CDMA及第三代移动通信系统(三).doc

第三讲CDMA数字蜂窝移动通信网的网络规划3.1网络参考模型 CDMA网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口，见图1。从图中可看出CDMA网络参考模型与GSM网相似。MSC 移动交换中心HLR 归属位置寄存器VLR 拜访位置寄存器AC 鉴权中心MC 短消息中心SME 短消息实体PSTN 公用交换电话网MS 移动台EIR 设备识别寄存器BS 基站系统OMC 操作维护中心IWF 互连功能图1CDMA网网络参考模型3.2交换网络规划1.交换网络组织 CDMA网采用3级结构，见图2。具体为：在大区中心(如北京、上海、广州、沈阳、武汉等)设立一级移动业务汇接中心并网状相连；在各省会或大城市设立二级移动业务汇接中心，并与相应的一级汇接中心相连；在移动业务本地网中设一个或若干个移动端局MSC，也可视业务量由一个MSC覆盖多个移动业务本地网。移动业务本地网原则上以固定电话网的长途编号区编号为2位和3位的区域来划分。图2CDMA网的网结构示意图2.信令网组织 目前，中国电信和中国联通的移动通信网信令网都是专门组建的，因为不但要传送电话用户部分TUP消息，还要传移动应用部分MAP消息。 CDMA网的信令网与其交换网络结构相对应，也分为三级结构：高级信令转接点HSTP、低级信令转接点LSTP和信令点SP。 HSTP负责转接本大区内及本大区与其他大区间的信令业务。HSTP可兼有LSTP的功能。LSTP负责转接本服务区内及至其上级HSTP的信令业务。SP是信令消息的源点和目的点。信令转接点STP可采用独立式设备，也可采用与移动汇接中心合设的方式。信令网中网络节点间采用中国7号信令。3.信令方式 Um接口(也称空中接口)的无线信令规程由800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网空中接口技术规范规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。此规范基于TIAEIAIS-95A宽带双模扩频蜂窝系统移动台基站兼容性标准。 A接口的信令规程由800MHz 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。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。中国联通颁布的A接口信令规程与EIATIAIS634的信令规程基本兼容，是其一个子集。 B、C、D、E、N和P接口的信令规程由800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移动应用部分技术规范规定。中国电信和中国联通均已颁而了此规范。此规范基于TIAEIAIS41C蜂窝无线通信系统间操作标准。中国联通颁布的MAP为IS41C的子集，第一阶段使用IS41C中51个操作(OPERATION)中的19个，主要为鉴权、切换、登记、路由请求、短消息传送等。 Ai接口的信令规程由800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网与PSTN网接口技术规范规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。此信令规程也称MTUP。中国联通颁布的MTUP为与中国国内电话网No.7信号方式技术规范所规定的信令规程相兼容的子集，即MTUP不使用NNC、SSB、ANU、CHG、FOT和RAN消息；另外，只接收不发送4个消息：后续地址消息SAM，带一信号后续地址消息的SAO，主叫用户挂机信号CCL和用户本地忙信号SLB。4.编号计划(1) 移动用户号码薄号码DN 为移动用户作被叫时，主叫用户所需拨的号码。DN由国家码、移动接入码、HLR识别码和移动用户号四部分共12位号码组成。中国的国家码为86，国内拨号时可省略。移动接入码采用网号方案，长城网为133，中国联通拟为132。CDMA网与GSM网DN的区别在于移动接入码的不同。(2) 国际移动用户识别码IMSI与移动台识别码MIN IMSI是在CDMA网中唯一地识别一个移动用户的号码，由移动国家码、移动网络码和移动用户识别码三部分共15位号码。中国的移动国家码为460，长城网各中国联通的移动网络码为03。 MIN码是为了保证CDMAAMPS双模工作而沿用AMPS标准定义的。长城网和中国联通对MIN的定义有所不同，长城网的定义为3H1H2H3，中国联通的定义为132H1H2H3，其中H1H2H3为HLR识别码。(3) 电子序列号ESN ESN是唯一地识别一个移动台设备的32比特的号码，每个双模移动台分配一个唯一的电子序号，由厂家编号和设备序号构成。空中接口、A接口和MAP的信令消息都使用到ESN。(4) 系统识别码SID和网络识别码NID SID是CDMA网中唯一识别一个移动业务本地网的号码。SID按省份分配。NID是一个移动业务本地网中唯一识别一个网络的号码，可用于区别不同的MSC。移动台可根据SID和NID判断其漫游状态。5.同步要求(1) 无线同步要求 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。(2) 网络同步要求 网络同步的目的是使网络节点间数字信息流的帧同步，保障话音、信令、网管数据的正常传送。长城网和中国联通CDMA网的技术体制均规定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。 一级移动业务汇接中心和二级移动业务汇接中心的同步基准来自二级A类BITS。MSC、VLR、HLR、AC的同步基准来自二级B类BITS。BSC从MSC来的数据流中提取时钟。BTS从BSC来的数据流中提取时钟。3.3无线网络规划移动通信网的工程建设大致可分为6个步骤：拟定网络需达到的覆盖指标和话务要求；初步网络规划；基站站址现场勘察；修正网络规划，完成工程设计；系统调测和网络优化；根据优化结果或网络扩容要求，返回第一步。CDMA网络的设计同样遵循这个步骤，但在很多方面又区别于GSM和TACS网。1.频率配置 中国联通CDMA网的工作频段为835MHz839MHz(基站收)、880MHz884MHz(基站发)，即4MHz可用频率，上下行频率间隔为45MHz。CDMA基本频道为AMPS的384号频道(836.52MHz)，第二CDMA频道为425号(837.75MHz)。 长城网的工作频段为825MHz835MHz(基站收)、870MHz880MHz(基站发)，即10MHz可用频率，上下行频率间隔为45MHz。CDMA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)。长城网共有7个可用CDMA频道。2.无线覆盖CDMA网络的无线覆盖主要取决于设备噪声系数、干扰影响、衰落储备、Eb/No等因数，其具体分析见表1。表1无线覆盖参数的设定 序号项目内容典型值备注1带宽(HZ)1228800CDMA单载频带宽2Blotzman常数(w/(Hz*k)1.38E-23有单位常量3温室(k)2904基站噪声系数(dB)5典型值5接收机干扰影响(dB)466软切换增益(dB)347基站天线曾益(dBi)9178馈线损耗(dB)139正态衰落储备(dB)91110建筑物穿透损耗(dB)1025根据地形地物取值11Eb/N。(dB)6712所需C/I(dB)-14其中带宽和Boltzman常数为固定值，基站噪声系数根据设备而定，干扰影响由网络设计负载百分比取定，衰落储备由无线信号边缘覆盖率给出， Eb/No根据话音质量与FER的相应关系综合取定。由于CDMA为宽带系统，有较高的扩频增益，故当C/I为负值时仍能得到好的服务质量，这一点大大优于传统的GSM和模拟系统。在同等条件下，CDMA比GSM传播距离要大1321倍左右。对于大城市高话务密度区CDMA基站半径最小可设置在300 m左右；对于郊区开阔地，应充分发挥其覆盖范围大的特点，半径可达 50 km以上。表2给出了几种不同地区的基站覆盖半径。表2各类地区的基站覆盖半径 区域城市密集区城区郊区乡村车辆建筑物穿透损耗182515201015106CDMA基站半径(km)0.91.54.321.033.03.基站话务配置（1） 基站容量的确定确定CDMA基站容量的主要参数有：处理增益、Eb/No、话音激活因子、频率复用系数，以及基站天线扇区数等。对于单扇区单载频的基站最大配置可为61个信道，目前工程上一般取值为全向23个，定向20个，见表3。表3典型站型容量配置表 GOS=2%GOS=5%站型信道数(个)话务量(个)用户数(个)信道数(个)话务量(Erl)用户数(个)O12315.766312318.08724O24636.5314624640.5516221/1/120/20/2039.54158220/20/2045.7518302/2/240/40/4093.00372040/40/40103.84152由于CDMA基站扇区间的物理信道资源可以共享，所以在网络实际运行中，它所能处理的话务量，还要大于设计理论值，这是其它制式不具备的独特优点。（2） 话务配置与GSM网相比，CDMA网基站的话务配置具有更大的灵活性，因此，它也是工程建设中的重点。首先，需对实地进行详细查勘，了解当地移动话务分布状况；其次要利用先进的网络规划软件预测；最后根据预测结果，分配基站话务量。最终设计值与网络开通后的实际话务量差值应不超过30。4.干扰分析与协调IS-95指定CDMA网所用频段为：上行824849 MHz、下行869 894 MHz。我国目前已建成的ETACS网使用的频率正好为880890 MHz，故未来建设的CDMA网必然会对现有网络产生很大的影响。这类干扰的存在是我国独有的现象，在世界其他国家和地区，或因为没有采用ETACS制式，或因为没有使用CDMA技术，因而不存在此类现象。它的解决也是影响到CDMA网络建设的关键问题之一。CDMA发端信号对ETACS收端的影响可用下式表示：Pr PtLoALb10 lg（30 /25）其中，Pt：CDMA单扇区输出的最大功率；Pr： ETACS接收的信号强度；LoA：CDMA带外损耗；Lb：CDMA、ETACS天线隔离度。为保证不产生干扰，要求Pr 值小于ETACS接收机灵敏度，即调整天线隔离度，理论计算需达到86 dB以上。天线隔离度有水平、垂直和倾斜之分：水平隔离度Lh2220lg10（d/）（GtxGrx）垂直隔离度Lv28040lg10（d/）倾斜隔离度Ls（LvLh ）（/90）Lh其中，d：天线水平间距（米）；Gtx、 Grx：天线增益；：两天线在垂直面内的夹角。要满足隔离要求，CDMA与ETACS天线垂直间距应大于6 m或水平间距保持在1 km以上。但实际传播环境并非自由空间，由地形、地物和建筑物等引起的绕射损耗是理论无法计算的。要分析这些情况，还需要到现场对无线信号场强进行测试。在空间去耦的同时，还可以调整天线相对位置、使用干扰抵消器、采用波瓣较窄的天线等方法，来加大隔离度。但这些都不能保证从根本上解决干扰问题，最好的办法是实行频率协调，重新划分这段频率，并给予一定的保护带宽。 5.PN-Offset的规划由于CDMA系统频率复用系数约为1，所以它不需要进行频率规划。但是在实际情况中会有一个潜在的问题，那就是：尽管所有的基站都使用不同的PN-Offset，然而在移动台端看来，由于传播时延（邻PN-Phase干扰）和PN-Offset复用距离不够（同PN-Phase干扰），就会使一些非相关的导频信号看起来一样。邻PN-Offset干扰是影响大覆盖区基站的主要因素，同PN-Offset干扰是影响小覆盖区基站的主要因素。因此PN-Offset的规划是CDMA系统特有的问题。所有具有相同频率但不同PN码相位的导频集有四种：有效导频集、相邻导频集、侯选导频集和剩余导频集，PN-Offset干扰只会发生在前两种导频集中。（1） 如果两个相位上非相关的信道都落在同一有效导频搜索窗口中，两者都会成为三个最强信号中的一个，有效导频集PN-Offset干扰就会发生。移动台就会解扩并合并非相关的前向业务信道信号。（2） 如果一个远端业务信道落入相邻导频集，且它的 Ec/IoTadd，相邻导频集PN-Offset干扰就会发生。移动台就会切换到错误的导频上，并解扩错误的信号。它们的共同结果是强干扰和掉话。避免邻PN-Offset干扰的方法是：使邻PN-Offset 间的间隔比传播时延造成的不同要大得多。最小要求的间隔值 SchipR 1021/10a 1W/2其中，R为小区半径，单位为chip（1 chip244 m）；W为有效导频窗口尺寸，单位为chip； a为路径损耗指数。大的小区需要大的间隔，即增大相邻小区PN码的相位偏差。避免同PN-Offset干扰的方法是：使传播时延造成的不同大于导频搜索窗尺寸W的一半；PN复用距离的最小值D应满足：DW/22R。现以7/21复用方式举例如下：工程中通常设置使Pilotinc4，它是CDMA导频信道 PN码序列时间偏置参数的公差值。在这种复用模式中，以簇为复用单位。1簇含有4个子簇，每个子簇又含有7个基站，若为3扇区，则有21个扇区，通常称之为7/21复用方式。一般1个子簇也有3 个基站的分法，本文暂不讨论。6.软切换区的设置CDMA系统有硬切换、软切换和更软切换三种切换方式。硬切换只存在于不同载频之间。所谓软切换是指移动台在切换过程中，在与新的基站建立联系时，并不立即中断与原有基站之间的通信，即“先接再断”。目前，工作在同一载频时，CDMA可实现BTS之间、BSC 之间和MSC之间的软切换。同一基站不同扇区之间的切换称之为更软切换。在软切换过程中，移动台与不同基站建立联系，始终保持不变的是最初建立呼叫所选用的声码器。因此，若声码器置于BSC内，则在不同BSC之间需设置中继直达电路，把声码器连接起来；若置于MSC内，也需同样处理。但由于MSC控制范围大，内部声码器数目多，故设置直连电路耗费较大。一般采用ATM方式连接不同MSC，来实现它们之间的软切换。从这点上讲，BSC和MSC综合设置可节省传输投资。另一个重要方面就是软切换区的设置。软切换技术的引入确实降低了切换掉话率，提高了通信质量。但为了实现软切换，在基站配置时需专门拿出一些信道卡，来作为软切换信道。因此，软切换信道配置过多，势必造成资源浪费；过少则降低软切换成功率。应结合各地的实际特点，以及CDMA网络的建设和发展规模，合理地设置软切换区比例。工程上一般使之保持在3040之间。7.多载波的应用近年来由于移动用户成倍增长，在一些大城市高话务地区，话务密度由原来的每平方公里几个、十几个尔朗，发展到几十个、上百个。未来二三年内将会更高。CDMA 多载波技术的应用是解决这么高的话务密度的重要方法。因为CDMA系统中多载波之间为硬切换，所以在多载波的设计中首先要考虑的因素就是如何减少硬切换。应注意以下问题：（1） 要优化硬切换以减少发生掉话的危险；（2） 避免多载波基站孤立，应在一群小区中实施多载波以减少硬切换；（3） 避免使高话务小区成为硬切换发生的边界小区。网络规划时，应尽量使多载波基站连片存在。在切换上，可采用伪导频方法，即在多载波覆盖区域边缘，设置一些对多载波只发射导频信号的基站。当移动台移至此处时，利用此导频触发软切换，但采用其它载频的业务信道，然后再将导频信号切换到该载频上，实际完成硬切换。处理多载波之间的硬切换还有环路触发和判别FER等方法，可根据工程具体特点，灵活运用。8直放站的应用移动通信直放站作为一种实现无线覆盖的辅助技术手段，常用来解决基站难以覆盖的盲区或将基站信号进行延伸。在网络建设初期，它可以利用较少的