移动通信相关介绍

自20世纪70年代末第一代模拟移动通信系统问世以来，移动通信产业以惊人的速度迅猛发展，成为推动全球经济发展的主要高科技产业之一，对人类生活和社会发展产生了巨大影响。其中，CDMA移动通信技术以其容量大、频谱利用率高、保密性强、环保等诸多优势，显示出强大的生命力，引起了广泛关注，成为第三代移动通信的核心技术。作为一种多址技术，CDMA(码分多址)已经出现。起初只是在抗干扰和安全性能上引起人们的注意，用于军用抗干扰系统。1989年，美国高通公司首先提出了CDMA蜂窝移动通信系统的设想。

实际上，CDMA蜂窝移动通信技术包括两种基本技术，即CDMA技术和扩频通信技术。所谓扩频，简单来说就是通过某种技术对信号进行频谱扩展。在工程中，通常采用直接序列对信号进行扩频，即采用一种高速码序列码对低速原始数据信息进行调制。与频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)一样，码分多址(CDMA)是一种多址技术。

CDMA系统中的每个信号被分配一个正交序列或PN(伪噪声)序列作为扩展序列来扩展它，并且不同信号的能量被分配给不同的正交序列或PN序列。在接收机处，通过使用相关器，只有选择的正交序列或PN序列被接受，并且其频谱被压缩。任何不符合用户正交序列的信号都不会被压缩，只能提取指定的信号。

我们将CDMA与FDMA和TDMA进行比较。FDMA采用调频多址技术，将不同频段的业务信道分配给不同的用户。TDMA是一种时分多址技术，业务信道在不同的时间分配给不同的用户。CDMA采用扩频码分多址技术，所有用户在同一时间、同一频段获得服务信道，但根据不同的码。在技术实现上，就是用不同的码型对不同的用户进行调制解调。1.系统容量大。在CDMA系统中，所有用户共享一个无线信道。当一些用户不说话时，信道中的所有其他用户将受益于减少的干扰。CDMA数字移动通信系统的容量理论上比模拟网大20倍，实际上比模拟网大10倍，比GSM大4 ~ 5倍。

2.良好的沟通质量。CDMA系统采用自适应门限技术确定声码器速率，高性能纠错编码，软切换技术和分集接收技术抗多径衰落，可以提供TDMA系统无法比拟的极高通信质量。

3.高频段利用率。CDMA是一种扩频通信技术。虽然扩频通信系统抗干扰性能的提高是以占用带宽为代价的，但CDMA允许单个频段在整个系统区域内复用，使得多个用户共享这个频段同时通话，大大提高了频段利用率。这种扩频CDMA方式虽然占用了很宽的频带，但是按照每个用户占用的平均频带来看，其频带利用率是很高的。

4.适用于多媒体通信系统。CDMA系统可以方便地使用多信道模式和多帧模式传输不同速率要求的多媒体业务信息。处理方式和合成方式比TDMA方式和FDMA方式更加灵活和简单，有利于多媒体通信系统的应用。

5.移动电话发射功率低。CDMA系统通过功率控制，使CDMA手机尽可能降低发射功率，以减少干扰，提高网络容量。

6.灵活的频率规划。用户用不同的码序列区分，扇区用不同的导频码区分，相邻小区可以使用同一个CDMA载波，因此CDMA网络的频率规划灵活，易于扩展。1.电源控制技术

功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一种自干扰系统，所有移动用户占用相同的带宽和频率，因此需要某种机制使每个移动台的信号到达基站的功率基本处于同一水平，否则靠近基站的移动台发射的信号很容易压倒远离基站的其他移动台的信号，产生所谓的“远近效应”。CDMA功率控制的目的是克服“远近效应”，使系统既能保持高质量的通信，又能减少对其他用户的干扰。功率控制可分为前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制可分为仅移动台参与的开环功率控制和移动台和基站同时参与的闭环功率控制。

(l)反向开环功率控制。移动台根据小区中接收功率的变化调整移动台的发射功率，使得移动台发送的所有信号在基站时具有相同的功率。主要是为了补偿阴影、转弯等效果。

(2)反向闭环功率控制。闭环功率控制的设计目标是使基站快速修正移动台的开环功率估计，从而保持移动台的最佳发射功率。

(3)正向功率控制。在前向功率控制中，基站根据移动台提供的测量结果调整每个移动台的发射功率，目的是将较小的前向链路功率分配给路径衰落小的移动台，将较大的前向链路功率分配给远离基站且误码率高的移动台。

2.代码技术

PN码的选择直接影响CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度。CDMA信道是用PN码来区分的，因此要求PN码具有良好的自相关性、弱的互相关性、简单的实现和编码方案。CDMA系统使用基本的PN序列-M序列作为地址码。基站识别码采用周期为215-1的M序列(称为短码)，用户识别码采用周期为242-1m的序列(称为长码)。

3.瑞克接收技术

移动通信信道是一种多径衰落信道。RAKE接收技术是分别接收各个通道的信号，进行解调，然后将输出相加，达到增强接收效果的目的。这里，多径信号在CDMA系统中不仅是一个缺点，也是一个可用的优点。通常，RAKE接收机由三个模块组成:搜索器、耙指和合并器。通常，CDMA基站中的RAKE接收机有四个解调器，移动站有三个解调器。

4.软切换技术

移动台从基站A的覆盖区域行进到基站B的覆盖区域，在基站A和基站B的边缘，移动台首先与基站B建立连接，然后断开与基站A的原有连接，这种技术称为软切换。CDMA系统工作在相同的频率和带宽上，因此软切换技术比TDMA系统更方便、更容易实现。

5.语音编码技术

CDMA系统使用一个自适应阈值来确定声码器的速率，使得声码器的数据速率可以根据背景噪声电平的变化而变化。这些阈值的使用抑制了背景噪声，因此它也可以在噪声环境中提供清晰的语音。CDMA2000系统中使用的语音编码技术有CELP(码激励线性预测)、QCEP8K/13K(QualcommCELP)、EVRC(EVRC(enhancevariableratecoder)等。作为第三代移动通信技术的主要代表，CDMA2000是美国向ITU-T提交的第三代移动通信空中接口标准的建议，它是由CDMAIS-95标准演进而来的。

CDMAOne是基于IS-95标准的各个CDMA厂商和不同运营商网络的产品的总称，也是CDG的一个品牌。IS-95标准发布于1993年7月，是CDMAOne系列中的第一个标准，但第一个真正在国际上应用的CDMA标准是1995年5月TIA(电信工业协会)正式颁布的窄带CDMA标准IS-95A。IS-95A是CDMAOne的第二个标准，工作在800MHz，兼容模拟和CDMA通信系统。在IS-95A的基础上，分别公布了支持13K语音编码的TSB-74文件、支持1900MHz CDMAPCS系统的STD-008标准和支持64Kbps数据业务的IS-95B标准。

然而，CDMAOne系统最多只能提供64Kbps的数据业务，无法满足人们对多媒体通信的需求。为了进一步提高数据传输速率和系统容量，3GPP2标准化组织制定并发布了IS-2000，即CDMA2000标准。CDMA2000技术体系研究前期，提出了1x、3x的发展策略。如果系统独立使用带宽为1.25MHz的载频，称为1x系统；如果系统同时使用三个载波频率，则称为3x系统。但后续研究表明，1x和1x增强技术代表了未来的发展方向。都是1x。在CDMA2000的发展过程中，出现了1xEV-DO和1xEV-DV两个技术分支，两种技术都能满足ITU对第三代移动通信系统的要求(如最高数据传输速率达到2Mbps)。

CDMA20001xEV-DO标准源于1997年高通公司向CDG提出的高速率(HDR)技术。经过不断改进，高通于2000年3月以CDMA20001xEV-DO的名义向3GPP2提交了正式的技术建议书。“EV”是Evolution的缩写，而“DO”是“DataOnly”或“DataOptimized”的缩写。EV-DO表示，该技术是CDMA20001x在提供数据服务方面的演进和增强。5438年6月+2000年10月，3GPP2以1xEV-DO通过了空中接口标准CDMA 2000高地分组数据接口规范(简称HRPD)。到目前为止，3GPP2已经完成了1xEV-DO(或HRPD)两个版本的空口标准，Rev0和RevA。由于1xEV-DO采用独立载频承载数据业务，终端只能通过双模互通实现语音业务和数据业务。

CDMA20001x开发了五个版本，如CDMA2000Release0、CDMA 2000 Release EA、CDMA 2000 Release EB、CDMA 2000 Release EC和CDMA2000ReleaseD，其中Release0是商用最多的版本。一些运营商引入了ReleaseA的一些特性，ReleaseB作为中间版本被跨越。1xEV-DV对应CDMA 2000发布的EC和CDMA 2000发布的。

其实1xEV-DV离真正商用还有一段距离。业内普遍认为，1xEV-DO能够为无线高速数据及其应用提供良好的支持，能够在1xEV-DO的ReleaseA版本上保证高效的QoS，并在此基础上提供VOIP等实时业务。相比之下，1xEV-DV并没有明显的技术优势。同时，由于1xEV-DV的标准比1xEV-DO更复杂，在技术实现和开发进度上明显落后于1xEV-DO。考虑到以上两个原因，全球越来越多的主流CDMA2000运营商对1xEV-DV的需求明显降低，纷纷选择1xEV-DO。因此，1xEV-DO成为CDMA2000更现实的演进技术。CDMA2000移动网络由三部分组成:移动终端(UE)、无线接入网(AN)和核心网(CN)。

1.移动终端

移动终端是用户接入移动网络的设备。

2.无线接入网络

无线接入网络使得移动终端能够接入移动网络。主要逻辑实体包括1x基站(1xBTS)、1x基站控制器(1xBSC)、HRPD基站(HRPDBTS)、HRPDBSC、接入网认证、授权和计费服务器(AN-AAA)等。

(1)1x基站:采用CDMA20001x空中接口技术，提供无线信息收发功能。

(2)1x基站控制器:管理多个1x基站，为语音和数据业务提供资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。

(3)HRPD基站:采用HRPD空中接口技术，提供无线信息收发功能。

(4)HRPD基站控制器:管理多个HRPD基站。

(5)接入网认证、授权和计费服务器:提供接入网层面的接入认证功能。

(6)分组控制功能:配合1x基站控制器或HRPD基站控制器，提供分组数据相关的无线信道控制功能。

3.核心网

核心网负责基本电路和分组业务的移动性管理、会话管理、认证、提供、管理和维护，包括核心网电路域和核心网分组域。

(1)核心网电路域

核心网电路域分为两种，即TDM电路域和软交换电路域。在实际组网中，核心网可以采用这两种电路域中的一种，但软交换电路域是网络演进的方向。如果有必要使用软交换电路域对以前是TDM电路域的核心网进行升级，可以在一开始就建立一个新的软交换电路域，两个电路域可以同时工作。

TDM电路域采用ANSI41标准，其主要逻辑实体包括移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)和认证中心(AC)。

1)移动交换中心:为辖区内的移动终端提供呼叫控制、移动性管理、电路交换等功能。

2)拜访位置寄存器:存储呼叫处理相关数据的数据库，用于完成呼叫连接。

3)归属位置寄存器:用于管理移动用户信息的数据库，包括用户标识信息、订购服务信息和用户的当前位置信息。

4)认证中心:生成认证参数，对用户进行认证。

软交换电路域采用控制与承载分离的网络架构。控制平面负责呼叫控制和相应业务处理信息的传输，承载平面负责各种媒体资源的转换。主要网元包括移动软交换(MSCe)和媒体网关(MGW)。

1)移动软交换:提供呼叫控制和移动性管理功能。

2)媒体网关:提供媒体控制功能。

(2)核心网分组域

核心网分组域的主要逻辑实体包括分组数据服务节点(PDSN)、认证授权和计费服务器(AAA)、归属代理(HA)、外地代理(FA)、域名服务器(DNS)和L2TP网络服务器(LNS)。

1)分组数据业务节点:为用户提供分组数据业务，具体功能包括管理用户通信状态和转发用户数据。

2)认证、授权和计费服务器:提供管理用户权限、开放服务、认证信息和计费信息的功能。

3)归属代理:提供移动IP地址分配、路由和数据加密。

4)外地代理:提供移动IP注册、反向隧道协商和数据包转发。

5)域名服务器:提供CDMA移动网络中分组域设备的域名解析功能。

6)L2TP网络服务器:为国际漫游用户提供L2TP承载建立、用户IP地址分配和计费信息传递。由于空中接口采用了前向快速功率控制、反向相干导频、Turbo码、动态信道分配和发射分集等新技术，进一步提高了CDMA20001x系统的容量和数据速率。以系统实现的Rev0和RevA的技术版本为例。前者为用户提供最高正向速率153.6Kbps，最高反向速率76.8Kbps。后者正向速率307.2Kbps，反向速率153.6Kbps，对高速分组数据业务的支持是CDMA20001x技术的最大亮点。因此，系统在物理层引入补充信道，在网络侧增加两个重要设备:分组控制功能(PCF)和分组数据服务节点(PDSN)。前者主要提供基站与PDSN之间的PPP帧传输，是无线链路协议(RLP)连接的终结点，后者是点对点协议(PPP)连接的终结点，为IP包提供路由功能。

随着互联网和信息技术的快速发展，市场对无线数据业务的需求越来越大，数据业务正朝着多样化、大容量和不对称的方向发展。虽然CDMA20001x的数据速率高于IS-95，但仍不能满足数据业务的需求。CDMA20001xEV-DO技术的出现进一步提高了系统的数据速率。

1的设计思路。CDMA 20001xev-do技术

数据和语音服务具有不同的特征。数据业务的实时性低于语音业务，但对误码率的要求高于语音业务。一般来说，前向数据业务的速率要求比反向高几倍，而语音业务是前向和反向对称的业务。因此，如在CDMA20001x系统中，通过扩频码复用数据服务和语音服务以及通过快速功率控制共享基站的传输功率和频率资源对于高速数据服务来说是低效的。

CDMA20001xEV-DO的基本思想是数据和语音业务承载在两个独立的载波上，即CDMA20001xEV-DO系统以独立的载频提供高速分组数据业务，而传统的语音业务和中低速数据业务承载在CDMA20001x系统上。与传统的CDMA20001x系统采用闭环功率控制技术抵消信道衰落影响的方法不同，1xEV-DO借助新的帧结构和更短的时隙，始终以最大的功率服务于传输速率最高(即信道条件最好)的终端，从而将对抗信道衰落的斗争转变为充分利用信道衰落，提高系统的整体数据吞吐量。

CDMA20001xEV-DO系统最初是为非实时、非对称高速分组数据服务而设计的。1xEV-DO作为无线接入互联网的手段，主要提供网页浏览、文件下载等传统互联网服务。，其具有大量的前向数据和低延迟的要求，但是没有考虑满足实时业务的需求。所以在设计1xEV-DO系统时，主要是对前向链路进行了改进，而反向链路的优化相对较少。1xEV-DO前向链路采样了一些关键技术，如时分复用(而不是码分复用)、自适应调整编码(AMC)、混合自动重复请求(HARQ)、多用户调度、功率分配和虚拟软切换。反向链路上，原来的Rev0版本只增加了一个速率控制机制来配合正向，基本沿用了CDMA20001x技术，只使用连续导频来提高解调性能。从网络应用结果来看，系统设计达到了预期目的。以传输速率为例，Rev0版本在单扇区系统满负荷的情况下，可以提供平均600Kbps的上网速率，与有线网络(如ADSL)基本持平。

2.2的发展。CDMA20001xEV-DO-DO技术

3GPP2发布了两个版本的1xEV-DO技术，分别是Rev0和RevA。

(1)CDMA 20001 xev-dorev 0

1xEV-DO的核心思想是动态控制数据速率而不是功率，使每个用户都能以尽可能高的速率通信，基站始终以最高的功率发送信号，使处于有利位置的终端获得更高的传输速率。前向链路使用可变时隙进行时分复用，并采用自适应调制和编码(AMC)、动态信道评估和混合自动重复请求(HARQ)等机制。前向峰值速率从CDMA20001x的153.6Kbps提升到2.4Mbps，频谱效率提升到1.92b/s/Hz。

1xEV-DO采用虚拟软切换机制forward，移动台任何时候只接受一个基站的数据。根据实时动态数据控制(DRC)信息，基站可以快速地相互切换。同时，基站测量载波干扰比(C/I ),并在DRC信道中向移动台指示最佳基站。移动站连续测量导频强度，并不断请求与当前信道条件一致的数据速率。基站根据移动台当时能够支持的最大速率进行编码，并在用户需求变化和信道条件变化时动态确定最优的数据速率。在反方向，1xEV-DO仍然采用与IS-95和CDMA2000相同的软切换技术。

1xEV-DO空中接口协议设计简单灵活。协议栈模型按照功能分为七层，对应不同的功能。上下楼层之间没有严格的承重关系，相互独立，便于维护。各层协议可以由终端和网络根据终端和网络的配置以及不同类型的承载业务共同协商配置。在1xEV-DO空中接口1xev-do第七层协议之上运行TCP/IP协议，为各种数据业务应用提供了统一的技术平台。

然而，1xEV-DORev0是一种非对称的无线数据业务，在满足用户的各种新业务方面存在一些缺点:

1)正反向服务能力不平衡。1xEV-DORev0的前向链路峰值速率达到2.4Mbps，而反向链路峰值速率只有153.6Kbps，这种前向和反向链路的不对称性限制了对称数据业务的发展；

2)对QoS的支持不能满足业务多样性的要求。1xEV-DORev0系统对服务质量基本采用BestEffort机制，无法为以可视电话为代表的实时数据业务提供足够的QoS技术保障机制。

3)数据和语音业务的并发。1xEV-DORev0设计为数据模式接入互联网，与电路域无关，导致1xEV-DO系统很难接收到电路域关于语音的呼叫信息。解决方案是双模终端，在使用1x网络的同时周期性的监听1x网络的寻呼信息，增加了终端的电池消耗，也影响了1xEV-DO数据业务的使用。

4)不支持共享广播频道。1xEV-DORev0空中接口没有定义高速广播业务信道，只能由多个单播信道完成，造成了无线资源的浪费。

(2)CDMA20001xEV-DORevA

1xEV-DORevA是1xEV-DORev0的增强技术，通过一系列技术手段，尤其是反向链路物理层的HARQ技术，大大改善了数据业务的传输时延。前向链路支持的峰值速率也提高到3.1Mbps，反向链路支持的峰值速率为1.8Mbps。

针对1xEV-DORev0的不足，3GPP2在1 xev-dorev 0中提出了以下相应的改进方案。

1)提高了系统反向链路的数据吞吐量。反向链路峰值速率达到1.8 Mbps；

2)改进了系统的前向链路。前向链路增加了对较高数据传输速率(3.1Mbps)和较低数据传输速率(4.8Kbps)支持，大大提高了空中接口的数据封装效率和用户信道条件较好时的瞬时吞吐率；

3)增强了对QoS的支持。该系统在物理层、MAC层和更高层进行了改进。前向链路增加了对较小数据包的支持，使用延迟敏感包传输，可以多用户同时发送，减少等待时间；反向链路采用子分组传输降低平均传输时延，MAC层采用T2P(Traffic-to-Pilot)技术有效降低时延敏感业务的时延和抖动。增加反向DSC通道，提高切换速度；

4)完善CDMA20001x和1xEV-DO系统之间的双模操作。为了获得电路域的信息，可以方便地在1xEV-DO系统和CDMA20001x的电路域之间建立连接。1xEV-DORevA改变了网络侧，使1xEV-DOAN(接入网)可以支持CDMA 2001x系统互操作的A1。因此，RevA空口的应用层增加了CSSNP(电路交换业务通知协议)协议，将电路域消息封装成特定的数据包，通过1xEV-DO空口定义的隧道协议传输给双模终端。

(3)1 xev-do的技术特点

与IS-95/CDMA20001x技术相比，1xEV-DO除了在空中接口上具有上述特点外，在射频参数、技术实现和组网上还具有以下特点。

1)射频参数。1xEV-DO和IS-95/CDMA20001x具有相同的射频特性、芯片速率、功率要求和覆盖区域，从而最大限度地保护运营商的现有投资，使网络在升级1xEV-DO时能够直接使用现有的IS-95/CDMA20001x RF。事实上，大多数厂商都支持升级1x设备来实现HRPDBTS和HRPDBSC的功能。

2)技术实现。1xEV-DO在功率控制、软切换、接入过程和编码方面与IS-95/CDMA20001x具有相同的技术，使得设备制造商可以利用IS-95/CDMA20001x的成熟经验，方便地开发1xEV-DO产品。

3)联网。1xEV-DO组网灵活。对于只需要分组数据业务的用户，可以单独组网；对于同时需要语音和数据业务的用户，可以结合IS-95/CDMA20001x，同时提供语音和高速分组数据业务。此外，对于同时支持CDMA20001x和1xEV-DO的双模终端，1xEV-DO技术还提供了两种系统之间的切换机制。