第6章IS-95CDMA到cdma2000的发展及技术应用

1移动通信技术

(第2版)第6章cdma2000的系统2第6章cdma2000的系统内容IS-95CDMA网络结构及基本原理IS-95CDMA的无线接口及关键技术IMT2000的系统组成CDMA2000的网络演进CDMA2000的无线接口及关键技术3第6章cdma2000的系统重点码分多址技术、扩频通信基本原理IS-95CDMA与CDMA2000的关键技术及信道结构难点码分多址技术基本原理IS-95CDMA与CDMA2000的关键技术及无线链路信道结构目的和要求掌握3G的标准及相关基本概念掌握码分多址技术与扩频通信基本原理理解IS-95CDMA与CDMA2000的关键技术及信道结构46.13G概述IMT2000：预计2002年左右商用

使用2GHz频段

家族概念56.1.1对IMT-2000系统的总体要求服务质量方面：

话音质量改进；无缝覆盖；降低费用；业务质量（传输、延迟）改进；增加效率和能力

在新业务和能力方面：

每一方面都有很强的灵活接入能力、业务能力，实现1G和2G中不能实现的新话音和数据业务；以较低费用提供宽带业务，提高网络竞争能力；按需自适应分配带宽

在发展和演进能力方面：

与2G共存、互通，实现2G到3G的平滑过渡

在灵活性方面：

提供更高级别的互通，包括多功能、多环境能力、多模式操作和多频带接入

66.1.2IMT-2000系统的特点IMT-2000具有全球漫游的特点

主流的无线接口技术间的差别尽可能小IMT-2000终端类型多种多样

普通话音终端、PDA、与笔记本电脑相结合的终端、病人的身体监测终端、儿童的位置跟踪及其它各种形式的多媒体终端IMT-2000提供质量更佳的话音和数据业务、很宽范围的数据速率，不对称数据传输能力，更高级的鉴权和加密算法，提供更强的保密性IMT-2000能与第二代系统的共存和互通IMT-2000系统包括卫星和地面两个网络，适用于多环境，同时具有更高的频谱利用率，降低同样速率的业务的价格IMT-2000系统可同时提供话音、分组数据和图像，并支持多媒体业务

用户实际得到的业务将依赖于终端能力

76.1.3IMT-2000系统结构组成：由四个功能子系统组成：核心网CN、无线接入网RAN、移动台MT和用户识别模块UIM86.2cdma2000标准的演进cdma2000的发展cdma2000的特点空中接口的演进cdma2000网络侧标准的演进网络结构的演进96.2.1cdma2000的发展cdma2000无线侧标准演进过程cdma2000宽带CDMA技术

数据速率：室内：2Mbit/s

室外车辆：144kbit/s

室外步行：384kbit/sIS-95IS-2000

CDMAoneIMT2000cdma20001x,cdma20001xEV-DO,cdma20001xEV-DV,cdma20003x10cdma20001x系统的发展cdma20001xcdma20001xEV(Evolution)cdma20001xEV-DO(DataOnly仅数据)cdma20001xEV-DV(DataandVoice数据和话音)116.2.2cdma2000的特点cdma20001x使用1.25MHz带宽的载波前向信道和反向信道速率1.2288Mchip/s单载波直接序列扩频与IS-95后向兼容，与IS-95B频段共享或重叠相同条件下，语音容量是IS-95的2倍，数据业务容量是IS-95的3.2倍，峰值速率为370.2kbit/s引入快速寻呼信道，减少了MS功耗，提高待机时间无线信道类型和物理信道调制功能增强网络部分：引入分组交换，支持移动IP业务和业务质量功能，适应更多、更复杂的3G业务有利于实现向3G的平滑过渡12cdma20001xEV-DO(与cdma20001x比)峰值速率高、平均吞吐量大采用时分复用

由调度算法决定哪一时隙分配给哪个用户前向链路不功控

而采用自适应速率控制前向链路根据传输质量自适应采用不同编码和调制方式前向业务信道不采用软切换技术

而是虚拟软切换，采用快速小区交换技术引入广播和组播业务可平滑从cdma20001x升级支持与cdma20001x间切换核心网采用IP网络结构13cdma20001xEV-DV集成了cdma20001x和cdma20001xEV-DO优点，可在1.25MHz带宽内同时提供语音和高达3.1Mbit/s的分组数据业务标准Rev.C标准Rev.D14cdma20003x前向信道3个载波多载波调制，每个载波速率为1.2288Mchip/s（直接序列扩频），带宽1.23MHz

反向信道采用3.6864Mchip/s直接序列扩频，带宽3.75MHz，最大用户比特率1.0368Mbit/s提供更高的数据速率：2Mbit/s与cdma20001x和CDMAone后向兼容，但占用频谱较宽156.2.3空中接口的演进(AIE)目的：提高频率利用率，提高数据业务传输速率cdma2000AIE两个阶段PhaseⅠ：提高数据速率，强调后向兼容

多载波技术，多个cdma20001xEV-DO载波捆绑，共同提高数据业务速率PhaseⅡ：大幅度提高系统性能166.2.4cdma2000网络侧标准的演进非开放内部接口半开放的ATM接口完全开放的IP接口(CDMA2000ALL-IP网络)网络侧演进是逐步和后向兼容的演进步骤：Phase0、Phase1、Phase2、Phase3核心网和无线接入网是独立演进的两个网络间的接口由最初的TDM承载变为IP承载，要保持不同阶段的网络互连互通，尽可能体现不同网络间的兼容性网络演进到多媒体域后，核心网提供对各接入技术的支持，3G业务统一基于一个ALL-IP架构上实现，业务的实现形式也更容易和丰富Phase3为网络融合提供了很好的契机，分别基于3GPP2和3GPP标准的移动网络可以实现融合，而且移动网络也可实现与固定网络的融合176.2.5网络结构的演进186.3cdma2000无线接入技术系统结构接口空中接口系统状态及转移cdma20001x基本工作过程196.3.1系统结构分组域20移动台MS无线网络RNPCF网络交换系统NSSP-NSS为移动用户提供基于IP技术的分组数据服务P-NSS包括分组数据服务节点PDSN、归属代理HA和认证、授权和计费服务器AAA216.3.2接口MS与RN间：空中接口BSC间：A接口A3接口A7接口RN与C-NSS间：BSC和MSC间的接口根据在系统中传输的不同数据可分为A1、A2、A5接口RN与P-NSS间的接口：A接口PCF与BSC间：A8、A9PCF与PDSN间：A10、A11（R-P接口）22C-NSS内部各个功能实体间的接口B接口：MSC与VLR间C接口：MSC与HLR间D接口：HLR与VLR间E接口：MSC间F接口：MSC与EIR间G接口：VLR间接口H接口：HLR与AC间L接口：IWF与MSC间236.3.3空中接口无线配置和扩频速率前向链路物理信道反向链路物理信道逻辑信道到物理信道的映射反向信道信号处理cdma20001xEV-DO物理信道cdma20001xEV-DV物理信道24无线配置和扩频速率无线配置(RC)指一系列前向或反向业务信道的工作模式每种RC支持一套数据速率，其差别在于物理信道的各种参数，包括调制和扩频速率SR前向业务信道共有9种无线配置（RC1~RC9），反向业务信道共6种无线配置（RC1~RC6）无线配置的应用必须满足一定的应用规则，而且前向信道和反向信道的无线配置是相互关联25前向链路物理信道26前向信道信号处理同步信道：卷积编码、码符号重复、交织、扩频、QPSK调制和滤波寻呼信道：卷积编码、码符号重复、交织、数据扰码、正交扩频、QPSK调制和滤波广播控制信道：需卷积编码、码符号重复、交织、扩频、QPSK调制和滤波前向公共控制信道：需编码、交织、扩频、QPSK调制和滤波27前向业务信道RC1RC3~RC428反向链路物理信道29反向信道信号处理前向纠错FEC码符号重复：码符号重复率随数据速率变打孔（目的：速率匹配）只在RC3~RC6时用，不同的RC采用不同的打孔格式块交织正交调制正交扩频数据率和门控直接序列扩频正交序列扩频基带滤波30逻辑信道到物理信道的映射逻辑信道必须映射到物理信道才能实现信息的传输一个逻辑信道可永久专用一个物理信道（如：同步信道）或临时专用一个物理信道（如：连续的R-CSCH接入试探序列可在不同物理接入信道上发送）或和其他逻辑信道共享物理信道（复用）某些情况下，一个逻辑信道可映射到中一个逻辑信道中，两个逻辑信道融合成一个实际的逻辑信道，传送不同的业务类型

如：广播信道和公用前向信令信道联合映射成一个公共逻辑信道，承载信令信息31cdma20001xEV-DO物理信道cdma20001xEV-DO采用语音和数据分离，在独立于cdma2000语音业务的载波上提供分组数据业务前向链路物理信道反向链路物理信道32cdma20001xEV-DV物理信道在同一载波上不仅支持基于电路交换的语音和数据，还支持基于分组交换的高速数据业务为与cdma2000标准后向兼容，同时支持基于分组交换的高速数据业务，cdma20001xEV-DV在保留原有物理信道的基础上新增了一些物理信道33346.3.4系统状态及转移在cdma2000中，信号实体按照不同的状态转移有效控制系统的执行信号实体还控制和执行一个呼叫的建立、维持和断开所必需的一些功能信号实体的执行过程可按两种不同方向：状态和功能在cdma2000中，信号实体在移动台有四种状态移动台初始化状态移动台空闲状态系统接入状态移动台业务信道控制状态35366.3.5cdma20001x基本工作过程分组业务的提供建立信道前向、反向业务信道相应的辅助码分信道----灵活地支持分组业务前向数据多：BTS发辅助码分信道指配消息给MT

建立前向辅助码分信道反向数据多：MT发辅助码分信道请求给BTS

BTS指示建立辅助码分信道其余信道的作用用于增强系统的功能和灵活性辅助性信道并不一定涉及到每一个呼叫过程376.4cdma2000关键技术接入与寻呼技术信道编码技术调制与解调技术功率控制切换386.4.1接入与寻呼技术接入过程R-ACH信道保留了原有的接入模式，其接入过程与IS-95基本相同

增加了一个R-EACH，采用改进了的接入方式，以达到更高的接入效率，支持高速数据业务。采用了重叠时隙ALOHA方法，使长码作为时隙的函数以防碰撞

用户发送的接入信息在时间轴上可重叠，减小了时延。在接入信道上采用了闭环功率控制，提高了信道性能，减小了接入消息的差错概率在对协议的优化方面，大缩短了时隙的长度（由200ms减为1.25ms）及超时参数等可另外用一个专用信道传送较长的消息，使接入信道的负荷不致过高应用了软切换以提高接入性能39R-EACH上的两种接入模式基本接入模式适合于较短消息预留模式适合较长消息40寻呼技术增加了新的信道将IS-95的寻呼信道功能分开完成新的信道可替代原有寻呼信道的功能可为移动台省电提高寻呼成功率…前向快速寻呼信道可实现寻呼或休眠状态的选择，因基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台处于监听寻呼信道还是处于低功耗休眠状态，这样移动台不必长时间连续监听前向寻呼信道，可减少移动台激活时间并节省功耗可实现配置改变功能，通过前向快速寻呼信道，基站向移动台发出最近几分钟内的系统参数消息，使移动台根据此消息做相应设置处理416.4.2信道编码技术信息的可靠传输，针对不同数据速率的业务需求主要信道编码类型前向纠错编码（卷积码、Turbo码）循环冗余编码CRC信道交织编码42前向纠错编码（卷积码、Turbo码）不同的RC使用不同的卷积编码方式Turbo码循环冗余编码CRCcdma2000中，CRC用于帧质量指示符CRC不仅可用来判断当前帧是否正确，还能辅助确定当前的数据速率。信道交织编码在前向链路中，对于SR1，同步信道、寻呼信道、广播控制信道、公共分配信道、公共控制信道和业务信道的数据流都要在卷积编码、符号重复及删除后进行交织编码；

在后向链路中，接入信道、增强接入信道、公共控制信道和业务信道的数据流都要经过交织编码在cdma2000中，Turbo码内部也使用了交织器436.4.3调制与解调技术cdma2000系统的前向信道使用QPSK调制cdma2000反向链路中采用了HPSK调制cdma2000中前向信道使用相干解调，反向信道也使用相干解调446.4.4功率控制系统能够在前向和反向链路的多个物理信道上进行功率控制；前向闭环功率控制和反向闭环功率控制都能达到每秒800bit/s的速率前向链路功率控制内环功率控制外环功率控制45前向链路专用信道的功率控制PCB通过R-PICH承载，用功率控制子信道发送7种前向功率控制模式R-PICH没被选通，功率控制子信道被分成主要功率控制子信道和辅助功率控制子信道

移动台使用删除指示比特EIB通知基站接收到的F-FCH或F-DCCH的帧是坏的移动台使用质量指示比特QIB通知基站接收到的F-DCCH帧是坏的46反向链路功率控制多种反向信道的开环功率控制R-EACH、R-CCCH、R-DCCH、R-FCH、R-SCH开环功率控制都由两个独立的部分完成第一部分，移动台计算R-PICH的导频信道传输功率第二部分，移动台计算反向信道自己的码信道传输功率。多种反向信道的闭环功率控制R-EACH、R-CCCH：移动台接收F-CPCCH的信号，解调信号并得到PCB，根据给定的PCB调整相应信道的传输功率反向专用信道：移动台解调F-DCCH和F-FCH的信号并得到给定的PCB进行功率调整476.4.5切换软切换（在cdma2000中采用新的导频检测门限）空闲切换接入登录切换接入切换接入试探切换硬切换各类切换发生时移动台状态48空闲切换空闲切换仅发生在移动台处在空闲状态时，移动台停止检测一个基站的F-PCH或F-CCCH，开始检测另一个基站的相关信息为了实现空闲切换，移动台使用仅在移动台空闲状态下定义的集合，包括：有效集、相邻集、专用相邻集和剩余集49接入登录切换接入登录切换发生在移动台停止检测一个基站的F-PCH或F-CCCH而开始检测另一个基站的相关信道，移动台由空闲状态转入系统接入状态时

如果移动台接收到必须做出反应的消息时，移动台将完成接入登录切换

一旦移动台决定进行接入登录切换，移动台将以空闲切换相同的过程轮流在当前基站和新基站间检测F-PCH或F-CCCH如果移动台要进行接入登录切换，应在移动台进入更新开销信息子状态前执行50接入切换接入切换发生在接入试探之后，当移动台停止检测一个基站的F-PCH或F-CCCH，而开始检测另一个基站的相关信道

接入切换发生在接入切换试探后，当完成接入切换时移动台就处在系统接入状态在系统接入状态，移动台存储基站区段3个独立不交叠集合：有效集、相邻集、剩余集在系统接入状态时，移动台仅能完成接入切换当移动台处在下面两个子状态之一时才能执行接入切换：寻呼响应子状态和移动台始呼试探子状态5152接入试探切换在接入尝试过程中，移动台停止向当前基站发送接入试探序列而向新的基站发送接入试探序列

因此一个接入试探切换发生在接入尝试过程中，移动台处在系统接入状态时执行一个接入试探切换仅发生在始呼或寻呼响应子状态时536.5cdma20001xEV-DO主要特点系统网络结构系统无线网络RN分组核心网PCN简单IP网络移动IP网络546.5.1主要特点cdma20001xEV-DO是一个高效的CDMA/TDM混合系统，在支持高速率数据业务中带来两个优点仅使用1.25MHz带宽能支持最高数据率是2.4576Mbit/s，比较cdma20001x系统，在3.75MHz带宽上支持最高数据率为2.0736Mbit/s利用了数据业务的许多特点数据率大部分不对称（前向链路上要求数据率是高速的，反向链路上要求数据率较低）可允许时延实际中数据发送是突发的，cdma20001xEV-DO利用非活动时期发送，对不同用户采用时分复用由于数据速率是非对称的，cdma20001xEV-DO在前向链路上提供了更高的数据率，可实现的原因是由于基站本身就有更多的发送功率资源，可利用更高阶的调制方案55在传统宽带无线系统，基站通过前向链路功率控制增加功率，基站控制功率维持恒定的数据率和服务质量cdma20001xEV-DO把功率资源分给离基站最后的移动台，用于在前向链路给这些移动台发送可能最高的数据率cdma20001xEV-DO基站在所有时间内发送固定数量的功率当移动台远离基站时，移动台接收的功率降低，基站不增加发送功率，而是降低发送给这些移动台数据率566.5.2系统网络结构接入终端AT相当于移动台，是为移动用户提供数据连接的设备接入网络AN定义为分组域数据交换网络与接入终端间提供数据连接的设备接入网络包括BTS和BSC，支持IS-856标准不管BSC支持cdma20001xEV-DO或是cdma20001x，PDSN都提供相同的服务和连接支持cdma20001xEV-DO的无线网络使用相同的IOS定义BSC和PDSN间的接口cdma20001x的BSC与cdma20001xEV-DO的BSC间没有连接（因为支持2种不同的协议）5758逻辑实体接入终端AT（包括ME和UIM）接口Um接口为分组数据及信令消息提供可靠高效的无线传送七层协议结构

MT2和TE2间的Rm接口两种协议模型：中继层协议模型和网络层协议模型596.5.3系统无线网络RNRN提供PCN和AT间的无线承载，传送用户数据和信令消息无线网络是在分组域中定义的，在电路域中常称为基站系统RN完成无线信道的建立、维护和释放，无线资源管理和控制，交换信息到分组核心网RN包括AN、PCF，AN-AAA60逻辑实体AN：在分组网和AT间提供数据连接，完成基站收发、呼叫控制及移动性管理等功能，由BTS、BSC组成AN-AAAPCF接口AN内部接口AN与PCF间的接口CF与PDSN间的接口AN-AAA与AN间的接口不同AN间的接口616.5.4分组核心网PCNcdma20001xEV-DO中PCN构成与终端接入Internet方式有关当使用简单IP时，PCN主要包含PDSN及AAA等功能实体，AAA分3类：归属地HAAA、访问地VAAA及代理BAAA当使用移动IP时，PCN还应增加外地代理FA、归属代理HA等。PCN主要用于提供AT接入到Internet62逻辑实体PCN主要由PDSN与AAA构成

在移动IP中还有HA和FAPDSN接口R-P接口：PDSN与RAN间的接口P-P接口：相邻PDSN间接口PDSN与Internet间的接口636.5.5简单IP网络用户接入分组网的基本方式移动终端的IP地址可由接入地的PDSN动态分配，也可由所接入的专网动态分配用户在同一个PDSN管辖范围内移动时可保持其PPP连接而不改变IP地址

在跨越PDSN时，用户的PPP连接需重新建立，业务将中断64656.5.6移动IP网络移动IP（MIP）使Internet上的移动接入成为可能移动IP主机在通信期间需要在网络上移动，IP地址会经常发生变化移动节点采用固定不变的IP地址，一旦登录即可实现在任意位置上保持与IP主机的单一链路层连接，使通信持续进行使用移动IP技术的