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)展最快的數字無線技術，在1997到1998年間，全世界的CDMA用戶數增至原來的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是一種先進的數字通信技術，它能夠提供7到10倍于模擬技術、6倍于TDMA數字通信技術的容量。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濟又有效的解決方案。經過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，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字和模擬技術。雖然模擬技術使用得最早，但所有三種數字技術（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)于其他數字空中接口標準。根據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據速率正在提高，新的話音編譯碼器的話音質量接近有線通信系統(tǒng)。現在已經能夠通過CD。MA終端接入因特網。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）數據業(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，例如因特網和企業(yè)網（intranet）接入、多媒體應用、高速商務處理、遙測等。CDMA網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信道帶寬內以8kbps的步長分配數據，如何分配取決于業(yè)務提供者如何配置已經安裝在網絡控制器中的軟件。這意味著提供者能以實現比64kbps低很多的回程數據速率，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據業(yè)務方面不落后，但是CDUA似乎在通過現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（PSTN）和公用數據網（PDN），從而更方便地控制和應用網絡資源。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網絡組合的先進混合技術。GSM運營者在GSM網絡擴容時采用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，包括無縫漫游和網絡業(yè)務結合了起來。GSM-CDMA技術為運營者實現了一種為多個市場經濟地提供服務，以及在一個網絡平臺上提供不同業(yè)務的方式。除了作為一種既經濟又有效的網絡擴展方案，GSM-CDMA也為3G業(yè)務，包括高速數據、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)務和高速數據業(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年之內達到114kbps的移動數據速率和超過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數據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學運算，以使讀者理解CDMA網絡的工作，但盡量不用復雜的數學推導，以免使讀者望而卻步。本書適合從事CDMA蜂窩／PCS網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的數據應用，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。●第2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。●第4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（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制參數?！竦?章用在IS-95CDMA前向和反向鏈路處理邏輯信道的調制方法，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?！竦?0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，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數據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的過程?！竦?4章CDMA蜂窩／PCS系統(tǒng)支持的數據業(yè)務標準；TIAIS-99、TIAIS-637和TIAIS-657標準的最重要部分。描述了4種數據業(yè)務（例如，分組數據、非同步數據、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容，這些文獻還為感興趣的讀者進一步了解數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字通信知識的讀者閱讀第1章—第11章。熟諳數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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