第三代移動通信系統(tǒng)原理與工程設計：IS-95 CDMA和cdma2000 英文版

　　全球移動通信市場正在急速擴展，目前全世界移動用戶大約為2．5億，而到21世紀初將達到10億。碼分多址（CDMA）是發(fā)展最快的數(shù)字無線技術，在1997到1998年間，全世界的CDMA用戶數(shù)增至原來的3倍，目前已達到3000萬，而且按照目前的增長速度，在千椿年能達到5000萬。CDMA的主要市場在北美、拉丁美洲和亞洲（特別是韓國和日本）。總體上講，全球有近50個國家采用CDMA技術。要說清楚CDMA取得成功的原因并不難。CDMA是一種先進的數(shù)字通信技術，它能夠提供7到10倍于模擬技術、6倍于TDMA數(shù)字通信技術的容量。CDMA系統(tǒng)提供的話音質量遠遠優(yōu)于其他任何數(shù)字蜂窩技術。在復雜的射頻環(huán)境下，如稠密的都市地區(qū)和山區(qū)，這一特征表現(xiàn)得尤為明顯。不管是初期投資還是長期運行，CDMA都給蜂窩運營者提供了最經(jīng)濟又有效的解決方案。經(jīng)過18個月的市場開拓，個人通信業(yè)務（PC5）提供者已充分展示了CDMA技術在一些重要領域、實現(xiàn)低價位和高性能如話音質量、系統(tǒng)可靠性、手機電池壽命方面的市場威力?？紤]到CDMA手機長壽命的電池和高性能的話音質量，CDMA業(yè)務提供者以分鐘使用模式贏得市場時具有強大的優(yōu)勢。電信研究和行動中心（TRAC）在最近做的一個無線平臺性能分析中發(fā)現(xiàn)，CDMA在各個方面，包括信號質量、安全性、功耗和可靠性方面都超過其他數(shù)字和模擬技術。雖然模擬技術使用得最早，但所有三種數(shù)字技術（GSM、IS—136TDMA和IS—95CDMA）在增強型業(yè)務的性能方面都超過了模擬技術。TRAC的研究表明，CDMA在信號安全性和話音質量上優(yōu)于其他數(shù)字空中接口標準。根據(jù)TRAC的研究，對用戶而言，CDMA有幾個優(yōu)點：低功率損耗使得CDMA手機的一塊電池能夠支持4小時通話時間和48小時待機時間；CDMA的軟切換特性使得掉話現(xiàn)象比GSM和IS—136TDMA要少得多。對某些CDMA用戶來說一個可能的缺點就是在漫游上有某些限制，但一些有蜂窩網(wǎng)絡的PC5運營者支持雙模手機在CDMA和模擬平臺之間漫游。CDMA技術還在不斷演進，為用戶提供新的先進業(yè)務。利用CDMA電話來提供的移動數(shù)據(jù)速率正在提高，新的話音編譯碼器的話音質量接近有線通信系統(tǒng)?，F(xiàn)在已經(jīng)能夠通過CD。MA終端接入因特網(wǎng)。CDMA業(yè)務提供者將進一步在其平臺上開發(fā)增強業(yè)務。業(yè)界有許多關于第三代移動通信（3G）數(shù)據(jù)業(yè)務性能的討論，未來PC5提供者能以高接入速率與有線業(yè)務提供者競爭。PCS業(yè)務提供者有望提供一系列的業(yè)務種類，例如因特網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)（intranet）接入、多媒體應用、高速商務處理、遙測等。CDMA網(wǎng)絡為運營者提供了一個向3G移動系統(tǒng)平滑過渡的途徑。IS—95B標準非常靈活，業(yè)務提供者可在1．25MHz的CDMA信道帶寬內(nèi)以8kbps的步長分配數(shù)據(jù)，如何分配取決于業(yè)務提供者如何配置已經(jīng)安裝在網(wǎng)絡控制器中的軟件。這意味著提供者能以實現(xiàn)比64kbps低很多的回程數(shù)據(jù)速率，確保手機功耗比64kbps全回程速率情況低。雖然GSM和IS。136TDMA運營者也在努力確保他們在數(shù)據(jù)業(yè)務方面不落后，但是CDUA似乎在通過現(xiàn)有基礎設施提供更高速率方面有明顯優(yōu)勢。對CDMA運營者而言，使用CDMA平臺可能會增加固定無線業(yè)務特性是它的另一個優(yōu)彥。因為CDMA擴展了頻譜，可在移動通信基礎之上提供固定業(yè)務。一些運營者正在開發(fā)能依據(jù)用戶位置的不同而使手機在固定業(yè)務和移動業(yè)務之間轉換的終端。通用手機在家時用作無繩電話，而出門在外則用作移動電話。通過向3G系統(tǒng)的演進打開了無線用戶環(huán)路（WLL）之門，它可接入公共交換電話網(wǎng)（PSTN）和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN），從而更方便地控制和應用網(wǎng)絡資源。向3G系統(tǒng)演進還將為便利的全球漫游、業(yè)務便攜性、基于地域的ID和計費，以及全球直接接入等業(yè)務的粉墨登場提供舞臺。3G技術甚至有望支持無縫衛(wèi)星網(wǎng)絡互通。由于CDMA有這么多好處，一旦實施共用策略，運營者采用該平臺顯然有各種機會發(fā)展業(yè)務。問題是什么時候他們會慎重地考慮把這些新功能推向市場？最近提出、測試并評估了一種把CDMA空中接口與GSM網(wǎng)絡組合的先進混合技術。GSM運營者在GSM網(wǎng)絡擴容時采用IS-95CDMA無線接口代替TDMA無線接口，累計節(jié)省成本60％以上，因為這把CDMA的頻譜效率和GSM所有特性，包括無縫漫游和網(wǎng)絡業(yè)務結合了起來。GSM-CDMA技術為運營者實現(xiàn)了一種為多個市場經(jīng)濟地提供服務，以及在一個網(wǎng)絡平臺上提供不同業(yè)務的方式。除了作為一種既經(jīng)濟又有效的網(wǎng)絡擴展方案，GSM-CDMA也為3G業(yè)務，包括高速數(shù)據(jù)、多媒體和移動／固定綜合業(yè)務鋪平了一條演進路徑。如歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）、日本無線工業(yè)事業(yè)聯(lián)合會（ARIB）、美國電信業(yè)聯(lián)合會（TIA）提交的建議所顯示的那樣，3G系統(tǒng)選擇了CDMA。3Gcdma2000采用了基于IS-95B標準的CDMA空中接口，提供有線電路質量的話音業(yè)務和高速數(shù)據(jù)業(yè)務，速率范圍從移動用戶的144kbps到靜止用戶的2Mbps。非常重要的是，cdma2000是TIA遞交的IMT-2000的核心建議，而且，對cdma2000的支持不局限于北美，韓國的運營者很有可能使用目前的CDMA技術提供類似3G的業(yè)務。今天的CDMA技術在10年之內(nèi)達到114kbps的移動數(shù)據(jù)速率和超過1．5Mbps的固定峰值速率，且具有這些能力不會降低系統(tǒng)的話音傳輸質量，也不需要另外的頻譜。這對大多數(shù)頻譜受限的運營者有很大的影響，在一個1．25MHz的信道結構中容量翻倍，并獲得1．5Mbps數(shù)據(jù)速率看起來非常有吸引力。本書是本書通過解釋CDMA概念、系統(tǒng)容量、射頻（RF）工程和CDMA網(wǎng)絡等其他重要方面滿足實際工程師和工程管理人員的需要。電信專業(yè)的學生也會發(fā)現(xiàn)本書對于他們投身于無線通信業(yè)的準備是非常有用的。書中采用了足夠的數(shù)學運算，以使讀者理解CDMA網(wǎng)絡的工作，但盡量不用復雜的數(shù)學推導，以免使讀者望而卻步。本書適合從事CDMA蜂窩／PCS網(wǎng)絡設計和運營的實際電信工程師，以及電子工程、電信工程和計算機工程專業(yè)的高年級學生和研究生使用，但要假設他們已有一些移動通信和CD—MA技術的基本概念。如果沒有的話，上面提到的Grag，Smolik和Wilkes的書對讀者會有所幫助，通過閱讀該書的相關章節(jié)，從事CDMA網(wǎng)絡管理，但又沒有或有較少技術背景的電信管理人員能了解CDMA系統(tǒng)，以便繼續(xù)閱讀本書。本書可劃分為4部分：第1章到第4章為理解后續(xù)章節(jié)打基礎，第5章到第11章論述IS—95CDMA標準，第12到第13章闡述一個CDMA系統(tǒng)的設計，第14和第15章著重介紹了CDMA的數(shù)據(jù)應用，以及為滿足國際電信聯(lián)盟（ITU）的國際移動通信。2000（1MT—2000）規(guī)范，IS—95（2G系統(tǒng)）向cdma2000（3G系統(tǒng)）的演進。以下是對每章主題的概括?！竦?章CDMA的主要特性和用于蜂窩／PCS系統(tǒng)的接入技術?！竦?章擴頻系統(tǒng)的不同類型，著重CDMA中使用的直接序列擴頻技術（DSSS），并給出了一個計算CDMA系統(tǒng)性能的關系式?！竦?章IS-95CDMA系統(tǒng)使用的語音編碼和信道編碼?！竦?章用于提高系統(tǒng)信噪比（SNR）的分集接收概念、合并信號的不同合并方案、蜂窩電話業(yè)實際使用的一些天線?！竦?章無線網(wǎng)絡的功能實體和這些實體之間的TIA標準接口。國際電聯(lián)（ITU）給無線系統(tǒng)增加智能網(wǎng)（IN）的活動。●第6章IS-95CDMA空中接口的深入描述，包括前向鏈路（基站到移動臺）和反向鏈路（移動臺到基站）的重要方面和信道的調(diào)制參數(shù)。●第7章用在IS-95CDMA前向和反向鏈路處理邏輯信道的調(diào)制方法，比特重復、塊交織和信道編碼；前向鏈路的導頻、同步、尋呼和業(yè)務信道的信息處理、消息類型和消息成幀的詳細情況；反向鏈路的接人和業(yè)務信道的類似內(nèi)容?！竦?章IS-95CDMA呼叫處理，即一個移動臺（MS）獲得一個業(yè)務信道的過程；空閑切換，開縫尋呼操作，CDMA登記和鑒權過程；CDMA呼叫始發(fā)、呼叫終止、呼叫釋放和鑒權的整個呼叫流程?！竦?章用于開發(fā)IS-95CDMA協(xié)議的分層概念；功能實體之間的標準化接口，主要是A接口和TIAIS-634定義的MSC—BS消息、消息排序、BS和MSC上的強制計時器。●第10章IS-95CDMA的切換策略；反向和前向鏈路的功率控制方案?！竦?1章識別一個MS的不同參數(shù)，包括國際移動臺標識符（IMSI）、移動臺號碼（MDN）、電子序列號（ESN）和臺站類別標識。重點是鑒權過程，包括MS登記的鑒權、MS始發(fā)、MS終止、MS數(shù)據(jù)子幀和臨時移動臺標識（TMSI）分配。也討論了獨特的查詢響應過程?！竦?2章一個CDMA系統(tǒng)工程設計的基本原則，包括傳播模型、鏈路預算、從模擬運行向CDMA運行的過渡、射頻鏈路容量、設備工程、兩個業(yè)務提供者邊界上的臨界小區(qū)、頻率間的切換?！竦?3章計算一個CDMA系統(tǒng)的反向和前向鏈路容量的過程；為每個前向鏈路信道規(guī)劃一個鏈路安全余量參數(shù)的過程?！竦?4章CDMA蜂窩／PCS系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)業(yè)務標準；TIAIS-99、TIAIS-637和TIAIS-657標準的最重要部分。描述了4種數(shù)據(jù)業(yè)務（例如，分組數(shù)據(jù)、非同步數(shù)據(jù)、傳真和短消息），每一種的結構和這些業(yè)務支持的協(xié)議棧?！竦?5章cdma2000、IS-95向3G系統(tǒng)的演進。cdma2000無線傳輸技術（RTT）是一個寬帶的、采用了COMA技術的SS射頻接口，滿足3G無線通信系統(tǒng)的要求。附錄A是不同阻塞概率和信道數(shù)下的話務量表。附錄B是本書引用的，也是業(yè)界常用的縮略語。附錄C所列是參考文獻，除了作者在書中引用的那些內(nèi)容，這些文獻還為感興趣的讀者進一步了解數(shù)字無線技術提供了豐富的背景知識。建議那些對IS—95標準感興趣但沒有太多數(shù)字通信知識的讀者閱讀第1章—第11章。熟諳數(shù)字通信的讀者可跳過第1章—第4章。建議那些從事CDMA系統(tǒng)設計的讀者閱讀第1、2、4—10、12和13章，工程管理人員從第1和5—12章中就可獲得足夠的有關IS—95CDMA的知識。第1—8、10—12、13和15章可作為一個學期的“IS—95及其向cdma2000的演進”的研究生課程。在此感謝許許多多為本書準備資料的人們，BernardGoodwin的鼓勵是寫這本書的動力，Vi，giniaTech的TedRappaport教授把此書列入了他的新系列叢書之中。還要感謝朋友們提出的許多有益建議。最后，感謝我的妻子Pushpa，Garg以及BooksCraft公司的同事們在此書寫作過程中給予的幫助。謹以此書獻給我可愛的孫子們：AdamDorr，RenuDorr，MonicaTaneja，NevinTaneja．

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