CDMA移动通信基础知识

1、移动通信基本概念爱尔兰在时间T内，一个源或服务器所产生的所负担的话务量等于该期间内各次服务持续时间之总和。与话务量有关的两个因素：呼叫强度需求的频繁的程度和呼叫保持时间每次服务所持续的时间。设在所考察的时间T内，共发生了n次呼叫，每次呼叫的平均时间为hav，话务量应为：AT=n*hav。为了计算话务量密度，定义话务流量为：A1=AT/T= n*hav/T=*hav。其中=n/T是源的呼叫强度或单位时间内的平均呼叫次数。话务流量代表单位时间内服务时间之总和，它表现了单个源或服务器的占用率，永远小于或等于1。话务流量的单位是爱尔兰。在我们通常的使用中常把话务流量为简称话务量。注意：话务量的量纲是时

2、间而话务量是无量纲的。阻塞率在一个区域，由于经济方面的原因，所提供的链路数往往比电话用户数要少得多。当有人要打电话时，会发现所有链路可能全部处于繁忙状态，我们称这种情况为“阻塞”或“时间阻塞”。提供的链路越多，则系统的阻塞率越小，提供给用户的服务质量就越好，即电话系统的承载能力决定了链路的数目，而链路的数目又决定了系统的阻塞率。 话路阻塞率的计算公式为：其中S 为链路数，/的单位是Erl。 同样的Erl 容量的条件下，允许的阻塞率越高，需要的链路数越少。GOSGOS：Grade of Service，意为服务等级服务质量。阻塞率和其它衡量系统质量的性能指标一起，构成了系统提供给用户的服务等级。

3、频率及小区频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。频率复用主要是用在FDMA系统，如GSM。频率复用方式是指将可用频道分成若干组，如将可用频道N分成F组，则每组的频道数为N/F。因总的频道数N是固定的，所以分组数F越少则每组的频道数就越多。但是，频率分组数减少会使同频道复用距离减少，导致系统中平均C/I载干比值降低。在GSM系统工程实际使用中，在同频干扰保护比C/I值上加3dB冗余来保护，采用12分组方式，即4个基站，12组频率，定向基站可采用90或60的定向天线，形成三叶草小区，即把基站分成3个扇形小

4、区。对于全向基站，建议采用7组频率复用方式，7组频率可从12组中任选，但相邻频率组尽量不在相邻小区中使用。业务量较大的小区可以借用剩余的频率组，如使用第9组的小区可借用第2组频率等。CDMA系统采用的是码分多址的方式，不采用频率复用，使用的是PN复用。调制调制（modulation)就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号

5、，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。在通信中，我们常常采用的调制方式有以下几种： （一）模拟调制：用连续变化的信号去调制一个高频正弦波 主要有：1.幅度调制（调幅AM，双边带调制 DSB

6、SC，单边带调幅SSBSC，残留边带调制VSB以及独立边带ISB）； 2.角度调制（调频FM，调相 PM）两种。因为相位的变化率就是频率，所以调相波和调频波 是密切相关的； （二）数字调制：用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制 主要有：1.振幅键控ASK； 2.频率键控FSK； 3.相位键控PSK； (三）脉冲调制：用脉冲序列作为载波 主要有：1.脉冲幅度调制（PAM：Pulse Amplitude Modulation）； 2.脉宽调制（PDM：Pulse Duration Modulation）； 3.脉位调制（PPM：Pulse Position Modulation）； 4.脉冲编码

7、调制（PCM：Pulse Code Modulation) ；一般的数字调制技术，如ASK、PSK和FSK因传输效率低而无法满足移动通信的要求，为此，需要专门研究一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术，尽可能地提高单位频谱内传输数据的比特率，以适用于移动通信窄带数据传输的要求。如 最小频移键控（MSKMinimum Shift Keying）; 高斯滤波最小频移键控（GMSKGaussian Filtered Minimum Shift Keying）;四相相移键控（QPSKQuadrature Reference Phase Shift Keying）; 交错正交四相相移键控

8、（OQPSKOffset Quadrature Reference Phase Shift Keying）; 四相相对相移键控（DQPSKDifferential Quadrature Reference Phase Shift Keying）; /4正交相移键控（/4DQPSKDifferential Quadrature Reference Phase Shift Keying）;CDMA中的调制方式：IS95 RC1,RC2 前向：BPSK；反向：64-ary 正交调制； cdma2000 1x，3x 前向RC3-RC9和反向RC3-RC6 均采用QPSKcdma2000 1x EV D

9、O Rev 0 前向采用QPSK，8PSK，16QAM；反向采用QPSKcdma2000 1x EV DO Rev A 前向采用QPSK，8PSK，16QAM；反向采用BPSk，QPSK，8PSK编码语音编码技术语音编码技术属于信源编码，目前语音编码技术通常分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。移动通信对数字语音编码的要求如下： 1 速率较低，纯编码速率应低于 16 kbits； 2 在一定编码速率下音质应尽可能高； 3 编码时延应较短，控制在几十毫秒以内； 4 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性能，以保持较好的语音质量； 5 算法复杂程度适中，易于大规模集成。CDMA 系统采用了一种

10、非常有效的语音编码技术：Qualcomm码激励线性预测（QCELP）编码，它是北美第二代数字移动电话的语音编码标准（IS-95）。这种算法不仅可工作于 4 kbit/s/4.8 kbit/s/8 kbit/s/9.6 kbit/s 等固定速率上，而且可变速率地工作于 800 bit/s9600 bit/s之间。该技术能够降低平均数据速率，平均速率的降低可使 CDMA系统容量增加到 2倍左右。CDMA2000使用EVRC编码方式。信道编码技术移动通信系统由于信道的特殊性，为了达到一定的比特误码率（BER）指标，对信道编码要求很高，主要是差错控制编码，也称为纠错编码。差错控制编码的方法有：循环冗余

11、校验、卷积、块交织、Turbo 码和扰码。不同的系统中采用了不同的差错控制编码： 1PHS 采用了循环冗余校验和扰码。 2GSM 采用了卷积、块交织。 3cdmaOne 采用了循环冗余校验、卷积、块交织和扰码。 4cdma2000 采用了循环冗余校验、卷积、块交织、Turbo 码和扰码。编号 移动用户的 ISDN 号码（ MSISDN ） MSISDN 号码是呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中某一用户时主叫用户所拨的号码。号码组成为： 我国的国家号码为 86 。 我国国内有效 ISDN 号码的结构为： 国内有效 ISDN 号码为一个十位数字的等长号码。 移动业务接入号（ N1N2N3 ） 识别不

12、同的移动系统，目前邮电的移动业务接入号为 135 139 ；联通为 130 。 HLR 识别号（H0H1H2H3 ） HLR 识别号中 H0H1H2 全国统一分配； H3 由各省自行分配。一个 HLR 可包含一个或若干个 H0H1H2H3 数值。 移动用户号（ ABCD ） ABCD 为每个 HLR 中移动用户的号码，由各 HLR 自行分配。 国际移动用户识别码（ IMSI ） IMSI 是在 PLMN 网中唯一识别一个移动用户的号码，由 15 位数字组成： MCC 移动国家号码，由 3 位数字组成，唯一地识别移动用户所属的国家。我国为 460 。 MNC 移动网号，由两位数字组成，用于识别移

13、动用户所归属的移动网。邮电部门 GSM PLMN 网为 00 ，“中国联通公司” GSM PLMN 网为 01 。 MSIN 移动用户识别号码，是一个十位的等长号码，为 H1H2H39XXXXXX 。其中 H1H2H3 与 MSISDN 号码中的 H1H2H3 相同； 9 代表 GSM900MHZ ； XXXXXX 为用户号码。 IMSI 用于 GSM 移动通信网所有信令中，存储在 HLR 、 VLR 和 SIM 卡中。 移动用户漫游号码（ MSRN ） MSRN 是在每次呼叫移动用户时，为了使网络再次选择路由，根据 HLR 的请求，由 VLR 临时分配给移动用户的一个号码。该号码在接续完成后

14、即可释放给其他用户使用。 它的结构为 1390M1M2M3ABC 。 M1M2M3 为 MSC 的号码， M1M2 与 MSISDN 号码中的 H1H2 相同。 切换号码（ HON ） HON 是在进行局间切换时为了选择路由，由目标 MSC/VLR 临时分配给移动用户的一个号码。 该号码是 MSRN 号码的一部分，只在移动用户进行局间切换时使用，接续完成后即可释放给其他用户使用。 临时移动用户识别码（ TMSI ） TMSI 是为了对 IMSI 保密，由 VLR 临时分配给来访移动用户的识别码，为一个 4 字节的 BCD 码，仅在本地使用，由各 MSC/VLR 自行分配。 位置区识别码（ LA

15、I ） LAI 是用来识别位置区的，其号码结构是： MCC MNC LAC 其中： MCC 和 MNC 同 IMSI 的 MCC 和 MNC 。 LAC 为位置区域码，它是唯一地识别我国数字 PLMN 中每个位置区的，是一个 2 字节 16 进制的 BCD 码，表示为 L 1L 2L 3L 4 （范围 0000 FFFF ，可定义 65536 个不同的位置区。） 移动通信构成蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成。其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。在模拟移动通信系统中，TACS规范只对

16、Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用GSM通信系统的组成 不同厂家的设备。1、 交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。 NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下： MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MS

17、C之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。AUC：用于产生为确定移动客户的身份

18、和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。2、 无线基站子系统BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责

19、无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。3、 移动台移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。 移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。多址接入多址方式是许多用户地址共同使用同一资源相互通信的一种方式。对于

20、CDMA系统来说就是许多的用户在同一时间使用相同的频点。通常，这些用户位于不同的地方并可能处于运动状态。由于使用共同传输频段，各用户系统之间可能会产生相互干扰，即多址干扰，同时也称为自干扰。为了消除或减少多址干扰，不同用户的信号必须具有某种特征以便接收机能够将不同用户信号区分开，这一过程称作信号分割。多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。传输信号可以表达为时间、频率和码型的函数。根据传输信号不同特性来区分信道的多址接入方式：频分方式FDMA：在同一时间内不同用户使用不同频带。时分方式TDMA：在同一频带内不同用户使用不同时隙。码分方式CDMA：所有用户使用同一频带在同一时间传送信号，它利

21、用不同用户信号地址码波形之间的正交性或准正交性来实现信号分割。漫游系统由系统识别码（SID）来识别，一个系统内的网络由网络识别码（NID）来识别。一个网络由一对识别码（SID,NID）唯一识别。SID数“0”是一个保留值，NID数“0”是一个保留值，表明所有不包含在一个特定网络内的基站：NID值65535216-1是一个保留值，移动台利用它作为漫游状态判决。移动台有一个包含一对或多对本地非漫游识别码（SID,NID）的列表，如果存贮的识别码（SIDs,NIDs）在系统参数参数消息里接收到与任何移动台的非漫游（SID,NID）识别码不匹配，则移动台处于漫游状态。定义有两种类型的漫游：如果移动台正

22、在漫游并且有某些对在移动台（SID,NID）表里的识别码（SID,NID）的SID等于SIDs，这个移动台是外部NID漫游者；如果在移动台（SID，NID）表里没有（SID,NID）识别码的SID等于SIDS，这个移动台是外部SID漫游者。移动台可能使用特定的NID值65535来表明移动台认为在一个SID里的全部NIDs是非漫游的，比如当工作在那个系统的所有基站移动台都不在漫游。切换软切换是指载波频率相同时小区间的信道切换，在切换过程中，移动用户与原基站和新基站都保持着通信链路，可同时与两个（或多个）基站通信，然后才断开与原基站的链路而保持和新基站的链路，软切换在两个基站的覆盖区的交界处起到了

23、业务信道的分集作用。软切换有以下几种方式:同一BTS内不同扇区相同载频之间的切换，也就是通常说的更软切换。同一BSC内不同BTS之间载频的切换；同一MSC内，不同BSC之间（做了A3、A7接口）相同载频的切换。软切换的优点：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受技术，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，只需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，由于通过反向功率控制，可以使移动台的发射功率降至最小，这进

24、一步降低移动台对其它用户的干扰，增加了系统反向容量。3. 进入切换区域的移动台即使不能立即得到与新基站通信的链路，也可以进入切换等待的排队队列，从而减少了系统的阻塞率。移动通信电波传播特性无线电波传播方式无线电波在空间中的传播有4种方式：直射、反射、绕射、散射。这几种传播情况是在不同的传播环境下产生的。(1)直射：自由空间传播。(2)反射：在电波传播的路径上有一个体积远大于电波波长的物体，电波不能绕射过该物体。在实际的传播环境中，反射通常发生在地球表面或建筑物表面。(3)绕射：在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体，该物体的尺寸与电波波长接近，电波可以从物体的边缘绕射过去。在障碍物表

25、面产生的二次波在空间中传播，即使在发射机和接收机问无视距路径的情况下，也能传播到障碍物的背面，其效果仿佛电磁波绕过了障碍物。频率较高的无线电波是否发生反射或绕射，取决于障碍物的几何尺寸，以及在入射处点电磁波的幅度、相位和极性。通常当障碍物大小与波长同一数量级时，发生绕射。(4)散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍物体的数目非常大时，发生衍射。衍射发生在粗糙物体表面、小物体或其他不规则物体上，如树 叶、街道标志和灯柱等。在自由空间中由于没有阻挡，电波传播只有直射，不存在其他现象。而实际传播环境中由于存在各种各样的物体影响到电波的传播，造成电波传播的多样性和复杂性，

26、增大了对电波传播研究的难度，必须通过实际的传播模型测试与校正，来真实反映无线传播特性，进而提高网络规划的准确性。3种传播机制无线电波在空间中的传播除了有以上的4种传播方式，还存在以下3种传播机制。在做无线电波传播模型校正时，需要对这3种传播机制进行仔细的区分。大尺度传播机制：描述区域均值，它具有幂定理传播特性，即中值信号功率与距离长度增加的某次幂成反比。中尺度传播机制：描述阴影衰落。小尺度传播机制：描述瑞利衰落。根据列3种传播机制的区分，模型校正丰要考虑的是在大尺度传播机制和中尺度传播机制下，信号在不同环境下的路径损耗以及障碍物阴影效应所带来的慢衰落影响。无线电波衰落阻挡、距离等多种因素使空间

27、中电波的传播必然存在传播损耗(又称为衰落)。由于阻挡与反射的原因，当移动台在移动时，在基站与移动台之间有时有阻挡，有时又没有，最主要的损耗有瑞利衰落（瑞利衰落是指信号的电场强度的概率密度函数服从瑞利概率分布的多径衰落。另一个对瑞利衰落的主要贡献者则是多普勒频率效应。）和阴影衰落，也就是常说的快衰落和慢衰落。无线信道的快衰落和慢衰落是根据发送信号与信道变化快慢程度来定义的。在同一个无线信道中，既存在快衰落，也存在慢衰落。一般而言，慢衰落表征接收信号在一定时间内的均值随传播距离和环境的变化而出现的缓慢变化。快衰落表征接收信号短时间内的快速波动。多径效应由多径传播引起的多径干扰，是指无线电波因传播路

28、径不同引起到达时间的不同而导致接收端码元的相互干扰。它可使所传输的数据信号幅度衰落，可能引起波形展宽，因而数据传输速率会受到限制。移动信道中多径的产生主要是因为庞大建筑物对信号的反射造成的。从移动台的角度看，就是相同的信号以不同的时间和方向到达移动台。多径信号不但显著地分散了信号的能量，使移动台接受到的信号能量仅是发射信号能量的一部分，并且因为多径信号到达移动台所传输的路径不同和到达的时间的不同，而造成相位的不同。这样多径信号之间就会产生相互抵消的效应，造成极其严重的衰落现象，使信号的信噪比严重下降，影响接受效果。 另外，如果是宽带通信，信号的频谱较宽，还会发生频率选择性衰落。这主要是因为针对

29、不同的多径情况，不同频率产生的衰落深度也不同，造成有的频率分量完全被多径抵消掉。在移动通信中，多径是不可避免的，尽管它严重干扰通信，但人们也可以对其加以利用。比如当移动台移动到大型建筑物后面，进入信号阴影区的时候，无线信号只能通过反射信号到达移动台，人们可借以这种反射波和/或绕射波来保证语音的连续性。在 GSM 和 CDMA移动通信中针对多径传输的技术措施分别是时域均衡和分集接收。阴影效应当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，在阻挡物的后面，会形成电波的阴影区。阴影区的信号场强较弱，移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落，称为阴影衰落。由于这种衰落的变化速率较慢，又称慢衰落。多普勒频移多普勒效应是当发射源与接收体之间存在相对运动时，接收体接收的发射源发射信息的频率与发射源发射信息频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。在移动通通信中，多普勒频移是指多径效应不仅可使发射信号的振幅发生变化，而且可使发射信号的频率结构发生变化，造成相位起伏不定，它导致数据信号的错误接收。 多普勒频移量可用下式计算： 多普勒频移=（移动速度/波长）COS（入射波与运动方向的夹角）移动通信抗干扰抗衰落技术邻频干扰邻频干扰。所谓邻频干