01CDMA第一讲

第一讲导论1.1.CDMA的发展背景CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用，1989年.11月，Qualcomm在美国的现场试验证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推导其为AMPS容量的20倍。这一振奋人心的结果很快使CDMA成为全球的热门课题。95年香港和美国的CDMA公用网开始投入商用。96年韩国用自己的CDMA系统开展大规模商用，头12个月发展了150万用户。1998年全球CDMA用户已达500多万，CDMA的研究和商业进入高潮，有人说1997年是CDMA年。美国已拍卖的22995588个个PPCCSS经经营营许许可可证证中中,,选择CCDDMMAA占占5511%%,,DD--AAMMPPSS占占2200%%,,GGSSMM占占2288%%。。1999年CDMA在日本和美国形成增长的高峰期，全球的增长率高达250%，用户已达2000万。中国CDMA的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累，93年国家863计划已开展CDMA蜂窝技术研究。94年Qualcomm首先在天津建技术试验网。1998年具有14万容量的长城CDMA商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始小部份商用。联通也计划在广东、北京、天津、上海等地建CDMA商用试验网。韩国CDMA数字蜂窝移动通信在政府的强有力的组织下，得到了迅猛的发展。CDMA网络运营仅一年多便发展到400万用户，其用户密度远高于我国用户密度最大的珠江三角洲地区。韩国CDMA网络运行正常，笔者曾在韩国多次用CDMA的蜂窝和PCS手机、WLL电话打回国内，呼通率高，语音清晰，末发生过掉话断线（包括高速公路上）。韩国CDMA的运营情况，充分证明了CDMA技术是成熟的，其系统容量和话音质量较目前其它蜂窝系统（GSM、TDMA、PDC、TACS、AMPS）是最优的。据预测，未来的几年CDMA将以超过100%的增长速度发展，远快于GSM40%的发展速度。韩国CDMA运营仅一年，即超过模拟网AMPS的200万用户；日本CDMA将会在2000年超过PDC；美国CDMA将会在2002年达到4200万，超过AMPS的3600万、D-AMPS的2200万和GSM的1100万，成为全美的最大蜂窝系统。到2002年全世界的CDMA将由目前仅占蜂窝系统2%的比例提高到18%，成为第二大蜂窝系统；占第一位的是GSM，其份额将由目前的32%升至45%，而模拟系统将由目前的48%下降至15%。无线通信在未来的通信中起越来越重要的作用，CDMA将成为下一世纪主要的无线接入技术。W-CDMA较W-TDMA有更多优越性，W-CDMA将成为目前各种第二代移动通信系统（GSM、IS-95、PDC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GSM与CDMA的兼容试验，用GSM的网络以CDMA的空中接口，其网络试验在英国进行，Qualcomm已研制出GSM/CDMA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ATM为平台，它不仅兼容第三代的W-CDMA、UMTS和cdmaOne，而且还兼容目前第二代的GSM和IS-95。韩国SKT和日本NTTDoCoMo正紧密合作发展采用W-CDMA的IMT-2000，并计划于2000年在韩国和日本开展试验网，其目标在2002年日韩世界杯提供智能化的、宽带的多媒体移动通信服务。1.2.IS-95CDMA技术的发展趋势IS-95还在不断完善和发展的过程中，Qualcomm将致力继续发展IS-95，以便使IS-95保持竞争优势，并过渡到第三代系统。将推出以下新标准。1）IS-99IS-99为IS-95提供无线数据链接协议。将把PPP、IP、TCP、AT等协议写入IS-99，速率14.4kbps，为IS-95提供数据业务标准。IS-99于1998年第三季度完成。2）IS-657IS-657专门为IS-95提供直接接入Internet标准协议。支持所有的TCP/IP/PPP协议。IS-657于1999年第一季度完成。3）IS-95BIS-95B是为IS-95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TCP和ADSL等，为Internet的接入提供高速、灵活、方便的服务。IS-95B的硬件网络将是全透明的。4）IS-95CIS-95C将于1999年开展制订，完全兼容IS-95A、B。IS-95C主要改进声码器、扇区设计、寻呼信道和省电时隙，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EMI，使传输速率达到+64kbps。另外，在IS-95C的基础上发展IS-95HDR（HighDataRate）高数据速率系统。5）cdmaOneCdmaOne就是指基于IS-95标准的数字蜂窝网络。目前的标准是IS-95A，下一步将推出允许更高数据传输速率的IS-95B。数据速率最高可达到116Kbps。基于IS-95的cdmaOne技术自1995年10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3G的技术平台。目前各国上报给国际电联审批的所有3G提案中，绝大多数方案都是基于与IS-95CDMA相近的CDMA技术。表cdmaOne的演进之路标准容量（GSM相比）数据速率包回路可用性IS-95A×314.4kb/s√√目前IS-95B×3115kb/s√√目前HDRN/A2.4kb/s√√2000年IS-95C×6144kb/s√√2001年3G（cdma2000）×62Mb/s√√2003年Qualcomm计划CDMA手机技术的发展进程如下：1998年-SMS和寻呼业务，有限的数据接入；手机：120g,120cc,2-4小时通话，40-100小时守候。1999年-大屏幕，全SMS、寻呼、Email、Internet和分组数据业务。2000年-全综合数据业务，Email、Internet和Intranet功能；手机：100g,100cc,2-4小时通话，100小时守候。2002年-智能手机：话音识别，多模式、多频段、多网络，卫星通信，内含GPS。2005年-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,4-8小时通话，大于100小时守候。1.3.CDMA国际标准的发展历程目前，国际通用的CDMA标准主要是由美国国家标准委员会ANSITIA开发颁布的。ANSI（AmericanNationalStandardInstitute）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ATIS、电子工业委员会EIA以及电信工业委员会TIA。TIA主要开发IS（InterimStandards,暂定标准）系列标准，如CDMA系列标准IS95、IS634、IS41等。IS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IS系列标准之外，TIA还颁布其它类型的规范，如电信系统公告TSB（TelecommunicationsServiceBulletin）文件。TSB不是标准，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宜。TIA开发出的标准在经ANSI所有成员同意之后即可成为ANSI的正式标准。TIA目前由9个TR委员会组成，即TR8、TR14、TR29、TR30、TR32、TR34、TR41、TR45、TR46，其中与CDMA标准关系最为密切的是TR45（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TR45.2负责网络部分，TR45.4负责A接口部分，TR45.5负责空中接口等。除了ANSITIA之外，其他一些标准化组织和生产厂商对CDMA标准的制订也起到积极作用。如CDG（CDMA发展小组）和3GPP2（负责第三代CDMA移动通信标准的制订），先后推出了有关A接口的IOS系列标准，涉及的内容包括从窄带的CDMA到第三代移动通信――宽带CDMA。一批知名的通信公司如MOTOROLA、LUCENT、NORTEL、QUALCOMM等首先提出了有关CDMA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。1.3.1Um接口标准的发展CDMA在蜂窝系统中的应用几乎是和GSM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CDMA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QUALCOMM公司解决了这一难题后这一状况才有所变化。该解决方案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CDMA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CDMA数字蜂窝移动通信系统蓬勃发展的序幕。QUALCOMM公司于1990年7月公布了最早的CDMA标准，经过许多移动通信运营商和制造厂家的协商讨论，于1990年9月发布了建议标准的修订版本，并于1990年10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。1993年7月，美国ANSITIA再次征集各方面的建议，经会议讨论后正式将其确认为IS95标准，即“双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台－基站兼容标准”。IS95标准由此成为CDMA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IS95为代表的窄带CDMA系列标准已经日趋完善。IS95系列标准的发展先后经历了IS95、IS95A、TSB74、IS95B（ANSI95）、IS2000、IS2000A等多种标准。需要补充说明的是TSB74是与IS95A有关的TSB文件，是在IS95A的基础上增加了14.4kb/s速率组、指配或切换到PCS频段、MIN/IMSI共存等内容。作为第三代移动通信标准之一的IS2000及IS2000A完全兼容IS95标准，也就是说现有的IS95系统可以平滑过渡到第三代移动通信。1.3.2A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CDMA设备制造厂家能否独立地开发基站设备或网络设备。对于CDMA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CDMA系统提供了竞争环境。CDMAA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。各标准制订组织和生产厂家为A接口标准的制订做了大量细致的工作。现在支持开放的CDMAA接口的标准有两个，即IS634系列和IOS系列。1991年，Motorola公司提出了一个A＋接口，并提交给美国国家标准委员会ANSI审议，该接口为支持CDMA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GSM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。而且由于当时没有其它公司愿意开放该接口，因此A＋接口一直被放置在美国国家标准委员会中。直至1995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MotorolaA+建议的IS634RevO。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CDMA设备生产厂家走向共同开发A接口的道路。由于IS-634Rev.0存在许多逻辑错误和缺陷，1995年12月对其修正后成为TSB-80。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SS7消息传送MSC和BSS间的语音和信令。IS634A版本于1998年6月完成并出版，1998年10月ANSI投票并最终于1999年3月以ANSI/EIA-634B的名义出版。IS634A具有A、B两种结构