1、在此基础之上，各国又推出了今天称为第二代移动通信系统的GSM，PDC，D-AMPS，CDMA（IS95）等。它在第一代通信技术的基础上进步了许多，很好的解决了之前存在的种种问题，但是随着移动通信技术的日渐成熟和运营实践的不断成功，以及计算机技术的飞速发展和迅速普及，对移动通信系统的业务又有了更高的要求，由此第三代移动通信系统便应运而生了。自从1981年第一代以频分多址（FDMA，frequency Division Multiple Access）技术为基础的模拟通信系统建立使用以来，蜂窝移动通信的发展和需求大大超过了人们最初的预测。在短短几年的时间内，模拟移动通信系统就面临着阻塞概率增高、呼
2、叫中断率增高、系统干扰增大、容量受限的压力，此时的它已经远远不能满足需求了。紧接着，1992年以时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）技术为基础的第二代移动通信系统相继投入使用。TDMA系统较FDMA系统来说有诸多的优势：频谱效率提高、系统容量增大、保密性增强、标准化程度提高等等。但是TDMA系统并不能完全满足未来发展的需要。在这种情况下以美国Qualcomm公司为首的倡导者提出了码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）技术的系统实现方案。大量的实验证明CDMA具有许多TDMA技术所没有的独特属性，它是移动通信环
3、境下获得大容量和高质量的一种灵活有效的技术，可以很好的满足未来通信发展的需求。CDMA技术在1993年正式成为国际技术标准，目前其商用系统已经在许多国家和地区投入使用，取得了良好的用户反映。从历史的角度来看，第一、第二代移动通信系统是针对传统的话音和低速的数据业务的系统。而未来社会所需要的是能提供图像、话音、数据相结合的多媒体和高速数据业务稳定服务的通信系统，另外随着用户的不断增加，现有的系统远远不能满足用户容量的发展需求。而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
4、。由于其诸多的优点，吸引了全世界的运营商、生产厂家和广大用户。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。1.2 研究目标为了实现我们的研究目标，在此将采用理论和实际相结合的原则。在理论方面，我们需要掌握和分析CDMA移动通信系统的核心技术，例如为什么要采用该项技术，它存在哪些优缺点，以及整个CDMA移动通信系统在实际当中是如
5、何规划和实现的；在实际应用中，需要将技术理论同实际情况相结合，根据具体的实际需求合理的分配有限的资源，力争达到最优的组网效果。最后，还要运用现已掌握的技术手段，对硬件系统进行合理的优化配置，尽最大努力使之实际运行效果接近理论值，也就是利用华为公司所提供的接入网系统设备实现最佳的系统性能。除此之外，还需要在研究过程中不断的发现问题，解决问题，在具体的实践当中寻找“捷径”，提高我们的工作效率，寻找更有效的研究方法。在此将采用华为技术有限公司提供的CDMA通信系统接入网设备实现网络的覆盖。该设备有着很强的系统性能，一方面通过对移动通信技术原理和产品硬件知识的研究，更进一步的了解CDMA通信系统的技术
6、特性，另一方面根据实际的用户需求，合理的对硬件系统进行配置，提供最优的方案来解决实际的网络覆盖。2 数字移动通信技术2.1 多址技术多址技术可以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。如图2-1表示了这三种方法简单的概念模型。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。2.1.1 频分多址频分，有时也称之为信道化，就是把整个
7、可分配的频谱划分成许多单个无线电信道，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。2.1.2 时分多址时分多址是在一个带宽的无线载波上，按时间划分为若干个时分信道，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。TDM
8、A中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙，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。在时隙到来时，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
9、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。2.1.3 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
10、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）。第三代移动通信技术是建立在码分多址的基础之上的，之前已经介绍了码分多址技术的诸多优点，也正因如此，它才能够吸引全世界的目光，引领下一代通信网络的发展。下面我们所讨论的技术原理都是基于码分多址的。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，经不同路径到达移动台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
11、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 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），则会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
12、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。2.3.1 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
13、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。在刚进入接入信道时：平均输出功率=平均输入功率73+NOM_PWRINIT_PWR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，其后的试探序列不断增加发射功率，直到收到一个效应或序列结束。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=平均输入功率
14、73+NOM_PWRINIT_PWRPWR_STEP所有闭环功率校正之和其中NOM_PWR的范围为87dB，标称值为0dB，INIT_PWR的范围为1615dB，标称值为0dB，PWR_STEP的范围为07dB。2.3.2 反向闭环功率控制闭环功率控制是指基站下发功率控制命令给移动台，同时根据移动台调整后的反馈结果来进行下一步的调整。闭环功率控制又可以分为内环功率控制与外环功率控制，如图2-2所示：图2-2 CDMA2000 1X闭环功率控制示意图内环功率控制是指基站根据接收到的Eb/Nt（解调门限）来下发功率控制比特。当接收信号的Eb/Nt大于或等于预先设定的Eb/Nt时，基站将功率控制比特
15、置为1；当接收信号的Eb/Nt小于预先设定的Eb/Nt时，基站将功率控制比特置为0；移动台接收到为“1”的功率控制比特时，就降低发射功率；当移动台接收到为“0”的功率控制比特时，就提高发射功率。外环功率控制是BSC根据接收到的反向信号的误帧率，来调整Eb/Nt的设定值。当实际接收的误帧率高于目标误帧率时，BSC将Eb/Nt的设定值升高；当实际接收的误帧率低于目标误帧率时，BSC将Eb/Nt的设定值降低。这时基站将使用新的Eb/Nt的设定值来下发功率控制比特，从而达到间接控制移动台发射功率的目的；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做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。功率控
16、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。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2.3.3 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。2.4 切换2.4.1 切换定义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
17、、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。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中的不同频道之间和不同MSC之间；软切换（Soft Handoff）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。软切换包括四种情况。在CDMA系统中，主要进行的是软切换，而且软切换的成功率也
18、是衡量系统性能的最重要指标之一，下面我们就来讨论软切换究竟是如何实现的。2.4.2 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。为了更好的来理解软切换的过程，有必要先介绍几个CDMA系统中比较重要的概念。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
19、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。软切换的具体实现过程是这样的。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；基站发送一个切换指示消息；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；当导频强度掉到T_DROP 以下时，移动台启动切换去掉定时器；切换去掉定时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息；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
20、。软切换过程如图2-4所示：图2-4软切换实现过程2.5 CDMA系统结构2.5.1 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系统除了可以承载电信业务，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
21、网结构，移动交换机的话务承载能力一般都很强，可以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。2.5.2 系统的结构与功能CDMA系统的典型结构如图2-5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
22、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2-5 CDMA系统结构移动台（MS）是公用CDMA移
23、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手机以前号码和手机捆绑
24、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。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
25、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。具有本地和远端配置BTS的典型BSS组成方面如图2-6所示。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
26、信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。图2-6 一种典型的BSS组成方式基站控制器（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。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。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
