（电磁场与微波技术专业论文）cdma蜂窝系统中呼叫接纳控制问题的研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 红融虚。 日期：2 赶：；： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：! 匦丘 日期： 2 2 1 ，i ， 导师签名： + 毒压碜毛一 日期：倒：量= ! ! 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 第l 砸( 共6 4 页) c d m a 蜂窝系统中呼叫接纳控制问题的研究 摘要 随着通信技术的迅猛发展，无线通信网络也从2 gf d m a t d m a 时代进入到以c d m a 扩频通信为基础的3 g 时代。3 g 业务的多样性、 q o s 要求的严格性以及无线资源的稀缺性等一系列因素，使无线资源 管理技术成为3 g 中一个菲常重要的研究课题。呼叫接纳控制技术是 c d m a 蜂窝通信系统无线资源管理的重要功能实体。为了保护当负 荷增加时小区的覆盖范围和系统稳定性，必须通过接纳控制限制干 扰，获得高系统容量，维护系统稳定性。 论文首先介绍了研究的背景和目标，描述了研究的内容。第二章 接着介绍了c d m a 通信系统的发展和基本概念，描述了c d m a 技术 相对f d m a 、t d m a 技术具有的特点，对主要的关键技术做了简单 的介绍。第三章介绍了无线资源管理技术的概念和主要的几种技术： 功率控制、接纳控制、负载控制和分组调度。 接下来第四、五两章是论文的重点，关于呼叫接纳控制技术的研 究。呼叫接纳控制c a c 是无线资源管理中的重要组成部分。c d m a 蜂窝系统为干扰受限系统，具有“小区呼吸”现象。为了保护当负荷 增加时小区覆盖范围和系统的稳定性，必须通过接纳控制限制干扰， 获得高系统容量( 低阻塞率) ，维护系统稳定性( 低掉话率) 。c a c 的 控制目标包含两个方面：一要满足用户q o s 要求；二要最大限度利 用通信系统资源。分析了已有的c d m a 系统中的c a c 算法，讨论了 各种算法适用的条件和比较了各种算法的性能。描述目前呼叫接纳控 制的研究热点和展望了该技术未来的发展趋势。 第五章提出了一种在3 gw c d m a 系统下自适应的动态呼叫接纳 技术。借鉴了以前静态c a c 的思想，将动态c a c 与动态资源预留技 术结合起来，提出了全新的基于i g m 干扰保护带的资源管理方法。 该方法利用负载曲线理论估算由用户接入引起的系统干扰增量，采用 i g m 对不同优先级用户区别处理，在动态c a c 算法的配合下，实现 了在w c d m a 系统综合业务模型中的动态资源管理策略。最后仿真 验证了采用动态i g m 方法的策略要优于非优先级的策略。 北京邮屯大学硕= l 研究生毕业论文 第2 页( 共6 4 页】 关键词c d m a 无线资源管理呼叫接纳控制i g m 资源预留 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文第3 页( 共6 4 页) r e s e a r c h e si nc a l la d m i s s i o nc o n t r o l s c h e m e si nc d m ac e l l u l a rs y s t e m s a b s t r a c t a st h ef a s t d e v e l o p m e n t i nc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g i e s ，e s p e c i a l l y m o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ，w e a r ee n t e r i n gt h e3 gt i m e sw h i c hi sb a s e d0 nt h ec d m a s p e c t r u m s p r e a d i n gt e c h n o l o g y ，w h i l et h ef d m 刖t d m a i st h em a i nt e c h n o l o g ya d o p t e di n 2 g b e c a u s et h e r ea r em a n yp r o b l e m sa b o u tt h eh e t e r o g e n e o u st r a f f i ci n3 g ，t h e s t r i c tr e q u i r e m e n ti nq o sa n dt h el a c ko fr a d i or e s o u r c e s ，r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t i sav e r yi m p o r t a n tr e s e a r c hi n3 gs y s t e m c a l la d m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yi sa i m p o r t a n t f u n c t i o n e n t i t y f o rr a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n t i nc d m ac e l l u l a r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m f i r s t l y , t h eb a c k g r o u n da n do b j e c to f o k rr e s e a r c hi si n t r o d u c e da n dt h er e s e a r c h c o n t e n ti sa l s op r e s e n t e di nc h a p t e r1 t h e nt h eh i s t o r yo fc d m a c o m m u n i c a t i o n s y s t e md e v e l o p m e n ta n dt h eb a s i sc o n c e p to fc d m a t e c h n o l o g yi s i n t r o d u c e di n c h a p t e r2 t h ek e yt e c h n o l o g i e si nc d m a ，w h i c h i sn o ta p p l i e di nt d m a f d m a s y s t e m s ，a r eb r i e f l yp r e s e n t e d i nc h a p t e r 3 ，t h ec o n c e p t o fr a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n t 承r m ) a n d t h ek e y t e c h n o l o g i e si nr r m a r ei n t r o d u c e d ：p o w e rc o n t r o l ， a d m i s s i o nc o n t r 0 1 1 0 a dc o n t r 0 1a n dp a c k e ts c h e d u l i n g c h a p t e r 4a n dc h a p t e r5a r e t h ee m p h a s i so f t h et o t a lp a p e r ，w h i c hi st h ea n a l y s i s f o rc a l la d m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g i e s c a ci s av e r yi m p o r t a n tp a r to fr r m c d m ac e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi s a l li n t e r f e r e n c e - l i m i t e ds y s t e m t h e r ei s s o c a l l e d b r e a t h i n ge f f e c t ”i nc d m a c e l l u l a rs y s t e m 。f o rk e e p i n gt h eo v e r l a yo f b a s es t a t i o n sa n dt h es y s t e ms t a b i l i t y , c a l la d m i s s i o nc o n t r o lm u s tb ea d o p t e dt ol i m i t t h ei n t e r f e r e n c ea n da c h i e v eh i g hc a p a c i t y ( 1 0 wc a l lb l o c k i n gr a t e s ) a n ds t a b i l i t y ( 1 0 w c a l id r o p p i n gr a t e s ) t h e r ea r et w oe l e m e n t si nt h eo b j e c to fc a c ：g u a r a n t e e i n gt h e 3 北京邮电大学硕士1 i j | = 究生毕业论文第4 页( 共“页) u s e r sq o sa n d t a k i n gt h e m o s t a d v a n t a g eo f t h er e s o u r c e so f c o m m u n i e a t i o n s y s t e m t h e n ，s e v e r a lc a ca l g o r i t h m se x i s t e di nc d m a s y s t e ma l ea n a l y z e d ，a p p l i c a b l e c o n d i t i o n sa n dp e r f o r m a n c eo ft h e s e a l g o r r h m s a r ed i s c u s s e d ，t h e h o t s p o t o f c u r r e n tr e s e a r c hi nc a ca n dt h ef u t u r eo fc a c t e c h n o l o g ya r ed e s c r i b e d ， a 1a d a p t i v ed y n a m i cc a l la d m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yi sp r e s e n t e d i nc h a p t e r5 i tr e f e r e n c e st h ep r i n c i r l eo fs t a t i cc a c a l g o r i t h m s ，c o m b i n e sw i t hd y n a m i cr e s o u r c e r e s e r v a t i o nt e c h n o l o g y , a n d p r e s e n t sa n e wi g m b a s e dr e s o u r c em a n a g e m e n ts c h e m e i n3 gw c d m a s y s t e m t h i ss c h e m e u s e sl o a dc u r v e t h e o r y t 0e s t i m a t et h e i n t e r f e r e n c ei n c r e a s ei n l x o d u c e db ym o b i l ea s e r sa c c e s s i n g w i t ht h eh e l po f d y n a m i c c a c ，t h i ss c h e m ec a l ld i s t i n c t i v e l yd e a l sw i t hd i f f e r e n tp r i o r i t ys u b s c r i b e ra n d r e a l i z e s d y n a m i cr e s o u r c em a n a g e m e n ts c h e m e i n i n t e g r a t e d t r a f f i cm o d e lf o r w c d m a s y s t e m s a tl a s t ，c o m p u t e r s i m u l a t i o n sw e r ec o n d u c t e dt o p r o v e t h a t d y n a m i ci g ms c h e m ei s s u p e r i o r t o n o n - p r i o r i t y s c h e m ei n i m p r o v i n gs y s t e m p e r f o r m a n c e k e y w o l i d s ：c d m a ，r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ， i n t e r f e r e n c eg u a r d m a r g i n ( i g m ) ，r e s o h r c e r e s e r v a t i o n 4 北京咖j 电大学硕士研究生毕业论文 第5 页( 共6 4 页) 1 1 研究的背景 第1 章绪论 1 9 4 9 年，c l a u d es h a n n o n 等人首次给出了c d m a 框架，1 9 5 6 年，p r i c e 和 g r e e n 提出r a k e 接收机的概念，1 9 7 8 年c o o p e r 等人给出在蜂窝移动通信系 统中采用c d m a 的建议。可以说c d m a 技术由来已久，但c d m a 或者确切 地说扩频技术除了应用在军事领域外，还找不到更好的应用。 上个世纪8 0 年代可以说是移动通信发展的重要时期，因为这个时候几乎 同时萌芽了两种重要的移动通信体制一种是t d m a 体制，另一种是c d m a 体 制。1 9 8 7 年，欧洲确立了下一代移动通信体制将以t d m a 技术为主，谈到 c d m a 时则认为是几乎无法实现的体制，国内的技术评论和分析也大致给出了 相似的结论，t d m a 的研究开发热情最终导致一个几乎被全球接收的g s m 和 其它类似系统如d a m p s 和p d c 。而几乎与此同时，美国的q u a l c o r n m 公司则 坚定地研究c d m a 技术，在当时力量显得非常微弱，1 9 8 9 年q u a l c o m m 进行了 首次c d m a 试验，并在以后的年份验证了两项c d m a 关键技术功率控制和软切换， 随后通过网络运营说明c d m a 的可行性。9 0 年代中后期c d m a 研究、开发热潮正 式来临，就连老牌的t d m a 设备制造商e r i c s s o n 也在3 g 中支持c d m a 技术， n o k i a 很早就在积蓄c d m a 力量，因此出现这样的局面，在3 g 标准化进程中 c d m a 成了主流技术，差异无非是各种c d m a 技术基础之上的变形如 m c c d m a 、d s c d m a 、t d s c d m a 和t d c d m a 等。 很容易提出这样的问题，为什么几乎同时萌芽的技术，t d m a 早已成熟并得 到大规模商用，而c d m a 则后来才受到重视。单就技术原因来看，c d m a 是 更为复杂的技术，如果没有功率控制等无线资源管理技术的支持，c d m a 的性 能比t d m a 更差，q u a l c o m m 公司的主要贡献正在于证实了c d m a 系统无线资 源管理的可能性。c d m a 研究和开发热潮的到来说明了c d m a 正在趋于成熟， 国内有不少厂家已经掌握了t d m a 技术，但对于c d m a 还需要更多的努力， 尤其是在c d m a 的无线资源管理技术上。 呼叫接纳控制c a c 是无线资源管理中的重要组成部分。第二代移动通信 主要提供语音业务，他们的数据处理能力非常有限，这使得它的c a c 算法相 对比较容易。而随着多媒体业务和w w w 业务量的不断增加，面临着发展第三 代移动通信的需要。第三代移动通信系统能提供高数据速率的服务用以传输高 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 第6 页( 共6 4 页1 质量的图像和视频信息，还可以提供高速接入i n t e m e t 服务。正因为第三代移 动通信所能提供的业务多，而各业务之间的传输速率和q o s 不同，使得它的 c a c 变得复杂。随着用户的大量增加和业务的不断拓展，呼叫接纳控制仍然是 比较迫切的课题，而由于c d m a 系统软容量等固有特性也加大了c a c 的复杂 度。本文的工作就是在这种研究背景下提出一种适合3 g 业务特性的动态c a c 算法，并验证了它的有效性。 1 2 论文研究的目标和内容 c d m a 无线资源管理技术是c d m a 蜂窝移动通信系统保证业务质量q o s 和提高频谱利用率的关键技术，主要包含：功率控制技术、呼叫接纳控制技术、 分组调度技术等。而当一个用户要进入通信系统时，基站首先就要调用接纳控 制算法以决定是否阻塞该呼叫。论文的目的就是在吸取的静态c a c 算法思想 的基础上提出动态的c a c 算法，并且结合资源预留机制，更好的预测资源保 留的量和提高业务的q o s 水平。 针对研究的目标，论文主要做了以下几个方面的工作： 对无线资源管理问题中的呼叫接纳控制技术做了全面的调查：包括呼 叫接纳控制算法的分类：呼叫接纳控制算法的判决准则和不仅仅适用 于无线通信系统更是具有普遍意义的呼叫接纳控制算法。 对c d m a 通信系统中已有的呼叫接纳控制技术做了全面深入的研究：在 c d m a 无线通信系统的特殊环境下，各种c a c 算法的适用条件和算法性 能；各种c a c 算法的基本原理和算法改进的系统目标性能；各种c a c 算法的优缺点；提出未来的c a c 算法需要解决的问题和发展方向。 针对3 gw c d m a 的多业务类型的系统提出了一个动态的资源管理机制和 速率自适应的动态呼叫接纳控制：利用负载曲线对系统负载进行估算； 提出动态c a c 算法；建立系统业务模型并进行计算机仿真，验证了该 算法的有效性。 1 3 论文的结构 本论文内容基本按照工作内容进行组织： 论文共分为六个部分，第二章主要对c d m a 系统做了全面介绍，重点介绍 了c d m a 通信系统的特点和相对t d m a 、f d m a 通信系统所特有的技术。 由于呼叫接纳控制算法属于c d m a 通信系统中无线资源管理问题的范畴， 因此在第三章介绍了无线通信系统中资源管理的基本知识，重点对无线资源管理 北京邮也大学硕土研究生毕业论立 第7 页( 共6 4 孤1 中的功率控制、呼叫接纳控制、负荷控制和分组调度技术做了详细介绍。 第四章和第五章是论文的核心，在第四章讨论了几种已经提出的c d m a 系 统中的呼叫接纳控制算法，比较了它们各自的适用条件和算法性能，确定了我们 将研究的算法。 第五章是在对已有的c d m a 系统c a c 算法研究的基础上，提出了一个在 3 gw c d m a 系统中有效的资源管理方法，利用负载趋线估算干扰保护带结合动 态呼叫接纳控制的算法。 文章最后总结了本文成果和不足，及面临的主要问题和困难，并对今后工作 进行了展望。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文第8 页( 共6 4 页) 第2 章c d l d a 通信系统概述 2 1c d m a 的发展历程 2 1 1c d m a 的发展背景 c d m a 技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用，1 9 8 9 年1 1 月， q u a l c o m m 在美国的现场试验证明c d m a 用于蜂窝移动通信的容量大，并经理 论推导其为a m p s 容量的2 0 倍。这一振奋人心的结果很快使c d m a 成为全球的 热门课题。9 5 年香港和美国的c d m a 公用网开始投入商用。9 6 年韩国用自己的 c d b l a 系统开展大规模商用，头1 2 个月发展了1 5 0 万用户。1 9 9 8 年全球c d m a 用户已达5 0 0 多万，c d m a 的研究和商业进入高潮j 有人说1 9 9 7 年是c d m a 年。美国已拍卖的2 9 5 8 个p c s 经营许可证中，选择c d m a 占5 1 ，d a m p s 占2 0 ，g s 聃占2 8 。t 9 9 9 年c d m a 在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增 长率高达2 5 0 ，用户已达2 0 0 0 万。 中国c d m a 的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累，9 3 年国家8 6 3 计划已开展c d m a 蜂窝技术研究。9 4 年q u a l c o m m 首先在天津建技术试验网。 1 9 9 8 年具有1 4 万容量的长城c d m a 商用试验网在北京、广州、上海、西安建 成，并开始小部份商用。联通也于2 0 0 1 年在广东、北京、天津、上海等地成功 地建立了e d 淞商用网，露前已经形成覆盖全国的超大规模网络。 无线通信在未来的通信中起越来越重要的作用。c d m a 将成为2 1 世纪主要 的无线接入技术。w c d m a 较w t d m a 有更多优越性，w - c d m a 将成为目前 各种第二代移动通信系统( g s m 、i s 9 5 、p d c 等) 的交汇点，发展成第三代系 统，但未来的统一将要经过一个艰苦的过程。目前欧美都在进行g s m 与c d m a 的兼容试验，用g s m 的网络以c d m a 的空中接口，其网络试验在英国进行， q u a l c o m m 己研制出g s m c d m a 双模手机样机。未来的第三代多模式蜂窝移动 通信系统将以a t m 为平台，它不仅兼容第三代的w - c d m a 、u m t s 和c d m a o n e ，而 且还兼容目前第二代的g s m 和i s 一9 5 ， 2 1 2i s - 9 5c d m a 技术的发展趋势 i s 一9 5 还在不断完善和发展的过程中，q u a l c o a r n 将致力继续发展i s 一9 5 ，以 便使i s 一9 5 保持竞争优势，并过渡到第三代系统。将推出以下新标准。 北京邮屯大学硕士研究生毕业论文 第9 啖( 共6 4 页) 1 ) i s - 9 9 i s 一9 9 为i s 一9 5 提供无线数据链接协议。将把p p p 、i p 、t c p 、a t 等协议写 入i s 一9 9 ，速率1 4 4 k b p s ，为i s 一9 5 提供数据业务标准。i s 一9 9 于1 9 9 8 年第三 季度完成。 2 ) i s - 6 5 7 i s 一6 5 7 专门为i s 一9 5 提供直接接入i n t e r n e t 标准协议。支持所有的 t c p i p p p p 协议。i s 一6 5 7 于1 9 9 9 年第一季度完成a 3 ) i s 9 s b i s 一9 5 b 是为i s 一9 5 成为宽带系统而写。允许8 个业务信道组合在一起，其 数传速率将取决于使用的信道数。支持高级的数据接入协议，如t c p 和a d s l 等， 为i n t e r n e t 的接入提供高速、灵活、方便的服务。i s 一9 5 b 的硬件网络将是全透 明的。 4 ) i s 9 5 c i s 一9 5 c 将于1 9 9 9 年开展制订，完全兼容i s 一9 5 a 、b 。i s - 9 5 c 主要改进声码 器、扇区设计、寻呼信道和省电肘隙，以便于进一步提高容量、增加正向传输速 率和降低反向信道的b m i ，使传输速率达到+ 6 4 k b p s 。另外，在1 s - 9 5 c 的基础上 发展i s 一9 5 h d r ( h i g hd a t ar a t e ) 高数据速率系统。 5 ) c d m a o n e c d m a o n c 就是指基于i s 一9 5 标准的数字蜂窝网络。目前的标准是i s 一9 5 a ， 下一步将推出允许更高数据传输速率的i s - 9 5 b 。数据速率最高可达到1 1 6 k b p s 。 基于i s - 9 5 的c d m a o n e 技术自1 9 9 5 年1 0 月商用实践以来，迅速覆盖韩国、 日本、美国、欧洲和南美洲的一些主要市场，取得了巨大的商业成功，并成为业 界公认的过渡到未来3 g 的技术平台。目前各国上报给国际电联审批的所有3 g 提案中，绝大多数方案都是基于与i s 一9 5 c o m a 相近的c d m a 技术。 袁2 一lc d m a o n e 的演进之路 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 第1 0 页( 共6 4 页) 1 0 0 0 0 & 0 0 0 9 d d o o ，0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 卯0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 3 d 0 0 0 。0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ，0 0 0 。每卑 鲁 珲 卑 霉 霉零辱 雩 鲁 耳 号耳 耳 辱 贵善皇皇身量皇喜贵重皇喜喜童皇与r - lm p c i ap a o 讯o i n o r t h , o t n e r i o a1 c a h b b e mb l a t h , a n e r i c au e u f o p e b t d d l e 白重& a f f i o a l 图2 1c c l m a o n e 的发展过程 q u a l c o m m 计划c d m a 手机技术的发展进程如下： 1 9 9 8 年一s m s 和寻呼业务，有限的数据接入 手机： 1 2 0 9 ， 1 2 0 c c ，2 - 4 小时通话，4 0 - 1 0 0 小时守候。 1 9 9 9 年一大屏幕，全s m s 、寻呼、e m a i l 、i n t e m e t 和分组数据业务。 2 0 0 0 年一全综合数据业务，e m a i l 、i n t e m e t 和i n t r a n e t 功能；手机： 1 0 0 9 ， l o o c c ，2 - 4 小时通话，1 0 0 小时待机。 2 0 0 2 年一智能手机：话音识别，多模式、多频段、多网络，卫星通信，内 含g p s 。 2 0 0 5 年一数据业务，视频、音频和数据文件接入，网络计算机功能；手机 的大小只取决于应用对象，4 书小时通话，大于i 0 0 小时守候。 2 。1 3c d m a 技术标准的发展历程 目前，国际通用的c d m a 标准主要是由美国国家标准委员会a n s it i a 开发颁 布的。a n s i ( a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r di n s t i t u t e ) 作为美国国家标准制订 单位，负责授权其它美国标准制订实体，其中包括电信工业解决方案联盟a t i s 、 电子工业委员会e i a 以及电信工业委员会t i a 。t i a 主要开发i s ( i n t e r i m s t a n d a r d s ，暂定标准) 系列标准，如c d 姒系列标准i s 9 5 、i s 6 3 4 、i s 4 1 等。i s 系列标准之所以被列为暂定标准是因为它的时限性，最初定义的标准有效期限是 5 年，现在是3 年。除了i s 系列标准之外，t i a 还颁布其它类型的规范，如电信 系统公告t a b ( t e l e c o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e8 u l l e t i n ) 文件。t s b 不是标准， 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 第1 i 页( 共6 4 页) 但可以提供与现存标准相关的信息或对工业界非常重要的其它事宣。t i a 开发出 的标准在经a n s i 所有成员同意之后即可成为a n s i 的正式标准。t i a 目前由9 个 t r 委员会组成，即t r 8 、t r l 4 、t r 2 9 、t r 3 0 、t r 3 2 、t r 3 4 、t r 4 1 、t r 4 5 、t r 4 6 ， 其中与c d m a 标准关系最为密切的是t r 4 5 ( 移动和个人通信公用标准) ，它的下 面包括7 个子委员会，分别负责不同接口标准的制订，如t r 4 5 2 负责网络部分， t r 4 5 4 负责a 接口部分，t r 4 5 5 负责空中接口等。 除了a n s it i a 之外，其他些标准化组织和生产厂商对c d m a 标准的制订 也起到积极作用。如c d g ( c d m a 发展小组) 和3 g p p 2 ( 负责第三代c d m a 移 动通信标准的制订) ，先后推出了有关a 接口的i o s 系列标准，涉及的内容包 括从窄带的c d m a 到第三代移动通信一一宽带c d 。一批知名的通信公司如 m o t o r o l a 、l u c e n t 、n o r t e l 、q u a l c o m m 等首先提出了有关c d m a 标 准的方案和建议，经过多次协商讨论，最终修改成为目前被普遍接受的通用标准。 21 3 1u m 接口标准的发展 c d m a 在蜂窝系统中的应用几乎是和g s m 同时被提出来的，但一直没有得 到重视，其中的主要原因在于c d m a 的蜂窝系统必须具有高速、精确的功率控 制要求，否则整个系统难以理想地工作甚至出现系统崩溃。功率控制技术在当时 的条件下还难以攻破，直到q u a l c o m m 公司解决了这一难题后这一状况才有所变 化。该解决方寒主要是通过测量移动台和基站的接收功率，利用开环和闭环相结 合的功率控制方式，命令移动台调整发射功率，使移动台输出的功率电平在维持 适当性能的情况下达到最小。一方面减轻了对其他用户的干扰，同时有助于克服 衰落，使得c i ) m a 码分多址技术应用于蜂窝移动通信成为可能，并由此拉开了c d n a 数字蜂窝移动通信系统蓬勃发展的序幕。 q u a l c 0 k n 公司于1 9 9 0 年7 月公布了最早的c d m a 标准，经过许多移动通信 运营商和制造厂家的协商讨论，于1 9 9 0 年9 月发布了建议标准的修订版本，并 于1 9 9 0 年1 0 月公布了暂行规定，成为此后一段时间内被广泛认可的主要规范。 1 9 9 3 年7 月，美国a n s it i a 再次征集各方面的建议，经会议讨论后正式将其 确认为i s 9 5 标准，即“双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台一基站兼容标准”。 i s 9 5 标准由此成为c d m a 移动通信的核心标准，世界上许多国家以此为蓝本生产 和建设码分多址数字移动通信系统。 经过多年的开发修订，以i s 9 5 为代表的窄带c d m a 系列标准已经日趋完善。 i s 9 5 系列标准的发展先后经历了i s 9 5 、i s 9 5 a 、t s b 7 4 、i s 9 5 b ( a n s l 9 5 ) 、i s 2 0 0 0 、 i s 2 0 0 0 a 等多种标准。需要补充说明的是t s b 7 4 是与i s 9 5 a 有关的t s b 文件，是 在i s 9 5 a 的基础上增加了1 4 4 k b s 速率组、指配或切换到p c s 频段、m i n i m s i 堡生业塑堑壁兰堕圭堑塑竺兰坐塞翌二 一 笙! 兰墨! 茎竺塑! 共存等内容。作为第三代移动通信标准之一的i s 2 0 0 0 及i s z o o o a 完全兼容i s 9 5 标准，也就是说现有的i s 9 5 系统可以平滑过渡到第三代移动通信。 213 2a 接口标准的发展 作为基站子系统和网络子系统之间的接口，a 接口标准的规范性和透明度至 关重要，它决定着c d m a 设备制造厂家能否独立地开发基站设备或网络设备。对 于c o m 系统的运营商来说，他们同样要求开放的系统结构，开放的a 接口为c d l l a 系统提供了竞争环境。c d m aa 接口标准的形成过程与其它标准最大的不同点在 于，它是在各厂家已经开发出商用产品之后，通过谈判协商而形成的，经历了一 个相当复杂的过程。现在支持开放的c d ma 接口的标准有两个，即i s 6 3 4 系列 和l o s 系列。 1 9 9 1 年，m o t o r o l a 公司提出了一个a + 接口，并提交给美国国家标准委员 会a n s i 审议，该接口为支持c d m a 和其它空中接口起到很大的促进作用。但由于 当时的a + 接口只是g s m 系统a 接口的一个简单翻版，错误甚多，几乎没有什么 可操作性。直至1 9 9 5 年7 月，由于一批大的运营商强烈要求开放a 接口，美国 标准委员会通过了基于& b t o r o l a 矗+ 建议的i s 6 3 4r e v 。0 。虽然该标准的可操作 性不强，但毕竟是在许多厂家共同协商后才达成的，从此当时的几个主要的c d i m a 设备生产厂家走向共同开发a 接口的道路。由于i s 一6 3 4r e v 0 存在许多逻辑错 误和缺陷，1 9 9 5 年1 2 月对其修正后成为t s b 一8 0 。该接口支持基站中的多种语音 编码器并以电路中继模式和s s 7 消息传送m s c 和b s s 间的语音和信令。i s 6 3 4 a 版本于1 9 9 8 年6 月完成并出版，1 9 9 8 年】0 月a n s i 投票并最终于1 9 9 9 年3 月 以a n s i e i a - 6 3 4 b 的名义出版。i s 6 3 4 a 具有a 、b 两种结构，其中a 结构中引入 了a 3 和a 7 接口，用于支持不同b s c 之间的软切换。 i s 6 3 4 a 版本所涉及的范围相当广泛，它不仅支持c d m a ，而且支持h m p s 、n a m p s 和t d m a 。因此该标准不可避免的包含了许多不适合c d m a 运作的多种选项、消息 和参数。事实上只有c d m a 运营者才关心并有计划地实施i s 6 3 4 a 。但另一方面， 就c d m a 应用而言，i s 6 3 4 a 有点过于“松散”而难以实施。为了定义一个仅为 c d m a 应用，更实际并更具有可操作性的a 接口规范，1 9 9 7 年由美国s p n m p c s 牵头，联合c d m a 工业界的l u c e n t 、m o t o r o l a 、n o r t e l 及q u a l c o m b i 等公 司，在吸收t s b 8 0 的基础上，制订了s p r i n tp c si o sv 2 o a 。这一1 0 s 互操作 规范属于内部文件，s p r i n tp c s 于1 9 9 8 年1 0 月将其提交给c d m a 发展组c d g 作 为公开的行业规范。 i o s 系列标准得到了众多厂家的认可，也使得该系列标准得到迅速发展，趋 于完善，目前已经发展到i o s 2 x 、i o s 3 x 、i o s 4 0 、i o s 50 等多个版本a g 北京邮电大学硕士研究生毕业论文第1 3 页( 共6 4 页) i o s 2 x 包括v 2 0 、v 2 1 、v 2 2 ，均基于s p r i n tp c si o sv 2 ，o a ，并支持如下功 能：8 k b se v r c 声码器；在呼叫建立过程中支持完整的业务选择谈判；电路型 数据( 9 5 1 4 4 k b s ) 和传真；短消息业务；话音加密fb s c 间硬切换( 同一厂 家的b s c 间的软切换可用其内部协议支持) 。 c i ) gi o sv 3 x 的最新版本v 3 1 于1 9 9 9 年4 月出版。v 3 x 均基于i s 6 3 4 a ， 与v 2 2 相比增加了如下主要功能：引入了采用分组模式的a 3 、a 7 接口；支持不 同厂家b s c 间的软切换；更多的o m c 功能。 3 g p p 2 负责制订支持第三代c d m a 移动通信c d m a 一2 0 0 0 的i o s 标准。3 g 一1 0 s v 4 0 已于1 9 9 9 年1 0 月完成，它支持c d m a 一2 0 0 0 的i xr t t 。3 g - i o sv 4 0 在c d g i o s v 3 1 的基础上增加了支持高速分组数据业务和支持m o b il ei p 业务等功 能。3 g - i o sv 5 。0 由3 g p p 2 于1 9 9 9 年1 2 月完成并支持c d m a 2 0 0 03 xr t t 。 2 1 3 3 网络接口标准的发展 网络接口是网络子系统各功能实体之间以及与其他通信网络之间的接口的 总称。相对于a 接口来说，网络接口标准的制订过程比较简单。目前通用和网络 接口标准主要为i s - 4 1 系列，这套标准是由a n s it i a 授权l u c e n t 公司贝尔实验 室制订的。i s - 4 1 系列标准在其发展过程中，主要产生了i s 一4 1 a 、i s 一4 1 b 、i s 一4 1 c 、 a n s l - 4 1 、i s - 4 1 d 等几个版本。与i s 一4 1 b 有关的t s b 文件有t s b 4 1 、t s b 5 1 、t s b 5 6 、 t s b 6 4 、t s b 6 5 等，其中除t s b 5 6 之外，均已经在1 9 9 6 年修订并加入到i s 一4 1 c 版本，使i s 一4 1 c 成为一个相对完善的版本。不久之后，美国国家标准委员会接 收其为正式的网络接口标准，成为a n s i 一4 1 标准。 i s 一4 1 c 由六部分组成：功能概述：切换消息流程；自动漫游消息流程；操 作、管理和维护消息流程；信令实现程序。 除了上述的协议标准之外，还有一些标准主要用于完善c d m a 移动通信网络 的业务功能，如数据业务、计费、无线智能网w i n 等方面的标准，共同构成了庞 大的网络接口标准体系。 2 2c d m a 的基本概念 任何空中接口设计的基础都是如何选择在用户之间分享公共传输媒质，即多 址接入方案。基本的多址接入方案如图2 - - 2 所示。在频分多址f d m a 情况下整 个系统带宽被分成频率信道安排给每个用户。在时分多址t d m a 情况下，每个频 率信道被分成时隙，每个用户安排在各自的一个时隙中。在c d m a 的情况下，多 北京邮屯大学硕士研究生毕业论文 第1 4 页( 共6 4 页) t i m e 图2 2 多址接八方案 址接入的实现是通过给每一用户分配一个唯一的具有良好的自相关特性和弱的 互相关特性的伪随机码序列( 扩频码) ，并用它对承载信息的信号进行编码。知 道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为 该用户码序列与其它用户码序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所 承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其 所产生的信号也称为扩频信号。c d m a 通常也用扩频多址( s s m a ) 来表征。对 所传信号频谱的扩展给予c d m a 以多址能力。因此，对扩频信号的产生及其性 能的了解就十分重要。扩频调制技术必须满足两条基本要求： 1 所传信号的带宽必须远大于信息的带宽； 2 所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。 所传信号的带宽日。与信息带宽b ，之比称为扩频系统的处理增益g ，： g n = b t b b t 是传输带宽，b 是信息承载信号带宽。接收机采用相同的扩频码与收到的信 号进行相关运算恢复出所携带的原始信息。由于扩频信号扩展了信号的频谱，所 以它具有一系列不同于窄带信号的性能： 多址接入能力 抗多径干扰的能力 具有保密性能 具有抗人为干扰的能力 具有低截获概率的性能 具有抗窄带干扰的能力 c d m a 按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频( d s ) 、 跳频扩频( f h ) 、跳时扩频( t h ) 和复合式扩频，如图2 3 所示。 t叶。口oeio ，_ooego 北京邮电夫学硕：卜研究生毕业论文 第1 5 页( 共6 4 页