz).,接入信道和速率集1的上行业务信道构成,8.3.3 反向传输,每6bit采用64进制,如码元有重复，则采用数据突发随机器对基本信道的代码掩蔽冗余的数据。将导频信道的信号强度和帧差错概率的状态传输给BS。,反向业务信道
33、生成,需减小话音编码输出比特输率，因而工作在可变输率模式： 全、1/2、1/4 、1/8速率。速率集1的Vocoder全速率9.6kb/s，速率集2的全速率为14.4kb/s。 提供差错检测/纠正。对速率集1（1:3）,速率集2（1：2） 复制编码器的输出符号。通过重复使块交织输入符号数保持恒定28.8kb/s。 达到抗衰落目的。 用相应的64位Walsh码代替6个符号的块。 提供可变速率传输。重复的符号被删除，发送占用周期随Vocoder的输出数据速率而变，使发送随机化。 提供扩频。反向链路数据的扩频长PN码序列掩码基于用户的ESN. 使用零offset的导频PN序列进行信道扩频，确保BS锁
34、定其辖区内的传输信号。 把信号通过变频转换到蜂窝频段（800MHz）或PCS频段(1900MHz).,不同的扩频与扰码过程,下行信道：使用一个64位的正交Walsh序列扩频。为了减小相邻小区中使用相同Walsh码的MS之间的相互干扰，在某个特定小区内所有的信号均使用短PN序列（区标识）加扰。上行信道：使用长PN序列进行扩频。,内容,IS95系统概述 码分多址的特征 CDMA蜂窝通信系统的多址干扰和功率控制 IS-95 CDMA蜂窝系统的工作频率 IS-95 CDMA蜂窝通信系统的时间基准 IS-95 CDMA蜂窝系统的话音编码 CDMA蜂窝通信系统的通信容量 IS95 CDMA蜂窝系统的无线传
35、输 信道组成 正向传输 反向传输 IS95 CDMA蜂窝系统的控制功能 登记注册 切换 呼叫处理,10.5.1 登记注册,登记注册是MS 与特定网络的特定小区建立联系的过程。MS向BS报告其位置状态,身份标志和其他特征的过程。通过注册，BS知道MS位置，等级和通信能力，确定MS在那个寻呼信道监听，并能有效向MS发起呼叫。9 种类型： 开电源注册：MS 开机时； 断电源注册：MS 关机之前； 周期性注册：移动台按定时器触发登记； 根据距离注册：当MS 从一个小区移动到另一个小区时； 根据区域注册：当MS 移入移出位置片区（Zone）时；,受命注册：BS 要求的登记； 参数改变注册：当MS 参数改
36、变时； 默认注册（隐含登记）：当BS 推断MS 位置时。当移动台成功地发出一个初始化信息或一个呼叫响应信息，基站就能明白移动台的位置。这就叫隐含登记 ； 业务信道注册：在激活模式下的登记。一旦基站获得一个已安排至业务信道上的移动台的登记信息时，基站能够识别出已经注册的移动台。大多数运营商采用开机、关机、基于定时器、和参数改变等类型的登记。,登记注册,MS 必须经过登记才能接收或发出呼叫； IS-95 中前5 种类型的匿名登记消息用于不同的场合，称为自主登记: 开机； 关机（取消登记）； 定时器超出门限； 当新旧BS 之间的距离超过一定的限制时。BS 在系统消息中发出GPS 信息和距离限制； M
37、S 移动到新的片区（MSC 所辖小区被群分成片区）。 后4 种登记不是由MS 发起的，如BS 要求MS 改变某些参数并通知BS、寻呼响应中的暗示等。,漫游 根据区域注册,三个层次：系统、网络、区域一个CDMA系统由系统标志(SID)和网络标志(NID)组成。一个系统将拥有多个网络。 MS将跟踪其所在地区的SID/NID。对每个MS具有一个归属SID和NID的列表。 若MS移动进入到一个NID不在列表之中但SID在所列表中，就把该NID归类为漫游NID； 若SID也不在列表之中，则称该其为漫游SID。 一旦知道一个MS是个漫游者，就将定义出其在此接入的外来(非归属)域能够获得的服务类型。,图 8
38、-31 系统与网络的示意图,切换及漫游均可用网络识别对（SID，NID）来说明。,8.5.2 切换,蜂窝网都是采用小区制方式，小区中常常分为若干扇区，因此移动台从一个扇区到另一个扇区，从一个小区到另一个小区，或从一个业务区到另一个业务区，或业务负荷量调整，为保证通信不中断，都需要过区切换。,8.5.2 切换,CDMA 支持两种类型的越区切换： CDMA到CDMA的硬切换； 软切换。硬切换在某频率点呼叫阻塞率高、崩溃的场合才发生；而在崩溃之前都是使用软切换。 MS 辅助的越区切换（MAHO)： MS 向BS 报告信号测量结果，RAKE 接收机中的搜索Finger 用来测量相邻BS（邻BS 列表消
39、息周期地发送给终端）的导频信号，在MS 建立呼叫期间得到越区切换门限表和新小区表，MS 跟踪那些高于门限的BS 并无论何时只要MSC 要求就发送此信息给MSC。,软切换是“断前通”（work before break）。 特点是： CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间； 先建立目标小区的链路，后中断源小区的链路； 可以避免通话的“缝隙”； 软切换增益可以有效的增加系统的容量； 软切换会比硬切换占用更多的系统资源。 软切换相关技术：主要涉及导频搜索技术，导频强度的测量技术，切换过程中的导频变换技术。,软切换过程,软切换的机理：MS需要搜索导频信号，并测量其强度，设置切换定时器，测量导频信号中
40、的PN序列偏移，并通过MS与BS得信息交换完成切换。 可分为三步： 1、移动台和原小区仍在通信； 2、移动台同时和原小区，新小区进行通信； 3、移动台只和新小区通信。 软交换可以减小呼叫中断的可能性，并减少了在切换过程中的切换信令的乒乓效应。,软切换,软切换模型,(1) B导频强度超过门限(上)，移动台向基站发送一导频强度测量消息，并把导频转换到候补组。(2) 基站向移动台发送一切换引导消息； (3) 移动台把导频转换到激活组，并向基站发送一切换完成消息； (4) A导频强度降低到门限(下)之下，移动台起动一“切换下降计时器”； (5) 切换下降计时器终止，移动台向基站发送一导频测量消息； (
41、6) 基站向移动台发送一切换消息； (7) 移动台把A导频从激活组转移到邻近组，并向基站发送一切换完成消息。,软切换说明,软切换由两个BS来为MS服务，这意味着： MS接收两个BS的信号，这是可能的，因为MS可以接收3个信号(RAKE接收机的每个相关器都可用来接收不同BS的信号)； 两个BS也接收MS的信号(因为CDMA反向信道可用MS的ESN简单地识别出，在BS只要采用一个相关器来接收此MS的信号。由于两个BS同时为MS服务，除非绝对必要无需在两个BS之间进行切换，因此软切换也消除了“乒乓”效应(即MS在两个小区的边界来回游动时造成在两个BS之间的来回切换)。,软切换过程,更软切换：在同一基
42、站具有相同频率的不同扇区之间切换。 更软切换是由基站完成的，并不通知MSC。,硬切换,硬切换过程中，移动用户仅与新旧基站其中一个连通，从一个基站切换到另一个基站过程中，通信链路有短暂的中断时间。当切换时间较长时，将影响用户通话。,8.5.3 呼叫处理,基站呼叫处理,导频和同步信息处理。基站发送导频信号和同步信号，使移动台捕获和同步到CDMA信道。同时移动台处于初始化状态。 寻呼信道处理。基站发送寻呼信号。同时移动台处于空闲状态，或系统接入状态。接入信道处理。基站监听接入信道，以接收移动台发来的信息。同时移动台处于系统接入状态。 业务信道处理。基站用正向业务信道和反向业务信道与移动台交换信息。同
43、时，移动台处于业务信道控制状态。,CDMA IS-95,无线接入系统、MSC&HLR、 智能网、 短消息中心、 与数据网络的接口IWF,CDMA 1X 解决方案,cdma2000 1x,数据核心网络DCN,该系统可以提供的主要业务有：话音业务、补充业务和分组数据业务。尤其是，该系统实现了做为1X标志的144K高速数据业务，在此业务之上，人们可以通过cdma2000 1X移动电话实现：Internet/Intranet接入、WWW浏览、收发E-mail、FTP传送文件以及做为宽带应用标志的VOD视频点播等功能。 该系统能够提供CDMA系统设备，包括：BSC、BTS、PDSN、AAA、HA等设备
44、分组数据业务节点PSDN：连接无线网络RN和分组数据网的接入网关。为用户终端建立和终止PPP连接，提供简单IP和移动IP服务。对简单IP业务，PDSN在IPCP阶段为用户终端分配一个动态IP地址；对移动IP业务，PDSN则支持外地代理(FA)功能，使用户可以访问公共数据网或专有数据网。 外地代理FA：当采用移动IP方式时，PDSN作为移动台的外地代理，相当于移动台访问网络的一个路由器，为移动台提供IP转交地址和IP选路服务。 本地代理HA：是MS在本地网中的路由器，负责维护MS的当前位置信息，建立MS的IP地址和MS转发地址的关系。当MS离开注册网络时，需要向HA登记，当HA收到发往MS的数据包后，将通过HA与FA之间的隧道将数据包送往MS，完成移动IP功能。 RADIUS(AAA)服务器：通过IP与PDSN通信，完成关于PPP和移动IP连接的认证，授权和计费功能。,小结,掌握CDMA空中接口协议，CDMA前向信道和CDMA反向信道分类，功率控制； 熟悉RAKE接收机原理，CDMA 系统的容量，CDMA登记，CDMA切换过程。 了解从cdmaOne 到cdma2000第三代无线通信系统的发展。,
