[信息与通信]中级培训资料CDMA原理与2000-1x技术术语.doc

上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 CDMA2000CDMA2000 1x1x 系统原理及技术术语介绍系统原理及技术术语介绍 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 - i - 目目 录录 第 一 章CDMA 系统基本原理.1 1CDMA 通信技术的产生.1 2CDMA 技术特点概述.2 2.1CDMA 扩频通信技术.2 2.2CDMA 码分多址通信技术.3 2.3CDMA 信道.6 2.3.1CDMA 主要前向信道.6 Pilot Channel6 Sync Channel .7 Paging Channel8 F-Traffic Channel.9 2.3.2CDMA 主要反向信道.10 Access Channel10 R-Traffic Channel11 2.3.3信道列表12 2.4CDMA 功率控制技术.13 2.4.1反向功率控制14 2.4.2前向功率控制16 2.4.3总结17 2.5切换技术17 2.5.1软切换技术17 2.5.2硬切换技术18 系统间的硬切换19 载频间硬切换20 2.5.3总结22 3CDMA 系统的优点.23 4CDMA2000 1x 系统24 4.1CDMA2000 1x 的新特点24 4.1.1容量性能提升24 4.1.2柔性的数据业务24 4.1.3后向兼容性24 4.2CDMA2000 1x 网络构成24 4.3CDMA2000 1x 发展趋势24 5CDMA2000 1x 术语介绍24 5.1CDMA2000 规范技术术语.24 5.1.1规范架构24 5.1.2信道结构24 逻辑信道24 物理信道24 5.1.3部分标准 CDMA 称谓24 5.2空中接口信令术语24 5.2.1前向公共信令信道消息（f-csch）24 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 - ii - 5.2.2反向共同信令信道消息(r-csch).24 5.2.3前向专用信令信道消息（f-dsch）24 5.2.4反向专用信令信道消息(r-dsch).24 5.3A 接口信令术语24 5.3.1A 接口部分名称24 5.3.2呼叫建立/释放消息.24 5.3.3硬切换建立/释放消息.24 5.4Samsung BSS 相关的术语24 表表 目目 录录 表 1 信道演进表13 表 2 IS-95 和 IS-2000 的协议对照表.24 表 3 IS-2000 与 IS-95 信道对照表.24 表 4 P_REV 版本号表 24 图图 目目 录录 图 1 扩频示意图3 图 2 解扩及抗干扰示意图3 图 3 码分多址原理示意图4 图 4 码分多址流程处理示意图6 图 5 PILOT CHANNEL结构示意图 7 图 6 同步信道结构示意图8 图 7 寻呼信道结构示意图9 图 8 前向业务信道示意图10 图 9 接入信道的示意图11 图 10反向业务信道示意图12 图 11ACCESS信道调整图15 图 12反向功率控制图16 图 13软切换示意图18 图 14系统间硬切换 CALL FLOW.20 图 15COMMON FA 切换示意图.21 图 16PILOT BEACON切换示意图.21 图 17ENHANCED HHO 切换原理图.22 图 18语音和数据业务容量的关系24 图 191X数据速率图 24 图 20CDMA2000 1X网络构成图24 图 21CDMA2000 技术的演进趋势图.24 图 22CDMA 用户分布图.24 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 0 页2019/4/6 第第 一一 章章 CDMA 系统基本原理系统基本原理 1 1CDMACDMA 通信技术的产生通信技术的产生 CDMA 是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access）,它是在数字技术的分支 扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 移动通信技术自从产生以来，其核心技术已经经历了若干个阶段： 比如从信号性质上看，经历了从模拟到数字的变化； 按调制方式分，历经调频、调幅、调相的变化； 按多址连接方式分，可分为频分多址（FDMA） 、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA） 。 而 CDMA 技术正是目前处于领先地位的通信技术。CDMA 技术的出现源自于人类对更高质量无线通 信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出 CDMA 技术，其思想初衷是防止敌方对己方 通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技 术。 1995 年，第一个 CDMA 商用系统运行之后，CDMA 技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从 而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区,包括中国香港、韩国、日本、 美国都已建有 CDMA 商用网络。在美国和日本，CDMA 成为国内的主要移动通信技术。在美国，10 个移 动通信运营公司中有 7 家选用 CDMA。到今年 4 月，韩国有 60的人口成为 CDMA 用户。在澳大利亚主 办的第 28 届奥运会中，CDMA 技术更是发挥了重要作用。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 1 页2019/4/6 2 2CDMACDMA 技术特点概述技术特点概述 CDMA 作为新一代的使用码分多址方式进行通信方式，具有一些鲜明的技术特点，概括的说，大 体有： a)扩频通信 b)码分多址 c)信道技术 d)功率控制技术 e)切换技术 下边我们分别对它们加以阐述。 2 2. .1 1C CD DM MA A 扩扩频频通通信信技技术术 扩频通信技术是 CDMA 通信技术的核心之一。即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个 带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发 送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信 息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 以下的示意图可以更加形象的表现出 CDMA 扩频通信技术： 发送端部分：带有用户信息的窄带信号，经下图所示的扩频处理后，变为宽带信号，在空中传播， 图中 Wc 代表一个比数字信号频率高的多得宽带信号。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 2 页2019/4/6 图 1 扩频示意图 接收端部分：空中的宽带信号被与扩频时同样的宽带信号解扩后，转变为窄带信号，完成信息的 无线传输： 图 2 解扩及抗干扰示意图 图中，我们假定有一个窄带干扰落入了信息带宽范围内，虽然这个干扰信号的强度大于我们传输 的宽带信号的强度，但是经过解扩作用后，干扰信号的能量被分散到宽频谱上，而有用信号的能 量却被集中到了窄带上，这样经过一个低通滤波器，干扰信号的能量就被大量的抑制掉，这种通 信方式大大提高了 CDMA 通信系统的抗干扰能力。 2 2. .2 2C CD DM MA A 码码分分多多址址通通信信技技术术 码分多址技术是 CDMA 通信的另一项基本技术。这是 CDMA 通信区别于传统的 TDMA、FDMA 的重要 标志。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 3 页2019/4/6 如下图所示： 图 3 码分多址原理示意图 FDMA 主要是通过频域来划分信道的。不同的频域可以容纳不同用户进行通信。 TDMA 主要是通过频域和时域来共同划分信道的。用户可以在不同的频域或时域内进行通信。 而 CDMA 完全不同于上述两种系统，CDMA 系统可以在同时同频下完成通信。因为，CDMA 新引入了 码域概念，不同的用户可以被不同的高速扩频码所区分，因为这些码彼此都是正交或者近似正交 的，所以当用这样的扩频码对于不同的低频用户信息进行扩频后,高频信号就可以在空中传播， 接收端可以用同样的高速扩频码对高频信号进行解扩处理，由于高速扩频码之间是正交的，所以， 接收端可以正确的获得低频用户信息。这样 CDMA 就实现了频率可以在多个小区内重复使用。 正交序列的定义： 如果两个序列 x 和 y 的互相关值为 0，称这两个序列为正交序列。即序列 x 和 y 具有正交性。 用公式表示即： 0)0( I i iiy xRxy 例：x = -1 +1 -1 +1，y = -1 -1 +1 +1 则 Rxy(0) = (-1)(-1) + (+1)(-1) + (-1)(+1) + (+1)(+1) = 0 上述的 x 和 y 序列的这种性质也可以被称为是 x 和 y 的互相关性互相关性为 0。而同时，如果我们把 x 和 x 本身进行上述的运算，可得： Rxx(0) = (-1)(-1) + (+1)(+1) + (-1)(-1) + (+1)(+1) = 4 恰好为序列的长度。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 4 页2019/4/6 这种性质又可以称为是序列的自相关性自相关性。 从中可见，用于 CDMA 进行扩频和解扩的高速码必须是基本满足互相关性为 0 和自相关性很高的 特征的。只有用这样的码去处理低速信号，才能够在解扩时，成功的获得原始数据信号。 下面我们将通过一个示例说明高速正交码是如何作用于低速数据，并把它还原的。 我们用二进制数 0 表示-1，二进制数 1 表示+1 时，上述两个序列 x 和 y 可以表示为： x = 0 1 0 1, y = 0 0 1 1 我们定义运算为： 0 + 0 = 00 + 1 = 1 1 + 0 = 11 + 1 = 0 假设，原始数据为： 用户 1：0， 0；用户 2：0， 1; 则高速码和扩频后的信息如下： 原始数据原始数据扩频码扩频码扩频后信息扩频后信息 0 00 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 1 00 0 1 11 1 0 0 0 0 1 1 传播中的信号码将如上表的第列所示，在接收端，接收器将以同样的扩频码进行解扩操作，如 下表所示： 高频信息高频信息扩频码扩频码解扩后信息解扩后信息 0 1 0 1 0 1 0 10 1 0 10 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 10 1 0 11 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 10 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 1 00 0 1 11 1 1 1 0 0 0 0 请记住，我们这里的和都是代表着高电平和低电平，因为解扩后的信号我们将仍然以低速看 待，所以，应该将每个数字进行加和平均后，产生的就是低速原始信息。 经过上面的操作后，第一行和第四行都是正确的解码信息，而第二和第三行产生的都是噪声。 这样，我们就可以完成在同时同频下，仅仅依靠高速码就完成不同用户的信息传输。 下面是码分多址流程处理示意图： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 5 页2019/4/6 图 4 码分多址流程处理示意图 2 2. .3 3C CD DM MA A 信信道道 任何通信系统都有不同用途的信道，以完成复杂的信令和业务的传输。 CDMA 的不同之处在于，它不象其它的通信系统那样要开辟不同的频段或者时隙来做信道，CDMA 的信道都是通过码来区分的。下面我们将分成前向信道和反向信道来分别描述 CDMA 信道的作用。 2.3.1 CDMA 主要前向信道 Pilot Channel 导频信道主要是提供基站的导引信号，以使 MS 可以捕获基站。 功能如下： 移动台用以与系统同步 移动台用以估算开环功率控制的基准功率 移动台用以识别基站（或扇区） 特别如下： 连续发射 不含有用信号 实际发射信息等于 PN 短码 Pilot Channel 的结构示意图如下： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 6 页2019/4/6 图 5 Pilot Channel 结构示意图 Sync Channel 同步信道的作用就是发送基站的同步消息。其中含有如下的重要参数： 协议修改版本号（P_REV） 系统识别码（SID） 最低协议修改版本号（MIN_P_REV） 网识别码（NID） 导频 PN 码偏置指数（Pilot_PN） PN 长码状态（LC_STATE） 系统时间（SYS_TIME） 寻呼信道数据速率（PRAT） 闰秒数（LP_SEC） 夏时制标示（DAYLT） 系统时间与本地时间差（LTM_OFF） CDMA 频率（CDMA_FREQ） 特别： 连续发射，数据速率为 1200bps 与导频信道同步（使用同一 PN 短码） 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 7 页2019/4/6 图 6 同步信道结构示意图 Paging Channel 寻呼信道作用有很多，主要发送系统/寻呼/切换/接入信道/功率控制等参数以及较短的 SMS 数据， 列举如下： 系统参数消息（SPM） 接入参数消息（APM） 相邻基站列表消息（NLM） CDMA 信道列表消息（CCLM） 寻呼消息(GPM) 信道指配消息（CAM） 数据突发消息(DBM) 传送短消息 鉴权请求消息 SSD 更新消息 特征通知消息 特点： 连续发射，同一系统的数据速率固定为 4800bps 或 9600bps。 与导频信道使用同一 PN 短码 结构示意图如下： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 8 页2019/4/6 图 7 寻呼信道结构示意图 寻呼信道一般传送的信息量是比较大的。因此，如果某一个 Paging 信道发生了负荷过大的情况， 就可以在开辟一个寻呼信道，来分担单个寻呼信道的部分工作。寻呼信道最多可以开辟 7 个。 F-Traffic Channel 前向业务信道，顾名思义就是传送业务信息的。当一个呼叫建立以后，BS 和 MS 之间就会建立一 条专门为这个呼叫建立的业务信道。如果发生了软切换，那么每个基站和 MS 之间都会建立一条 业务信道。 前向业务信道的作用是发送用户信息、信令以及较长 SMS 数据，列举如下： 发送用户信息 Alert With Information Message 相邻基站列表更新消息 切换指向消息 数据突发消息 In-Traffic 系统参数消息 功率控制参数消息 Flash With Information Message 移动台登记消息 发送突发的 DTMF 消息 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 9 页2019/4/6 业务信道的结构图如下： 图 8 前向业务信道示意图 上述 4 种就是 CDMA 的基本前向信道。在 CDMA2000 中，又增加了一些信道，用于特殊的用途，比 如，SCH（补充信道）就是专门用于传输高速数据业务的。但是，只要有上述的 4 种信道，CDMA 系统就可以正常工作了，所以，它们才是真正的基本的 CDMA 信道。 2.3.2 CDMA 主要反向信道 Access Channel 接入信道在反向信道中的作用类似于前向信道中的 Paging Channel，用于发起同基站的通信， 应答寻呼消息，位置登记，发送较短的 SMS 数据等，具体如下： 登记消息 数据突发消息 寻呼应答消息 呼叫发起消息 鉴权请求应答消息 特点： 数据速率固定为 4800bps 使用 Walsh 函数进行 64 阶正交调制 利用 PN 长码掩码区分信道 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 10 页2019/4/6 反向接入信道的结构图如下： 图 9 接入信道的示意图 R-Traffic Channel 反向业务信道基本上与前向业务信道类似。用于传送业务信息和信令。作用是发送用户数据、新 令数据及 SMS 数据，列举如下： 用户数据 Flash With Information 消息 发送突发 DTMF 消息 呼叫持续消息 参数应答消息 数据突发消息 功率测量报告消息 导频强度测量消息 切换完成消息 特点： 可变数据速率（1200/2400/4800/9600bps） 使用 Walsh 函数进行 64 阶正交调制，进行数据突发随机化 利用 PN 共用长码掩码区分信道 反向业务信道的结构图如下： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 11 页2019/4/6 图 10 反向业务信道示意图 2.3.3 信道列表 因为不同版本的 CDMA 系统定义的信道有一定的演进关系，这里，我们给出 CDMA 信道的演进过程 表： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 12 页2019/4/6 表 1 信道演进表 2 2. .4 4C CD DM MA A 功功率率控控制制技技术术 如果说，CDMA 的扩频通信技术和码分信道技术是 CDMA 的两个基本标志的话，那么下面讲的功率 控制技术和软切换技术主要目的就是改善话音质量和提高网络容量所设置的。 使用完善功率控制技术是保证 CDMA 系统高质量通信的必要条件，功率控制的目的主要是： 1.克服远近效应 IS-95A信道信道IS-95B信道信道IS-2000的信道的信道 前前 向向 F-PICH F-SYNCH F-PCH F-TCH F-PICH F-SYNCH F-PCH F-FCH F-SCCH F-PICH Auxiliary Pilot Channel Forward TD Pilot Channel Auxiliary TD Pilot Channel F-SYNCH F-PCH F-CCCH F-BCCH F-QPCH F-CPCCH F-CACH F-FCH F-DCCH F-SCH F-SCCH 反反 向向 R-ACH R-TCH R-ACH R-FCH R-SCCH R-ACH R-EACH R-PICH R-CCCH R-FCH R-DCCH R-SCH R-SCCH 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 13 页2019/4/6 因为，如果 A 手机和 B 手机同时在工作，而 A 手机距离基站比 B 手机近，这时，就会发 生对于基站而言，A 手机的信号将 B 手机淹没的情况。必须通过功率控制，让 B 手机发 出更大的功率，才能使 A 手机的信号与 B 手机一起被基站接收到。 2.提高系统容量 功率控制的另一个作用就是使 MS 和基站都可以以刚好满足通信要求（目标 FER）的功 率进行通信，这个原因是因为 CDMA 是一个自干扰系统，所有手机都在同等的条件下进 行通信。为了尽可能的接入最多的用户，必须应用功率控制技术，使所有手机的发射功 率都尽可能的降低。 根据功率控制的对象和方式，我们把功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。 2.4.1 反向功率控制 反向功率控制的对象是手机的发射功率，而控制的依据包括前向的接收信号强度、前向信道的误 帧率等参数。反向功率控制要使得手机的以尽可能小的满足通信质量要求的功率发射信号，为了 实现这一步，反向功率控制大约分为如下的三种方法： 1.Open Loop Power Control 开环功率控制是由 MS 在基本不受 BS 干预的情况下独立进行的，基本方法是：MS 测度从 BS 接收 到的功率，估计出外部路径衰减（External Path Loss） ，然后自行算出 MS 的功率输出。 开环功率控制具有如下的特点： 移动台自行决定平均输出功率 调整平均输出功率的根据为接收到的平均输入功率的测量 主要补偿对象为平均路径衰落，阴影及拐弯效应 调整周期长（几百 ms） ，动态范围大（60 80dB） 刚进入接入信道时的第一个试探序列： 平均输出功率（平均输出功率（dBmdBm） = = - -平均输入功率平均输入功率(dBm)(dBm) 7373 + + NOM_PWRNOM_PWR + + INIT_PWRINIT_PWR 其后的试探序列： 平均输出功率（平均输出功率（dBmdBm） = = - -平均输入功率（平均输入功率（dBm_dBm_） - - 7373 + + NOM_PWRNOM_PWR + + INIT_PWRINIT_PWR + + PWR_STEPPWR_STEP 上式中： -73 常数，是平均输入功率的基本修正值 NOM_PWR 在无其他调整时，使基站收到信号的最小必要发射信号 INIT_PWR 补偿前向信道和反向信道之间不相关造成的路径损耗差。 PWR_STEP 接入信道试探序列之间的调整步长。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 14 页2019/4/6 下面是接入信道功率调整图： 图 11Access 信道调整图 2.Closed Loop Power Control 与开环功率控制不同，闭环功控是由 BS 和 MS 配合进行的，主要用于补偿不同波段的前向链路和 反向链路的随实际情况不同的衰减。 基本工作方式：BS 的解调器（Demodulator）接收 MS 来的信号，测得信噪比（Eb/No） 。BS 将以 1.25ms 为周期，比较 Eb/No 的门限值，如果发现 Eb/No 大于门限值，BS 将通过业务信道向 MS 发 送 PCB，指示 MS 减小 1dB；反之当 Eb/No 小于门限值，BS 将向 MS 发送 PCB，指示增加 1dB 功率。 闭环功率控制的主要特点有： 移动台在开环功率控制的基础上，根据基站的指示调整平均输出功率 基站根据接收到的信号强度，利用功率控制比特，指示移动台调整输出功率 主要补偿对象为快衰落 调整周期短（1.25ms） ，动态范围小（230dB） 作用于反向业务信道的功率控制被激活之后。 闭环功率控制实际上是对开环功率控制的一种调整。只作用于业务信道。公式如下： 平均输出功率（平均输出功率（dBmdBm） = = - -平均输入功率（平均输入功率（dBmdBm）- - 7373 + + NOM_PWRNOM_PWR + + INIT_PWRINIT_PWR + + PWR_STEPPWR_STEP + + 所所 有闭环功率控制校正之和有闭环功率控制校正之和 可见，闭环功率控制的结果只是开环功率控制的一个调整项，它与开环功率控制一起决定了反向 业务信道的输出功率。 3.Outer Loop Power Control 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 15 页2019/4/6 外环功率控制主要起到了辅助闭环功率控制的作用，用于计算闭环功率控制的 Eb/No 的门限值。 调整的基准则是保证一定高度的误帧率。 之所以要采取外环公率控制，是出于保证高质量的语音通信的需要。因为语音质量是依赖 FER， 而不是信噪比。为了维持 FER，Eb/No 必须做出相应的调整。 在一个过度衰减的环境中，同样 Eb/No 的值可能带来较高的 FER。这时，外环功率控制就要通过 调整 Eb/No 的设定值，来纠正反向链路的过大的误帧率。当然，Eb/No 的设定值必须在最大值和 最小值之间，这一设定值将随接收帧的速率而改变。 外环功率控制将是每 20ms 进行一次。 外环功率控制和闭环功率控制共同工作的原理图如下： 图 12反向功率控制图 2.4.2 前向功率控制 前向功率控制是针对 BS 的某个前向业务信道的发射功率所进行的控制。 前向功率控制的目的： 在 MS 受到多径衰落或边界小区噪声干扰情况下，确保每个信道的通信质量，并尽可能减少邻区 干扰。 与反向功率控制相对的是，前向功率控制的目标值是反向业务信道的 FER。在控制每个业务信道 的输出功率时，若反向链路传输质量好、干扰低，BS 将降低前向输出功率；否则，将提高前向 输出功率。前向链路功控实际上就是一种使基站发出的信号满足特定的反向 FER 的机制。 使用了前向功率控制使得 BS 可以比较 MS 上报的 FER 和功控门限值，依此比较结果决定增加或减 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 16 页2019/4/6 少前向链路增益，以调整业务信道输出功率。这样，基站就可以为更多的用户提供高质量的服务。 在传统的 CDMA 系统中，MS 只是通过发送消息或一些其他手段，慢速的上报反向 FER，BS 就根据 这些信息增加或减少对应前向业务信道的发射功率。因此，这种情况下的 CDMA 前向业务信道的 功率控制是有些滞后的。 在 CDMA2000 中，上述情况有了很大的改变，这些内容将在 CDMA2000 的章节中说明。 2.4.3 总结 总之，CDMA 的功率控制技术，极大的改善了话音质量和系统容量，同时，也使得 CDMA 手机的发 射功率大大的低于 GSM 手机，对人体有益。 2 2. .5 5切切换换技技术术 CDMA 的切换包含了软切换和硬切换两个大类。 2.5.1 软切换技术 软切换技术是 CDMA 系统又一大技术优点。 传统的移动通信系统都是采用硬切换方式来处理切换问题的。而 CDMA 所引入的软切换技术进一 步提高了切换成功率，有利于保证优质的通信水平。 软切换过程是指在不切断与 BSS 系统联系的情况下，把话路转移到新的更合适的 BTS 上去的过程， 即我们通常所说的“先连后断先连后断” 。软切换只有在同一载频上的 CDMA 信道之间才可以实现，当 MS 处于切换中的两个 BTS 的边界上时，两个 BTS 都会和 MS 建立前向信道和反向信道的连接，当切 换结束后，原先那个 BTS 建立的信道就会被释放，MS 将转移到新的 BTS 上来。这样，在整个切 换过程中，MS 始终和某个 BTS 保持着业务链路，即使切换不成功，通话也不会受到影响。 下面是软切换整个过程的示意图： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 17 页2019/4/6 图 13软切换示意图 如图所示，CDMA 的软切换步骤如下： 1.MS 检测到 target BS 的导频强度达到了一定的门限值，MS 发送出 PSMM 消息； 2.BSS 发送了 HDM 消息，MS 收到 3.MS 成功的接收到目标基站的信号，发送 HCM 消息 4.基站收到 HCM 消息，至此，target 基站已经被加入到呼叫中。而 Source 基站也仍然维持着 通信，这就是先连后断。 5.MS 发现 Source BS 的导频强度已经跌落到一定的程度以下，发送 PSMM； 6.BSS 发送 HDM，MS 收到 7.MS 成功的将 Source 基站的信号释放掉，发送 HCM 消息 8.基站收到 HCM 消息，释放 Source 基站，完成切换。 上面描述了 CDMA 系统一个软切换的全过程。从中，我们可以看到软切换技术提高的切换的成功 率，但是，同时也带来了一个新的问题，那就是切换过程中必须要消耗更多的无线资源。因此， 必须通过网络优化使得 CDMA 切换区域趋于合理，如果过大，就会造成无线容量的下降。 2.5.2 硬切换技术 当 MS 要从 CDMA 的一个载频切换到另一个载频，或者是一个系统切换到另一个 CDMA 系统上去时， 就必须采用硬切换来完成了。 CDMA 的硬切换技术也有很多种，总的来说，可以分为针对系统间切换的技术和针对载频间切换 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 18 页2019/4/6 的技术。 系统间的硬切换 对于系统间硬切换来说，A 接口（MSC - BSC）上已经定义了一整套的流程来完成系统间的硬切 换，但是因为系统间的接口有很多可以选择的版本，所以，往往会有一些不兼容的情况导致切换 成功率较低。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 19 页2019/4/6 下图就是系统间硬切换的示意图： MS Source BTS Source BSC Target BSC Target BTS Resource Allocation Source MSC Target MSC 1) PSMM 2) Handoff Required 3) Handoff Request 4) FDCH Assignment Req 5) FDCH Assignment Conf 6) Handoff Request Ack 18) Clear Complete 7) Handoff Command 10) Handoff Commenced 8) Handoff Direction Message 12) Handoff Complete Message 14) Handoff Complete 15) Clear Command 16) CE Release Req 17) CE Release Conf 9)Ack Ord 11) Null frame 13)Ack Ord 图 14系统间硬切换 Call Flow 事实上，同频的系统间硬切换在无线上是可以用软切换来代替的，而条件是不同的系统之间必须 有信令链路可以通信。SSM 的 TAN 就是为了完成这个功能的。当 SSM 的 BSS 系统之间发生硬切换 时，如果用 TAN 将两者联系起来，然后再通过恰当的配置，就可以用 InterInter MSCMSC SoftSoft HandoffHandoff 来替代硬切换，以提高系统间硬切换的成功率。 载频间硬切换 由于 MS 一次只能解调一个频率，所以，不同载频之间只能采用硬切换。硬切换的技术可以采用 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 20 页2019/4/6 以下几种： 1.Common FA 方式 所谓的 Common FA，就是通过 Serving BTS 和 Target BTS 的公用 FA，执行小区 FA 硬切换。在 MS 进入小区临界区时，接收到的 BTS 导频 Ec/Io 强度将一直降低。如果邻区的 FA 配置不同， 系统将周期性接收 PSMM 消息。当 BTS 的 Ec/Io 值低于一定临界值时，系统决定进行 inter-FA 硬 切换，MS 将通过 Serving BTS and Target BTS 的 Common FA 完成硬切换。 原理示意图如下： 图 15Common FA 切换示意图 2.Pilot Beacon 方式 Target BS 装备一个 Pilot Beacon，以使 MS 能够检测到 Target BS 的信号。然后，BSS 系统可 以判别出需要进行载频间硬切换，从而发送 HDM 消息，引导 MS 切换到另一个载频上去。 原理图如下： 4 FA 3 FA 2 FA 1 FA Pilot Beacon 3 FA 2 FA 1 FA Cell ACell B 图 16 Pilot Beacon 切换示意图 从图中可以看到，MS 是同时切换到 A 基站和 B 基站的 1FA 上去的。这样做，可以提高硬切换的 成功率，是一种比较理想的做法。 使用 Pilot Beacon 方法进行硬切换优点是成功率比较高，但是必须配置一整套 RF 设备，所以， 硬切换的成本也相应的提高了。 3.Inter-cell Hard Handoff （Enhanced Hard Handoff） Cel l ACel l B 1 1FA 1 FA 2 FA 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 21 页2019/4/6 Enhanced Hard Handoff 也是一种不使用 Pilot Beacon 方式进行硬切换的手段。与 Common FA 方式不同的是，这种方式是由 MS 主动的转换到候选频率上去搜索候选导频集的强度，如果强度 达到一定的限值，MS 就会上报该候选导频的强度，从而开始切换。测量 Candidate Set 频率的 导频强度可以是一次或周期性的，这取决于 BSS 的控制。当 FA 切换失败时，MS 可转换到未切换 之前的频点。 Enhanced Hard Handoff 必须由 MS 支持候选载频的搜索功能才能进行，一般的 IS-95B 和 IS- 2000 手机都应该支持这种功能。 切换原理图如下： 3 FA 2 FA 1 FA 1 FA BSC#1/BTS#2 BSC#2/BTS#3 图 17 Enhanced HHO 切换原理图 上述 3 种载频间硬切换的方法各有利弊，总的来说，前两种方法比较有普遍性，所有的 MS 都可 以适用这两种切换方法。Common FA 应该是一种比较经济的方法，无需添置任何硬件设备；但是， 二载频的容量必然会受到切换算法的影响，一载频也比较容易造成负载过大。Pilot Beacon 方 法无论从切换的成功率和无线性能方面都有一定的优势，但是必须增加硬件设备，投资大。而 Enhanced Hard Handoff 方法则必须由 MS 支持，如果 MS 不支持，就无法使用这种方式进行切换。 2.5.3 总结 CDMA 系统的切换中绝大部分都是可以通过软切换实现的，因此可以保证很高的切换成功率。但 由于网络的复杂性，硬切换也是不可避免的。硬切换成功率相对于软切换而言会低一些。因此， 提高硬切换成功率一直是网络优化和系统调整的一个重点。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 22 页2019/4/6 3 3CDMACDMA 系统的优点系统的优点 上面我们阐述了 CDMA 系统所具有的技术特点，这些技术特点也就决定了 CDMA 具有如下的优势： -发射功率低发射功率低 CDMA 手机的发射功率平均来说大约是 GSM 手机的十分之一，这主要是一方面，CDMA 手 机采用了完备的功率控制算法，可以将手机的发射功率限制在刚好满足正常通信的发射 功率范围内；另一方面，CDMA 本身通过扩频通信方式就可以相当程度的抑制窄带干扰， 使手机的发射功率可以降低。 -通话质量优通话质量优 CDMA 的扩频码分通信制式可以过滤环境中的背景噪音，使得用户语音的声音更为清晰； 同时，CDMA 系统采用的软切换算法极大的提高了切换成功率，使得小区交界处的语音 质量得以保证，这也是 CDMA 系统语音质量提升的重要因素。 -保密性能佳保密性能佳 CDMA 系统在空中传输的高速扩频信号，而扩频码的构成又是由比较复杂的伪随机码构 成，不同用户之间的伪随机码互不相同，因此，CDMA 天然就具有非常强的保密性。 -更好的语音容量更好的语音容量 CDMA 系统一个小区内的用户容量是柔性的。这种柔性是相对于 GSM 通过频率和时隙单 纯的限制容量而言的。CDMA 网络系统限制用户的因素主要是前向功率分配，对于每个 用户而言，其通信所需要的前向功率是随着用户环境的改变而改变的，如果小区下的大 部分用户前向链路环境较好，小区就可以容纳较多的用户，否则就会比较少。 但是，CDMA 功率控制技术的应用可以限制单个用户前向功率的控制范围，保证容量。 平均的来说，根据 CDG 研究公布的语音容量：CDMA 系统的容量大约有 12Erl 以上。 可见，CDMA 系统具有比较高的容量。 上述的各个技术优势，使得 CDMA 成为了新一代的移动通信技术的首选。CDMA 技术不但可以满足 今天语音和数据通信的需要，而且可以快速、低成本地过渡到 3G 无线通信系统。CDMA 技术提高 了语音和数据传输的可靠性，其掉线率也更少；不仅如此，CDMA 还增加您通话的私密性、提高 覆盖率。CDMA 集众多优势于一身，堪称无线技术之王者。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 23 页2019/4/6 第第 二二 章章 CDMA2000 1x 系统系统 CDMA2000 1x 是新一代的 CDMA 通信系统，下面我们将主要描述一下 CDMA2000 的优势和网络构成。 1 1CDMA2000CDMA2000 1x1x 的新特点的新特点 上面主要介绍了 CDMA 系统的基本原理，而目前，CDMA 系统逐步从 IS-95A/B 升级到 IS-2000 系 统。IS-2000 相比较 IS-95A/B 来说，在各方面的性能上都有了较大的提高。首先，IS-2000 引入 了高速数据业务，目前可以提供的最高速率是 153.6Kbps。为了适应新引入的高速数据业务， IS-2000 系统新增了补充业务信道，并且在功率控制方式和切换方式方面都作了很大的改进。同 时，IS-2000 也保证了与 IS-95 的后向兼容性。 1 1. .1 1容容量量性性能能提提升升 CDMA2000 1x 系统由于采用了更好的功率控制手段和信道，容量性能方面得到了很大的提升： 在语音容量方面，IS-95 系统和 IS-2000 系统有如下的比较： 每扇区每扇区 12 Erlangs - IS-95 每扇区每扇区 21.8 Erlangs - CDMA2000-1x no-TD 每扇区每扇区 23.3 Erlangs - CDMA2000-1x OTD CDMA2000-1x Capacity / IS-95 Capacity = 21.8 23.2/12 1.81.9 times more Erlang capacity 可见，IS-2000 的容量比 IS-95 的容量高出近两倍。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 24 页2019/4/6 在数据业务方面，原先 IS-95 系统并不能提供高速的数据业务，而 IS-2000 实现了 SCH 信道，可 以以 153.6Kbps 的速率发送高速数据，这样的速率已经可以达到 ISDN 的数据速率，可以满足用 户的对于中速数据业务的需求。 下表描述了 Voice 和 Data 共存于某个小区下的语音容量和数据业务吞吐率的关系。 V Vo oi ic ce e v vs s. . d da at ta a u us sa ag ge e 0 5 10 15 20 25 050100150200 Data throughput(kbps) Voice traffic(Erlang) 3 SCH 1 SCH 图 18 语音和数据业务容量的关系 1 1. .2 2柔柔性性的的数数据据业业务务 从数据业务的模式来看，可以分为如下两种： 突发数据业务 指的是要求短时间内数据速率很高，但是大部分时间内流量很低的数据业务。这种业务 主要是高速上网浏览、下载等数据业务。 平滑数据业务 指的是要求长期时间段内，以略高但平稳的速率传输数据的数据业务。这种业务包括 VOD，视频浏览等。 CDMA2000 1x 系统可以根据上述两种业务的需要，提供针对性的两种不同的数据业务模式，目前 的 CDMA2000 1x 系统可以提供如下的数据速率： 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 25 页2019/4/6 0 0 5 50 0, ,0 00 00 0 1 10 00 0, ,0 00 00 0 1 15 50 0, ,0 00 00 0 2 20 00 0, ,0 00 00 0 2 25 50 0, ,0 00 00 0 3 30 00 0, ,0 00 00 0 3 35 50 0, ,0 00 00 0 1 1x x高高速速数数据据业业务务 1 19 9. .2 2K Kb bp ps s 3 38 8. .4 4K Kb bp ps s 7 76 6. .8 8K Kb bp ps s 1 15 53 3. .6 6K Kb bp ps s 3 30 07 7. .2 2K Kb bp ps s 图 19 1x 数据速率图 CDMA2000 1x 系统可以根据业务需求、无线环境，自动的调整速率的使用方法，从而满足各种数 据业务的需求量。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 26 页2019/4/6 1 1. .3 3后后向向兼兼容容性性 CDMA2000 1x 与 IS-95A/B 具有很好的后向兼容性。这种兼容性不但体现在系统设备的设计方面， 还体现在规范的演进方面。 下面是 IS-95 和 IS-2000 的规范对应表： 表 2 IS-95 和 IS-2000 的协议对照表 可见，无论是 Air 接口还是 A 接口，IS-2000 的协议都是 IS-95 协议的演进版。这些协议的制定 者都是 3GPP2，而 3GPP2 的协议设计的过程中，就已经周密的考虑协议的兼容性，使得 IS-2000 和 IS-95 的兼容性很强。 Interface1x 标标 准准 物理接口物理接口协议协议 备注备注 MS-BTS BSC-MSC CAI E1/T1 IS-2000 IOS 4.0A1/A2 PCF-PDSN Fast EthernetIOS 4.0 A10/A11 Interface95B 标标 准准 物理接口物理接口协议协议 备注备注 MS-BTS BSC-MSC CAI E1/T1 IS-95B IOS 2.4A1/A2 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 27 页2019/4/6 1x新增 IS-95A/B兼容 兼容性 153.6Kbps高速数 据业务 补充信道补充信道SCH 开销信道，配合手 机节电 快速功率控制 信道 QPCH 9.6/14.4Kbps基本 业务信道 基本信道FCH R-ACH F-PCH F-SYCH F-PICH 信道名称 开销信道接入信道 开销信道寻呼信道 开销信道同步信道 开销信道导频信道 类别解释 从 IS-95 和 IS-2000 的信道结构上，也可以很明显的体现出 IS-2000 的兼容性特点。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 28 页2019/4/6 表 3 IS-2000 与 IS-95 信道对照表 上表中的前一行，展现出来的是 IS-95A/B 兼容的信道。这些信道即在 IS-95 系统中有，也在 IS-2000 的信道中有，正是这些信道的存在，保证了 IS-2000 系统也可以容纳 IS-95 的终端设备。 后一行的内容体现了 IS-2000 可以支持新的高速数据业务的功能。 上海贝尔三星移动通信公司上海贝尔三星移动通信公司 第 29 页2019/4/6 2 2CDMA2000CDMA2000 1x1x 网络构成网络构成 CDMA2000 1x 网络构成如下图所示： 图 20 CDMA2000 1x 网络构成图 从图中，可以看见 CDMA2000 1x 的网络包括 BSS、MSC 和 DCN 三部分。 BSS 和 MSC 与 IS-95 的功能一样，分别完成无线接入和交换的功能。 而 DCN 即数据核心网，可以完成将 BSS 的高速数据传输到 TCP/IP 构建的 Internet 网络中去。 DCN 是 IS-2000 系统区别于 IS-95 系统的根本标志。原先 IS-95 也可以实现一些低速的数据