CDMA的基本概念

CDMA移动通信技术基本概念

 CDMA网包括：移动终端、BSS子系统、MSS子系统、OMM子系统等部分

 基站子系统BSS：基站子系统BSS可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）以及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。

 MSS子系统：移动交换子系统MSS完成CDMA的主要交换功能，同时管理用户数据和移动性所需的数据库。MSS子系统的主要作用是管理CDMA移动用户之间的通信和CDMA移动用户与其它通信网用户之间的通信。移动交换子系统MSS包括以下主要功能单元：

• 移动交换中心（MSC）

• 拜访位置寄存器（VLR）

• 归属位置寄存器（HLR）

• 鉴权中心（AUC）

• 短消息中心（MC）

 移动交换中心（MSC）：MSC是CDMA网络的核心。MSC从三种数据库，拜Um E

Abis A

Q C B

N

H MS

BT S B S C PSTN

ISDN

PSPDN M S C SCP

M S C/SSP VLR

HLR

AUC MC D

MC

S ME M M

SME M SCP CDMA移动通信系统网络结构图（电路域）

MSS

访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理。用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。

• 对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续的功能。

• 是CDMA网和其他网络之间的接口。

• 每个MSC还完成GMSC的功能。

• 每个MSC还完成SSP的功能。

 拜访位置寄存器（VLR）：VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存贮必要的数据，包括：用户号码、移动台的位置区信息、移动用户识别码、批准数据、鉴权数据和用户服务清单等参数。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。通常VLR与MSC合设。

 归属位置寄存器（HLR）：HLR是一个静态数据库，存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：

• 一是有关移动用户的参数，包括移动用户识别号码、电子序列号、用户号码、服务项目清单、批准有效时间等；

• 一是有关移动用户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。

 鉴权中心（AUC）：AUC属于HLR的一个功能单元部分，专门用于CDMA系统的安全性管理，用来鉴别用户身份的合法性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全。鉴权中心一般与HLR合设。包括参数：A_key, SSD、MIN/IMSI、AAV等

 短消息中心（MC）：短消息中心的主要功能是接收、存储和转发用户的短消息。通过短消息中心能够更可靠地将信息传送到目的地。如果传送失败，短消息中心保存失败消息直至发送成功为止。

 无线电波的传播速率、频率

• 无线电波是电磁波，在真空中的传播速度是每秒30万千米。

• 无线电波的波长：

– 波长＝无线电波的速率/无线电波的频率。

800M电波的波长：约37.5CM

1900M电波的波长：约15.8CM

 无线传播概述

• 传播特性直接关系到通信设备的能力、天线高度的确定、通信距离的计算、以及为实现优质可靠的通信所必须采用的技术措施等一系列系统设计问题。

• 移动通信系统的无线信道环境比固定无线通信的信道环境更复杂，必须根据移动通信的特点按照不同的传播环境和地理特征进行分析和仿真。

 电波的各种传播方式

• 表面波传播：电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响电波的传播。一方面使电波发生变化和引起电波的吸收。另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射。

• 外层空间传播：电磁波由地面发出，经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播，如卫星传播、宇宙探测等均属于这种远距离传播。宇宙空间近似于真空状态，传输特性比较稳定。

• 天波传播：籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方。我们把经过电离层反射到地面的电波叫作天波。

• 散射传播：当天线辐射出去的电波，投射到那些不均匀体的时候，类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一部分能量传播到接收点，这种传播称为散射传播。

 移动通信电波的三种基本传播方式

• 在移动通信中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。

• （接收功率或它的反面，路径损耗）是基于反射、散射和绕射的大尺度传播模型预测的最重要的参数。

• 这三种传播机制也描述了小尺度衰弱和多径传播。

 移动通信电波的三种基本传播方式－反射

• 当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。

• 反射波和传输波的电场强度取决于费涅尔Fresnel）反射系数G。反

射系数为材料的函数，并与极性、入射角和频率有关。

 移动通信电波的三种基本传播方式－绕射

• 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。当接收机和发射机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波弯曲。在高频波段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状，以及绕射点入射波振幅、相位和极化的情况。

 移动通信电波的三种基本传播方式－散射

• 当电磁波穿行的介质中存在小于或等于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯柱都会引发散射。

 移动通信电波的三种基本传播方式

• 电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射及其他物体的散射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直接波和反射波、散射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响。

• 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率和低空大气层的影响。收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度。一般地说，视线距离可以达到50km左右。

 空间波传播环境

• 覆盖区大小与天线的高度和增益成比例。在蜂窝系统中，基站天线高度从20m～100m不等，其具体取值由环境确定，例如城市中天线高度约为30m，郊区高度取50m，乡村取80m。天线增益的取值同样依赖于环境

 各个波段的传播特点

• 以表面波或天波的形式传播。

• 对其他接受台干扰很强烈；天电干扰对长波的接收的影响严重，特别是雷雨较多的夏季

• 中波传播（波长100-1000米）

• 以表面波或天波的形式传播

• 波长在2000－200米的中短波主要用于广播

• 短波传播（波长10-100米）

• 靠表面波和天波传播。

• 超短波和微波（波长为10米以下）的频率很高，表面波衰减很大；电波穿入电离层很深，甚至不能反射回来，所以超短波、微波一般不用表面波、天波的传播方式，而只能用空间波、散射波和穿透外层空间的传播方式。

• 超短波和微波的频带很宽。超短波广泛应用于电视，调频广播，雷达等方面。利用微波可同时传送几千路电话或几套电视节目。

• 超短波和微波的传播特点基本上相同，主要是在低空大气层做视距传播。因此，为了增大通信距离，一般把天线架高。

 传播性能的指标

• 传送的功率指的是发射机所发射的能量。拥有较高的传输功率将有助于压制它的频带内其他的干扰信号，但是拥有较高传输功率的设备也将可能耗电较多，同时对别的信号的干扰也加强。

• 灵敏性指的是在信道中可以被接收机接受的最弱信号的测量。数值愈低的那台接收机的设备就愈好。但是这要求所有的制造商和标准都用相同的参考值（如包丢失率）来定义灵敏度。

• 信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，信道有一定的带宽。

 移动信道的复杂性（特点）

• 易衰弱：移动信道中信号的强度与距离的高次幂成反比。而在有线信道中，信号的强度与距离成反比

• 干扰强：自然环境中的干扰，工业干扰、系统内干扰。

• 不稳定：陆地移动系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，其天线将接收从多条路径传来的信号，再加移动台本身的运动，使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。衰落是经常发生的，衰落深度可达30dB。

• 无线信道包括了电波的多径传播，时延扩展，衰落特性以及多普勒效应

 阴影效应

• 由于高频的无线电波以直射波为主，高大建筑和山峰会成为无线电波的阻碍，这就象阳光被高大建筑的阻挡，会产生阴影一样。

• 在高大建筑背后，接收信号的强度大幅度下降，这种效应称为阴影衰弱效应。

• 阴影衰弱是慢衰弱的一种，也就是接收信号的强度主要随空间变化而变化随时间变化不大。

• 阴影衰弱服从对数正态分布。

 多径衰落－1

• 由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反）。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。

• 多径衰弱，可以从时间和空间两个方面来描述和测试。

• 多径衰弱是产生小尺寸衰弱的重要原因。

 多径衰落－2

• 多径传播使接收端的信号近似于一种叫做Rayleigh瑞利分布的数学分布，故多径快衰落又称为 Rayleigh瑞利衰落。

• 在城市环境中，一辆快速行驶车辆上的移动台的接收信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次。

 慢衰落

• 接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强平均值也会出现缓慢变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化称为慢衰落。慢衰落接收信号近似服从一种叫做对数正态分布的数学分布，变化幅度取决于障碍物状况、工作频率、障碍物和移动台移动速度等。

• 快衰落和慢衰落是由相互独立的原因产生，随着移动台的移动，这二者构成移动通信接收信号不稳定的因素。

 时延扩展：由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。