CDMA2000系统

第 4章 区域定义与编号计划 本章内容 区域定义与标号计划 本章重点 学习本章目的和要求 了解 熟悉 掌握 C，或称 因为在北美和韩国， 虑其大量的用户和系统设备，为能与其充分地后向兼容，故提出了 它沿用了 帧长为 20用 要 同时为提高性能和容量也做了一些实质性的改进。 能与现有的 要分布在北美和亚太地区。 其无线单载波 量提高了一倍，第一阶段支持 144二阶段支持614s， 3 但后续技术 准化和商用前景尚不明朗。 目前增强型单载波 准化工作已完成，极具商用潜力。 其中包括 个阶段。 从 是国际 进而来的 为 包含一系列子标准。 由 x（ 3x）， 其中从 （ 1） 2） x （ 3） x （ 4） 其中 要表现在下列几个方面。 （ 1）支持高速补充业务信道，单个信道的峰值速率可达 s。 （ 2）采用了前向快速功控，提高了前向信道的容量。 （ 3）可采用发射分集方式 高了信道的抗衰落能力。 （ 4）提供反向导频信道，使反向相干解调成为可能，反向增益较 向容量提高 1倍。 （ 5）业务信道可采用比卷积码更高效的容量进一步提高。 （ 6）引入了快速寻呼信道，减少了移动台功耗，提高了移动台的待机时间。此外，新的接入方式减少了移动台接入过程中的干扰。 （ 7）仿真结果表明， 倍，而数据业务容量是 放的 持 P 和 现了真正的 概述 基站子系统（ 网络子系统（ 操作子系统（ 主要接口 速数据系统改进为一个无线多媒体系统，使之能提供基本满足 化了语音和数据业务，能支持高速率的电路和分组业务，提供平滑地向后兼容性（与 其网络结构也和 交换子系统 ） 、 核心网分组域（ 分组子系统 ） 、 基站子系统 、 操作维护子系统和移动台五部分组成 ， 图 4 概述 图 4基站子系统（ 基站子系统 （ 是 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（ 中的移动交换中心 （ 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 还要建立 之间的通信连接 。 1基站收发信台（ 2基站控制器（ 网络子系统（ 网络子系统 （ 主要包含有 安全性管理所需的数据库功能 ， 它对 整个 即 号信令网络互相通信 。 1移动交换中心（ 2拜访位置寄存器（ 3归属位置寄存器（ 4鉴权中心（ 5移动设备识别寄存器（ 操作子系统（ 操作子系统（ 完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和维护。 移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫计费。 用户数据管理一般由归属位置寄存器（ 完成这方面的任务， 用户识别卡（ 管理也可认为是用户数据管理的一部分，但是，作为相对独立的用户识别卡（ 管理，还必须根据运营部门对 呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动交换中心（ 可以采用通过 移动设备管理是由移动设备识别寄存器（ 完成的， 此， 主要接口 接口 、 如图 4 它主要定义和标准化能保证不同供应商生产的移动台 、 基站子系统和网络子系统设备能纳入同一个 图 4 基站子系统（ 间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动交换中心（ 基站控制器（ 间的互连接口，其物理链接通过采用标准的 s 此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。 中接口）定义为移动台与基站收发信台（ 间的通信接口，用于移动台与 物理链接通过无线链路实现。 此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。 除这两个接口外，其他接口如下： （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 换数据单元模块）之间的用户话务（包括语音和数据）和信令； （ 5） 持 （以上节点与接口与 （ 6） 输 （ 7） 输 （ 8） 输 （ 9） 输 （ 10） 11接口是无线接入网和分组核心网之间的开放接口。 区域定义与编号计划 区域定义 移动用户号码簿号码（ 国际移动用户识别码（ 移动台识别码（ 临时本地用户号码（ 电子序列号（ 区域定义 在小区制移动通信网中 ， 基站设置很多 ，移动台又没有固定的位置 ， 移动用户只要在服务区域内 ， 无论移动到何处 ， 移动通信网必须具有交换控制功能 ， 以实现位置更新 、越区切换和自动漫游等性能 。 在由 域的定义如图 4 图 41服务区 2公用陆地移动通信网（ 3 4位置区 5基站区 6小区 移动用户号码簿号码（ 主叫用户所需拨的号码 ， 采取 储在 在 M A C H 0 H 1 H 2 H 3 A B C D + + + 国际移动用户号码 国内有效移动用户号码 国际移动用户识别码（ 移动台识别码（ 此码在所有位置 ， 包括在漫游区都是有效的 。 储在移动台/ 在无线接口及 M C C M N C M S I N 国际移动用户识别 国内移动用户识别 临时本地用户号码（ 当呼叫一个移动用户时 ， 为使网络进行路由选择 ， 为了加强系统的保密性而在 它在某一 它是 133后面第一第二位为 44的号码 。 其号码结构为： M A C 44 H 1 H 2 H 3 A B C + + + + 电子序列号（ 电子序列号是唯一的识别一个移动台设备的号码 ， 每个双模移动台分配一个唯一的电子序号 。 它包含 32设备序列号由移动台的生产厂家设置 。 系统识别码（ 网络识别码（ 在 移动台根据一对识别码（ 判决是否发生了漫游 。 系统识别码 （ 包含 15 联通首先使用比特 14至比特 9为 110010的512个号码 （ 3600 37。 每个移动本地网分配一个 每个本地网具体获得的号码由联通总部确定 。 网络识别码（ 165535保留。 0用作表示在某个 65535用作表示移动用户可在整个 体的分配方案待定。 登记区识别码（ 在一个 它包含 12由各本地网管理 ，具体的分配方案待定 。 基站识别码（ 一个 16 唯一的识别一个 由各本地网管理 ， 具体的分配方案待定 。 与 联通 以及 作为 下面定义的号码用于识别网络节点 ， 不再用于用户号码 。 1 2其他网元 X 网 元 X 网 元 1 值中心） 3 0 于识别网络节点。在我国，完全采用七号信令传输 些号码的功能可以被 但为了兼容的目的而保留这些号码。 中： 每个 扩展 1 D 在使用 个参数将代替 参与构造 2中前 14 3 18 在检测位置更新时，要使用位置区识别置区标识）。 编码格式为： M C C M N C L A C 位置区标识 球小区标识）是所有 在位置区识别 编码格式： I 其中： 2个字节长的十六进制 由运营部门自定。 电子序列号（ 系统识别码（ 网络识别码（ 登记区识别码（ 基站识别码（ 与 D 无线接口采用了码分多址扩谱技术。 为实现 （ 1）信道结构和接入能力； （ 2） （ 3）维护和操作特性； （ 4）性能特性； （ 5）业务特性。 图 4空中接口分层结构 信道命名和映射 前 /反向链路物理层特征 无线配置 前向信道 反向信道 信道命名和映射 物理信道是基站和手机间的通路，主要用数字编码和无线传输特性来描述；逻辑信道是手机和基站协议层间的通路，传送的信息按照是单个或多个用户、传输的是信令或数据、传输方向性来分组在不同的逻辑信道上传输。 逻辑信道上的信息最终会通过一个或多个物理信道承载传输，逻辑 物理信道之间的对应关系称为 “ 映射 ” 。 一个逻辑信道可以永久占用一个物理信道（例如同步信道），或者临时独占一个物理信道；又或者与其他逻辑信道共享物理信道（通过复用）。 C 一个逻辑信道由 3个小写字母加 “ 成（见表 4 在逻辑信道的前面有一个连字符。 逻辑信道按以下规则区分： （ 1）方向（前 /反向）； （ 2）携带信息是所有用户共用的还是个别用户专用； （ 3）携带的信息是控制信息还是业务信息。 表 4第 1个字母 第 2个字母 第 3个字母 最后 2个字母 f=r=d=c=t=s= 4信 道 名 称 物 理 信 道 F/ /反向基本信道） F/ /反向专用控制信道） F/ /反向补充码分信道） F/ /反向补充信道） 向寻呼信道） 向快速寻呼信道） 向接入信道） F/ /反向公共控制信道） F/ /反向导频信道） 向专用辅助导频信道） 向发射分集导频信道） 向辅助发射分集导频信道） 向同步信道） 向公共功率控制信道） 向公共指配信道） 向增强接入信道） 向广播控制信道） 前 /反向链路物理层特征 并采用了 在 路上总的可用正交函数的数目比 这还不包括准正交函数的使用 ） 。 在高速率 、 对译码时延要求不高的补充信道使用 在语音和低速率 、 对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码 。 有的 个时钟使用的是 要求移动台的版本在 6以上；前向发送功率控制比特的速率是固定的 800s。 括多载波发射分集（ 正交发射分集（ 种。 102040 交织器的时间跨度是由时延、交织器内存的要求和 据业务的输出通常会是较长的帧长以提高交织器的增益。 S 用反向信道的长码掩码由 个用户的业务信道则由用户自己的 4阶正交和 积码（ K=9）用于语音和一般速率数据业务，K=4）用于补充信道上的高速数据速率业务。 送功率控制比特的速率是固定的 800s。102000 由于反向链路采用了相干解调，反向链路的容量得以提高了。 无线配置 无线配置是指一系列前向或反向业务信道的工作模式，每种 别在于物理信道的各种参数，包括： （ 1）速率集； （ 2）扩谱速率； （ 3）纠错编码（卷积或 （ 4）编码速率； （ 5）调制方式； （ 6）是否允许发射分集。 表 4向链路业务信道 线 配 置 传 递 速 率 最大数据速率 （ s） 有效 速率 是否允许 码 调 制 1 1 月 2日 否 1 月 4日 否 1 月 4日 是 1 月 2日 是 1 月 8日 是 3 月 6日 是 3 月 3日 是 3 （ s） 有效 速率 是否允许 码 调 制 1 1 月 3日 否 4 1 月 2日 否 4 1 月 4日 （ 1/2） 是 1 3 月 4日 （ 1/3） 是 3 1 1月 4日 （ 1/2） 是 前向信道 图 4前向链路信道 1后向兼容的前向链路信道 （ 1）导频信道 （ 2）寻呼信道 2新增前向链路公共信道 （ 1）新增导频信道 （ 2）前向链路公共物理信道 广播控制信道（ （ 3）前向链路公共物理信道 快速寻呼信道（ （ 4）前向链路公共物理信道 公共功率控制信道（ （ 5）前向链路公共物理信道 公共指配信道（ （ 6）前向链路公共物理信道 公共控制信道（ 包括前向基本信道 、 前向专用控制信道 、 公共控制子信道 、 前向补充信道 （ 。 3新增前向链路专用信道 反向信道 图 4反向链路信道 1反向链路公用物理信道 反向导频信道（ 2反向链路公用物理信道 反向接入信道（ 3反向链路物理信道 反向增强接入信道（ 4反向链路物理信道 公共控制信道（ 5反向链路专用物理信道 6反向链路物理信道 初始同步与 高效的信道编译码技术 功率控制技术 智能天线技术 多用户检测技术 初始同步与 1初始同步技术 2分集接收技术 高效的信道编译码技术 1卷积和交织技术 2 功率控制技术 在 方面，许多移动台共用相同的频段发射和接收信号，近地强信号抑制远地弱信号的可能性很大，称为 “ 远近效应 ” ；另一方面，各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，通信容量主要受限于同频干扰。 在不影响通信的情况下，尽量减少发射信号的功率，通信系统的总容量才能相应地达到最大， 因此，功率控制是第三代移动通信系统中最为重要的关键技术之一。 第三代移动通信系统中采用的功率控制技术可分为三种类型：开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。 在第三代移动通信系统中，上行链路采用开环、闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决 “ 远近效应 ” 问题，保证所有信号到达基站时都具有相同的平均功率；下行链路则采用闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决同频干扰问题，可以使处于严重干扰区域的移动台保持较好的通信质量，减小对其他移动台的干扰。 智能天线技术 在 方面，许多移动台共用相同的频段发射和接收信号，近地强信号抑制远地弱信号的可能性很大，称为 “ 远近效应 ” ；另一方面，各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，通信容量主要受限于同频干扰。 在不影响通信的情况下，尽量减少发射信号的功率，通信系统的总容量才能相应地达到最大， 智能天线技术用于 统是比较合适的，能够起到在较大程度上抑制多用户干扰，从而提高系统容量的作用。 应用智能天线技术的困难在于由于存在多径效应，每个天线均需一个 而使基带处理单元复杂度明显提高。 多用户检测技术 在传统的 各个用户的接收是相互独立进行的 。 在多径衰落环境下 ， 由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交 ， 因而造成多个用户之间的相互干扰 ， 并限制系统容量的提高 。 解决此问题的一个有效方法是使用多用户检测技术，通过测量各个用户扩频码之间的非正交性，用矩阵求逆方法或迭代方法消除多用户之间的相互干扰。 从理论上讲，使用多用户检测技术能够在极大程度上改善系统容量。 但一个较为困难的问题是对于基站接收端的等效干扰用户等于正在通话的移动用户数乘以基站端可观测到的多径数。 这意味着在实际系统中等效干扰用户数将多达数百个，这样即使采用与干扰用户数成线性关系的多用户抵销算法仍使得其硬件实现显得过于复杂，能否把多用户干扰抵销算法的复杂度降低到可接受的程度是多用户检测技术能否实用的关键。 软切换是 其基本原理如下：当移动台处于同一个 移动台在维持与源 又与目标 之后再释放与源 发生在同一个 当硬切换发生时 ， 因为原基站与新基站的载波频率不同 ， 移动台必须在接收新基站的信号之前 ， 中断与原基站的通信 。 往往由于在与原基站链路切断后 ， 移动台不能立即得到与新基站之间的链路 ， 从而使通信中断 。 1软切换的特点 另外 ， 当硬切换区域面积狭窄时 ， 会出现新基站与原基站之间来回切换的 “ 乒乓效应 ” ， 影响业务的传输 。 在 很好地利用了直接扩频系统的特点 ， 与硬切换技术相比 ， 具有以下更好的性能 。 （ 1）软切换发生时，移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，通信中断的概率大大降低。 （ 2）软切换进行过程中，移动台和基站均采用了分集接收的技术，有抵抗衰落的能力，不用过多增加移动台的发射功率；同时，基站宏分集接收保证在参与软切换的基站中，只要有一个基站能正确接收移动台的信号就可以进行正常的通信，通过反向功率控制，可以使移动台的发射功率降至最小，这进一步降低移动台对系统的干扰。 （ 3）进入软切换区域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以进入切换等待的排队队列，从而降低了系统的阻塞率。 软切换的实现过程中，移动台不断地搜索着激活类、候选类、临近类、剩余类各个导频的强度，并且根据强度维护各个类，当移动台靠近切换区时，移动台开始以下操作过程： （ 1）导频 _动台将这个导频移到候选类； （ 2）导频 10+， 移动台发送导频强度测量消息； 2 （ 3）移动台收到扩展切换指示消息，将始宏分集，然后发送切换完成消息； （ 4）导频 于 10+时，移动台开始启动切换下降定时器； （ 5）切换下降定时器超时，移动台发送导频强度测量消息； （ 6）移动台收到扩展切换指示消息，将后发送切换完成消息； （ 7）导频 于 动台开始启动切换下降定时器； （ 8）切换下降定时器超时，移动台将 这就是移动台进出切换区的全过程，由此看出对于移动台，切换的关键就是在复杂的无线信道条件下不断地、较为准确地测量各导频的强度以及支持在切换区内的宏分集。 众所周知， 靠性高等优点，但是由于移动台在软切换过程中支持宏分集，所以移动台在切换区中同时和两个 在一定程度上影响了基站的无线信道利用率。 尤其在基站较忙时，这种切换方式反而会影响系统的切换成功率。 3 由于移动台在切换区中逗留的时间与移动台的速度大小、方向和切换区的大小等因素有密切关系，所以这个问题的处理就比较复杂。 首先，移动台在靠近切换区时，在 _即把这个导频加入候选类，同时向基站报告导频强度，准备接受基站的切换指示消息后开始宏分集。 但是在 移动台搜索到邻区导频强度大于 动台只是把这个导频加入候选类，直到移动台认为其搜索到的强度足够大时，才开始向基站发导频报告，准备宏分集。 其次，移动台在准备离开切换区时，判断的门限也有很大不同。 在 动台直到原 _开始启动下降定时器，所以其判断的尺度比较单一。 但是在 动台对参与宏分集的基站的导频不断地按照大小排队，然后判断最小的几个有没有到达下降门限。 由此看出， 大增加了灵活性。 当激活类中强度较大的导频已经足够大的时候，移动台将不再理会 断地提出让导频强度较小的基站脱离宏分集状态，从而减少不必要的链路占用。 可以看出，在 对软切换所造成的信道利用率低的不足， 在 个门限定得比较单一，门限值是绝对值，所以不能有效地处理移动台在切换区的复杂情况，但是在 和 用相对门限，因而更为有效，更为实际。 移动台初始化状态 移动台空闲状态 图 4移动台呼叫处理状态 （ 1）初始化状态 移动台选择和捕获系统； （ 2）空闲状态 移动台检测寻呼信道的消息； （ 3）系统接入状态 移动台在接入信道上向基站发送消息； （ 4）业务信道控制状态 移动台利用正向和反向信道与基站通信。 移动台初始化状态 图 4初始化状态图 （ 1）系统检测子状态 （ 2）导频信道捕获子状态 （ 3）同步信道捕获子状态 （ 4）时间调整子状态 移动