第三代移动通信系统原理与工程设计：IS-95 CDMA和cdma2000 英文版

　　全球移动通信市场正在急速扩展，目前全世界移动用户大约为2．5亿，而到21世纪初将达到10亿。码分多址（CDMA）是发展最快的数字无线技术，在1997到1998年间，全世界的CDMA用户数增至原来的3倍，目前已达到3000万，而且按照目前的增长速度，在千椿年能达到5000万。CDMA的主要市场在北美、拉丁美洲和亚洲（特别是韩国和日本）。总体上讲，全球有近50个国家采用CDMA技术。要说清楚CDMA取得成功的原因并不难。CDMA是一种先进的数字通信技术，它能够提供7到10倍于模拟技术、6倍于TDMA数字通信技术的容量。CDMA系统提供的话音质量远远优于其他任何数字蜂窝技术。在复杂的射频环境下，如稠密的都市地区和山区，这一特征表现得尤为明显。不管是初期投资还是长期运行，CDMA都给蜂窝运营者提供了最经济又有效的解决方案。经过18个月的市场开拓，个人通信业务（PC5）提供者已充分展示了CDMA技术在一些重要领域、实现低价位和高性能如话音质量、系统可靠性、手机电池寿命方面的市场威力。考虑到CDMA手机长寿命的电池和高性能的话音质量，CDMA业务提供者以分钟使用模式赢得市场时具有强大的优势。电信研究和行动中心（TRAC）在最近做的一个无线平台性能分析中发现，CDMA在各个方面，包括信号质量、安全性、功耗和可靠性方面都超过其他数字和模拟技术。虽然模拟技术使用得最早，但所有三种数字技术（GSM、IS—136TDMA和IS—95CDMA）在增强型业务的性能方面都超过了模拟技术。TRAC的研究表明，CDMA在信号安全性和话音质量上优于其他数字空中接口标准。根据TRAC的研究，对用户而言，CDMA有几个优点：低功率损耗使得CDMA手机的一块电池能够支持4小时通话时间和48小时待机时间；CDMA的软切换特性使得掉话现象比GSM和IS—136TDMA要少得多。对某些CDMA用户来说一个可能的缺点就是在漫游上有某些限制，但一些有蜂窝网络的PC5运营者支持双模手机在CDMA和模拟平台之间漫游。CDMA技术还在不断演进，为用户提供新的先进业务。利用CDMA电话来提供的移动数据速率正在提高，新的话音编译码器的话音质量接近有线通信系统。现在已经能够通过CD。MA终端接入因特网。CDMA业务提供者将进一步在其平台上开发增强业务。业界有许多关于第三代移动通信（3G）数据业务性能的讨论，未来PC5提供者能以高接入速率与有线业务提供者竞争。PCS业务提供者有望提供一系列的业务种类，例如因特网和企业网（intranet）接入、多媒体应用、高速商务处理、遥测等。CDMA网络为运营者提供了一个向3G移动系统平滑过渡的途径。IS—95B标准非常灵活，业务提供者可在1．25MHz的CDMA信道带宽内以8kbps的步长分配数据，如何分配取决于业务提供者如何配置已经安装在网络控制器中的软件。这意味着提供者能以实现比64kbps低很多的回程数据速率，确保手机功耗比64kbps全回程速率情况低。虽然GSM和IS。136TDMA运营者也在努力确保他们在数据业务方面不落后，但是CDUA似乎在通过现有基础设施提供更高速率方面有明显优势。对CDMA运营者而言，使用CDMA平台可能会增加固定无线业务特性是它的另一个优彦。因为CDMA扩展了频谱，可在移动通信基础之上提供固定业务。一些运营者正在开发能依据用户位置的不同而使手机在固定业务和移动业务之间转换的终端。通用手机在家时用作无绳电话，而出门在外则用作移动电话。通过向3G系统的演进打开了无线用户环路（WLL）之门，它可接入公共交换电话网（PSTN）和公用数据网（PDN），从而更方便地控制和应用网络资源。向3G系统演进还将为便利的全球漫游、业务便携性、基于地域的ID和计费，以及全球直接接入等业务的粉墨登场提供舞台。3G技术甚至有望支持无缝卫星网络互通。由于CDMA有这么多好处，一旦实施共用策略，运营者采用该平台显然有各种机会发展业务。问题是什么时候他们会慎重地考虑把这些新功能推向市场？最近提出、测试并评估了一种把CDMA空中接口与GSM网络组合的先进混合技术。GSM运营者在GSM网络扩容时采用IS-95CDMA无线接口代替TDMA无线接口，累计节省成本60％以上，因为这把CDMA的频谱效率和GSM所有特性，包括无缝漫游和网络业务结合了起来。GSM-CDMA技术为运营者实现了一种为多个市场经济地提供服务，以及在一个网络平台上提供不同业务的方式。除了作为一种既经济又有效的网络扩展方案，GSM-CDMA也为3G业务，包括高速数据、多媒体和移动／固定综合业务铺平了一条演进路径。如欧洲电信标准协会（ETSI）、日本无线工业事业联合会（ARIB）、美国电信业联合会（TIA）提交的建议所显示的那样，3G系统选择了CDMA。3Gcdma2000采用了基于IS-95B标准的CDMA空中接口，提供有线电路质量的话音业务和高速数据业务，速率范围从移动用户的144kbps到静止用户的2Mbps。非常重要的是，cdma2000是TIA递交的IMT-2000的核心建议，而且，对cdma2000的支持不局限于北美，韩国的运营者很有可能使用目前的CDMA技术提供类似3G的业务。今天的CDMA技术在10年之内达到114kbps的移动数据速率和超过1．5Mbps的固定峰值速率，且具有这些能力不会降低系统的话音传输质量，也不需要另外的频谱。这对大多数频谱受限的运营者有很大的影响，在一个1．25MHz的信道结构中容量翻倍，并获得1．5Mbps数据速率看起来非常有吸引力。本书是本书通过解释CDMA概念、系统容量、射频（RF）工程和CDMA网络等其他重要方面满足实际工程师和工程管理人员的需要。电信专业的学生也会发现本书对于他们投身于无线通信业的准备是非常有用的。书中采用了足够的数学运算，以使读者理解CDMA网络的工作，但尽量不用复杂的数学推导，以免使读者望而却步。本书适合从事CDMA蜂窝／PCS网络设计和运营的实际电信工程师，以及电子工程、电信工程和计算机工程专业的高年级学生和研究生使用，但要假设他们已有一些移动通信和CD—MA技术的基本概念。如果没有的话，上面提到的Grag，Smolik和Wilkes的书对读者会有所帮助，通过阅读该书的相关章节，从事CDMA网络管理，但又没有或有较少技术背景的电信管理人员能了解CDMA系统，以便继续阅读本书。本书可划分为4部分：第1章到第4章为理解后续章节打基础，第5章到第11章论述IS—95CDMA标准，第12到第13章阐述一个CDMA系统的设计，第14和第15章着重介绍了CDMA的数据应用，以及为满足国际电信联盟（ITU）的国际移动通信。2000（1MT—2000）规范，IS—95（2G系统）向cdma2000（3G系统）的演进。以下是对每章主题的概括。●第1章CDMA的主要特性和用于蜂窝／PCS系统的接入技术。●第2章扩频系统的不同类型，着重CDMA中使用的直接序列扩频技术（DSSS），并给出了一个计算CDMA系统性能的关系式。●第3章IS-95CDMA系统使用的语音编码和信道编码。●第4章用于提高系统信噪比（SNR）的分集接收概念、合并信号的不同合并方案、蜂窝电话业实际使用的一些天线。●第5章无线网络的功能实体和这些实体之间的TIA标准接口。国际电联（ITU）给无线系统增加智能网（IN）的活动。●第6章IS-95CDMA空中接口的深入描述，包括前向链路（基站到移动台）和反向链路（移动台到基站）的重要方面和信道的调制参数。●第7章用在IS-95CDMA前向和反向链路处理逻辑信道的调制方法，比特重复、块交织和信道编码；前向链路的导频、同步、寻呼和业务信道的信息处理、消息类型和消息成帧的详细情况；反向链路的接人和业务信道的类似内容。●第8章IS-95CDMA呼叫处理，即一个移动台（MS）获得一个业务信道的过程；空闲切换，开缝寻呼操作，CDMA登记和鉴权过程；CDMA呼叫始发、呼叫终止、呼叫释放和鉴权的整个呼叫流程。●第9章用于开发IS-95CDMA协议的分层概念；功能实体之间的标准化接口，主要是A接口和TIAIS-634定义的MSC—BS消息、消息排序、BS和MSC上的强制计时器。●第10章IS-95CDMA的切换策略；反向和前向链路的功率控制方案。●第11章识别一个MS的不同参数，包括国际移动台标识符（IMSI）、移动台号码（MDN）、电子序列号（ESN）和台站类别标识。重点是鉴权过程，包括MS登记的鉴权、MS始发、MS终止、MS数据子帧和临时移动台标识（TMSI）分配。也讨论了独特的查询响应过程。●第12章一个CDMA系统工程设计的基本原则，包括传播模型、链路预算、从模拟运行向CDMA运行的过渡、射频链路容量、设备工程、两个业务提供者边界上的临界小区、频率间的切换。●第13章计算一个CDMA系统的反向和前向链路容量的过程；为每个前向链路信道规划一个链路安全余量参数的过程。●第14章CDMA蜂窝／PCS系统支持的数据业务标准；TIAIS-99、TIAIS-637和TIAIS-657标准的最重要部分。描述了4种数据业务（例如，分组数据、非同步数据、传真和短消息），每一种的结构和这些业务支持的协议栈。●第15章cdma2000、IS-95向3G系统的演进。cdma2000无线传输技术（RTT）是一个宽带的、采用了COMA技术的SS射频接口，满足3G无线通信系统的要求。附录A是不同阻塞概率和信道数下的话务量表。附录B是本书引用的，也是业界常用的缩略语。附录C所列是参考文献，除了作者在书中引用的那些内容，这些文献还为感兴趣的读者进一步了解数字无线技术提供了丰富的背景知识。建议那些对IS—95标准感兴趣但没有太多数字通信知识的读者阅读第1章—第11章。熟谙数字通信的读者可跳过第1章—第4章。建议那些从事CDMA系统设计的读者阅读第1、2、4—10、12和13章，工程管理人员从第1和5—12章中就可获得足够的有关IS—95CDMA的知识。第1—8、10—12、13和15章可作为一个学期的“IS—95及其向cdma2000的演进”的研究生课程。在此感谢许许多多为本书准备资料的人们，BernardGoodwin的鼓励是写这本书的动力，Vi，giniaTech的TedRappaport教授把此书列入了他的新系列丛书之中。还要感谢朋友们提出的许多有益建议。最后，感谢我的妻子Pushpa，Garg以及BooksCraft公司的同事们在此书写作过程中给予的帮助。谨以此书献给我可爱的孙子们：AdamDorr，RenuDorr，MonicaTaneja，NevinTaneja．

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