Communication 版 (精华区)

发信人: Iamhere (灯火阑珊·鬼塚先生), 信区: Communication
标  题: 技术讲座： CDMA及第三代移动通信系统（4）
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年11月16日21:37:17 星期天), 站内信件

第三讲 CDMA数字蜂窝移动通信网的网络规划 
 

  
3.1　网络参考模型
 

  　　CDMA网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口，见图1。从图中
可看出CDMA网络参考模型与GSM网相似。



　MSC 移动交换中心　　　HLR 归属位置寄存器
　　　　　　　　　　　　VLR 拜访位置寄存器　　AC 鉴权中心
　　　　　　　　　　　　MC 短消息中心　　　　　SME 短消息实体
　　　　　　　　　　　　PSTN 公用交换电话网　　MS 移动台
　　　　　　　　　　　　EIR 设备识别寄存器　　BS 基站系统
　　　　　　　　　　　　OMC 操作维护中心　　　IWF 互连功能

图1　CDMA网网络参考模型

 

　

3.2　交换网络规划



1.　交换网络组织
  

      CDMA网采用3级结构，见图2。具体为：在大区中心(如北京、上海、广州、
沈阳、武汉等)设立一级移动业务汇接中心并网状相连；在各省会或大城市设立二
级移动业务汇接中心，并与相应的一级汇接中心相连；在移动业务本地网中设一个
或若干个移动端局MSC，也可视业务量由一个MSC覆盖多个移动业务本地网。移动业
务本地网原则上以固定电话网的长途编号区编号为2位和3位的区域来划分。



图2　CDMA网的网结构示意图

　

　

2.　信令网组织
  

      目前，中国电信和中国联通的移动通信网信令网都是专门组建的，因为不但
要传送电话用户部分TUP消息，还要传移动应用部分MAP消息。
      CDMA网的信令网与其交换网络结构相对应，也分为三级结构：高级信令转接
点HSTP、低级信令转接点LSTP和信令点SP。
      　HSTP负责转接本大区内及本大区与其他大区间的信令业务。HSTP可兼有
LSTP的功能。LSTP负责转接本服务区内及至其上级HSTP的信令业务。SP是信令消息
的源点和目的点。
　　信令转接点STP可采用独立式设备，也可采用与移动汇接中心合设的方式。
　　信令网中网络节点间采用中国7号信令。




3.　信令方式
      　Um接口(也称空中接口)的无线信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通
信网空中接口技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。此规范基
于TIA／EIA／IS-95A—宽带双模扩频蜂窝系统移动台－基站兼容性标准。
       A接口的信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移动业务交换中心
与基站子系统间接口信令技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范
。中国联通颁布的A接口信令规程与EIA／TIA／IS－634的信令规程基本兼容，是其
一个子集。
       B、C、D、E、N和P接口的信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移
动应用部分技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁而了此规范。此规范基于
TIA／EIA／IS－41C—蜂窝无线通信系统间操作标准。中国联通颁布的MAP为IS－
41C的子集，第一阶段使用IS－41C中51个操作(OPERATION)中的19个，主要为鉴权
、切换、登记、路由请求、短消息传送等。
      　Ai接口的信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网与PSTN网接口技
术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。此信令规程也称MTUP。中
国联通颁布的MTUP为与《中国国内电话网No.7信号方式技术规范》所规定的信令规
程相兼容的子集，即MTUP不使用NNC、SSB、ANU、CHG、FOT和RAN消息；另外，只接
收不发送4个消息：后续地址消息SAM，带一信号后续地址消息的SAO，主叫用户挂
机信号CCL和用户本地忙信号SLB。

 

4.　编号计划


(1) 移动用户号码薄号码DN
       为移动用户作被叫时，主叫用户所需拨的号码。DN由国家码、移动接入码
、HLR识别码和移动用户号四部分共12位号码组成。中国的国家码为86，国内拨号
时可省略。移动接入码采用网号方案，长城网为133，中国联通拟为132。CDMA网与
GSM网DN的区别在于移动接入码的不同。


(2) 国际移动用户识别码IMSI与移动台识别码MIN
     　IMSI是在CDMA网中唯一地识别一个移动用户的号码，由移动国家码、移动
网络码和移动用户识别码三部分共15位号码。中国的移动国家码为460，长城网各
中国联通的移动网络码为03。
      　MIN码是为了保证CDMA／AMPS双模工作而沿用AMPS标准定义的。长城网和
中国联通对MIN的定义有所不同，长城网的定义为3H1H2H3××××××，中国联通
的定义为132H1H2H3××××，其中H1H2H3为HLR识别码。


(3) 电子序列号ESN
     　ESN是唯一地识别一个移动台设备的32比特的号码，每个双模移动台分配一
个唯一的电子序号，由厂家编号和设备序号构成。空中接口、A接口和MAP的信令消
息都使用到ESN。


(4) 系统识别码SID和网络识别码NID
       SID是CDMA网中唯一识别一个移动业务本地网的号码。SID按省份分配。
NID是一个移动业务本地网中唯一识别一个网络的号码，可用于区别不同的MSC。移
动台可根据SID和NID判断其漫游状态。




5.　同步要求


(1) 无线同步要求
       CDMA系统对无线定时要求十分严格。在IS－95中规定，同一前向CDMA信道
的导频PN序列与所有Walsh序列间的时间误差须小于50ns；同一基站的不同CDMA信
道的发射时间须在±1μs内；所有基站的导频PN序列的发射时间须在±10μs内，
因此，每个基站都需使用GPS作为时间基准参考源。


(2) 网络同步要求
       网络同步的目的是使网络节点间数字信息流的帧同步，保障话音、信令、
网管数据的正常传送。
　　长城网和中国联通CDMA网的技术体制均规定CDMA网内以GPS系统作为时钟基准
，同时以公用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准。
       　一级移动业务汇接中心和二级移动业务汇接中心的同步基准来自二级A类
BITS。MSC、VLR、HLR、AC的同步基准来自二级B类BITS。BSC从MSC来的数据流中提
取时钟。BTS从BSC来的数据流中提取时钟。

3.3　无线网络规划

　移动通信网的工程建设大致可分为6个步骤：拟定网络需达到的覆盖指标和话务
要求；初步网络规划；基站站址现场勘察；修正网络规划，完成工程设计；系统调
测和网络优化；根据优化结果或网络扩容要求，返回第一步。CDMA网络的设计同样
遵循这个步骤，但在很多方面又区别于GSM和TACS网。


1.　频率配置


    中国联通CDMA网的工作频段为835MHz～839MHz(基站收)、880MHz～884MHz(基
站发)，即4MHz可用频率，上下行频率间隔为45MHz。CDMA基本频道为AMPS的384号
频道(836.52MHz)，第二CDMA频道为425号(837.75MHz)。
      　　长城网的工作频段为825MHz～835MHz(基站收)、870MHz～880MHz(基站
发)，即10MHz可用频率，上下行频率间隔为45MHz。CDMA基本频道为AMPS的283号频
道(833.49MHz)，第二CDMA频道为242号(832.26MHz)。扩展CDMA频道依次为201号
(831.03MHz)、160号(829.80MHz)、119号(828.57MHz)、78号(827.34MHz)和37号
(826.11MHz)。长城网共有7个可用CDMA频道。


2.　无线覆盖


　　CDMA网络的无线覆盖主要取决于设备噪声系数、干扰影响、衰落储备、Eb/No
等因数，其具体分析见表1。

表1　无线覆盖参数的设定 

序号
 项目内容
 典型值
 备注
 
1
 带宽(HZ)
 1228800
 CDMA单载频带宽
 
2
 Blotzman常数(w/(Hz*k))
 1.38E-23
 有单位常量
 
3
 温室(k)
 290
 　
 
4
 基站噪声系数(dB)
 5
 典型值
 
5
 接收机干扰影响(dB)
 4~6
 　
 
6
 软切换增益(dB)
 3~4
 　
 
7
 基站天线曾益(dBi)
 9~17
 　
 
8
 馈线损耗(dB)
 1~3
 　
 
9
 正态衰落储备(dB)
 9~11
 　
 
10
 建筑物穿透损耗(dB)
 10~25
 根据地形地物取值
 
11
 Eb/N。(dB)
 6~7
 　
 
12
 所需C/I(dB)
 -14
 　
 

　

    其中带宽和Boltzman常数为固定值，基站噪声系数根据设备而定，干扰影响由
网络设计负载百分比取定，衰落储备由无线信号边缘覆盖率给出， Eb/No根据话音
质量与FER的相应关系综合取定。
　　由于CDMA为宽带系统，有较高的扩频增益，故当C/I为负值时仍能得到好的服
务质量，这一点大大优于传统的GSM和模拟系统。在同等条件下，CDMA比GSM传播距
离要大1．3～2．1倍左右。对于大城市高话务密度区CDMA基站半径最小可设置在
300 m左右；对于郊区开阔地，应充分发挥其覆盖范围大的特点，半径可达 50 km
以上。表2给出了几种不同地区的基站覆盖半径。

表2　各类地区的基站覆盖半径 

区域
 城市密集区
 城区
 郊区
 乡村
 车辆
 
建筑物穿透损耗 18~25 15~20 10~15 10 6 
CDMA基站半径(km) 0.9 1.5 4.3 21.0 33.0 

 

3.　基站话务配置


（1） 基站容量的确定
　　确定CDMA基站容量的主要参数有：处理增益、Eb/No、话音激活因子、频率复
用系数，以及基站天线扇区数等。
　　对于单扇区单载频的基站最大配置可为61个信道，目前工程上一般取值为全向
23个，定向20个，见表3。

表3　典型站型容量配置表 

　
 GOS=2%
 GOS=5%
 
站型
 信道数
(个)
 话务量
(个)
 用户数
(个)
 信道数
(个)
 话务量
(Erl)
 用户数
(个)
 
O1
 23
 15.76
 631
 23
 18.08
 724
 
O2
 46
 36.53
 1462
 46
 40.55
 1622
 
1/1/1
 20/20/20
 39.54
 1582
 20/20/20
 45.75
 1830
 
2/2/2
 40/40/40
 93.00
 3720
 40/40/40
 103.8
 4152
 

 

　由于CDMA基站扇区间的物理信道资源可以共享，所以在网络实际运行中，它所能
处理的话务量，还要大于设计理论值，这是其它制式不具备的独特优点。


（2） 话务配置
　　与GSM网相比，CDMA网基站的话务配置具有更大的灵活性，因此，它也是工程
建设中的重点。首先，需对实地进行详细查勘，了解当地移动话务分布状况；其次
要利用先进的网络规划软件预测；最后根据预测结果，分配基站话务量。最终设计
值与网络开通后的实际话务量差值应不超过30％。




4.　干扰分析与协调


　　IS-95指定CDMA网所用频段为：上行824～849 MHz、下行869～ 894 MHz。我国
目前已建成的ETACS网使用的频率正好为880～890 MHz，故未来建设的CDMA网必然
会对现有网络产生很大的影响。这类干扰的存在是我国独有的现象，在世界其他国
家和地区，或因为没有采用ETACS制式，或因为没有使用CDMA技术，因而不存在此
类现象。它的解决也是影响到CDMA网络建设的关键问题之一。
　　CDMA发端信号对ETACS收端的影响可用下式表示：

Pr＝ Pt－LoA－Lb－10 lg（30 /25）

其中，Pt：CDMA单扇区输出的最大功率；Pr： ETACS接收的信号强度；LoA：CDMA
带外损耗；Lb：CDMA、ETACS天线隔离度。
　　为保证不产生干扰，要求Pr 值小于ETACS接收机灵敏度，即调整天线隔离度，
理论计算需达到86 dB以上。天线隔离度有水平、垂直和倾斜之分：
　　水平隔离度Lh＝22＋20lg10（d/λ）－（Gtx＋Grx）
　　垂直隔离度Lv＝28．0＋40lg10（d/λ）
　　倾斜隔离度Ls＝（Lv－Lh ）（θ/90）＋Lh
　　其中，d：天线水平间距（米）；Gtx、 Grx：天线增益；θ：两天线在垂直面
内的夹角。
　　要满足隔离要求，CDMA与ETACS天线垂直间距应大于6 m或水平间距保持在1 
km以上。但实际传播环境并非自由空间，由地形、地物和建筑物等引起的绕射损耗
是理论无法计算的。要分析这些情况，还需要到现场对无线信号场强进行测试。
　　在空间去耦的同时，还可以调整天线相对位置、使用干扰抵消器、采用波瓣较
窄的天线等方法，来加大隔离度。但这些都不能保证从根本上解决干扰问题，最好
的办法是实行频率协调，重新划分这段频率，并给予一定的保护带宽。 

  

5.PN-Offset的规划


　　由于CDMA系统频率复用系数约为1，所以它不需要进行频率规划。但是在实际
情况中会有一个潜在的问题，那就是：尽管所有的基站都使用不同的PN-Offset，
然而在移动台端看来，由于传播时延（邻PN-Phase干扰）和PN-Offset复用距离不
够（同PN-Phase干扰），就会使一些非相关的导频信号看起来一样。邻PN-Offset
干扰是影响大覆盖区基站的主要因素，同PN-Offset干扰是影响小覆盖区基站的主
要因素。因此PN-Offset的规划是CDMA系统特有的问题。
　　所有具有相同频率但不同PN码相位的导频集有四种：有效导频集、相邻导频集
、侯选导频集和剩余导频集，PN-Offset干扰只会发生在前两种导频集中。
　　（1） 如果两个相位上非相关的信道都落在同一有效导频搜索窗口中，两者都
会成为三个最强信号中的一个，有效导频集PN-Offset干扰就会发生。移动台就会
解扩并合并非相关的前向业务信道信号。
　　（2） 如果一个远端业务信道落入相邻导频集，且它的 Ec/Io＞T－add，相邻
导频集PN-Offset干扰就会发生。移动台就会切换到错误的导频上，并解扩错误的
信号。
　　它们的共同结果是强干扰和掉话。
　　避免邻PN-Offset干扰的方法是：
　　．使邻PN-Offset 间的间隔比传播时延造成的不同要大得多。
　　最小要求的间隔值 　　S［chip］≥R× ［1021/10a －1］＋W/2
　　其中，R为小区半径，单位为chip（1 chip＝244 m）；W为有效导频窗口尺寸
，单位为chip； a为路径损耗指数。
　　．大的小区需要大的间隔，即增大相邻小区PN码的相位偏差。
　　避免同PN-Offset干扰的方法是：
　　．使传播时延造成的不同大于导频搜索窗尺寸W的一半；
　　．PN复用距离的最小值D应满足：D＞W/2＋2R。
　　现以7/21复用方式举例如下：
　　工程中通常设置使Pilot－inc＝4，它是CDMA导频信道 PN码序列时间偏置参数
的公差值。在这种复用模式中，以簇为复用单位。1簇含有4个子簇，每个子簇又含
有7个基站，若为3扇区，则有21个扇区，通常称之为7/21复用方式。一般1个子簇
也有3 个基站的分法，本文暂不讨论。




6.　软切换区的设置


　　CDMA系统有硬切换、软切换和更软切换三种切换方式。硬切换只存在于不同载
频之间。所谓软切换是指移动台在切换过程中，在与新的基站建立联系时，并不立
即中断与原有基站之间的通信，即“先接再断”。目前，工作在同一载频时，
CDMA可实现BTS之间、BSC 之间和MSC之间的软切换。同一基站不同扇区之间的切换
称之为更软切换。
　　在软切换过程中，移动台与不同基站建立联系，始终保持不变的是最初建立呼
叫所选用的声码器。因此，若声码器置于BSC内，则在不同BSC之间需设置中继直达
电路，把声码器连接起来；若置于MSC内，也需同样处理。但由于MSC控制范围大，
内部声码器数目多，故设置直连电路耗费较大。一般采用ATM方式连接不同MSC，来
实现它们之间的软切换。从这点上讲，BSC和MSC综合设置可节省传输投资。
　　另一个重要方面就是软切换区的设置。软切换技术的引入确实降低了切换掉话
率，提高了通信质量。但为了实现软切换，在基站配置时需专门拿出一些信道卡，
来作为软切换信道。因此，软切换信道配置过多，势必造成资源浪费；过少则降低
软切换成功率。应结合各地的实际特点，以及CDMA网络的建设和发展规模，合理地
设置软切换区比例。工程上一般使之保持在30％～40％之间。

 

7.　多载波的应用
　　近年来由于移动用户成倍增长，在一些大城市高话务地区，话务密度由原来的
每平方公里几个、十几个尔朗，发展到几十个、上百个。未来二三年内将会更高。
CDMA 多载波技术的应用是解决这么高的话务密度的重要方法。
　　因为CDMA系统中多载波之间为硬切换，所以在多载波的设计中首先要考虑的因
素就是如何减少硬切换。应注意以下问题：
　　（1） 要优化硬切换以减少发生掉话的危险；
　　（2） 避免多载波基站孤立，应在一群小区中实施多载波以减少硬切换；
　　（3） 避免使高话务小区成为硬切换发生的边界小区。
　　网络规划时，应尽量使多载波基站连片存在。在切换上，可采用伪导频方法，
即在多载波覆盖区域边缘，设置一些对多载波只发射导频信号的基站。当移动台移
至此处时，利用此导频触发软切换，但采用其它载频的业务信道，然后再将导频信
号切换到该载频上，实际完成硬切换。处理多载波之间的硬切换还有环路触发和判
别FER等方法，可根据工程具体特点，灵活运用。




8　直放站的应用
　　移动通信直放站作为一种实现无线覆盖的辅助技术手段，常用来解决基站难以
覆盖的盲区或将基站信号进行延伸。在网络建设初期，它可以利用较少的投资，较
短的周期，来迅速扩大无线覆盖范围。它的设置应充分考虑以下几个环节：主要解
决诸如郊县主要交通公路、铁路等狭长地形的覆盖； 对于基站载频利用率不高的
区域，可以通过直放站将富余的通信能力转给需要的地方，提高设备利用率；尽量
设在相对隔离区域，以免产生无线干扰；选择合适的基站作为信号源。
　　在使用CDMA直放站时的注意事项有：
　　（1） 时延问题：直放站与信号源基站之间存在着4 ms时延，因此在设计其覆
盖范围时，要同时考虑多径引起的时延和固有时延，使之不超过一个码片时间长度
，才不会引起码间串扰。
　　（2） 天线设置：直放站的引入会引起基站的背景噪声增加，噪声的增加量与
直放站的噪声系数、系统增益、天线增益和传播损耗等参数有关。我们在考虑其覆
盖环境，使之具有一定的传播损耗的同时，也需慎重选择天线增益，从而使直放站
的引入不会导致基站的通信质量下降。
　　（3） 分集技术：对于多径信号较多、移动用户移动速度较快的地区，若采用
直放站技术，则必须考虑使用分集天线系统，才能保证通话质量，如高速公路地区
；对于多径信号较少、移动用户移动速度较慢的地区，可以不必采用分集系统，如
室内分布系统。

 

9　其他问题
　　在移动通信网络设计中，高话务热点地区是设计的难点和重点。CDMA 网在进
一步缩小宏蜂窝基站半径（已达到300 m）和采用多载波技术的同时，也可以使用
微蜂窝、更多扇区和智能天线技术。由于CDMA系统共享同一载频，所以对于微蜂窝
的应用，干扰控制是首要问题，可以利用建筑物来解决干扰，CDMA微蜂窝基站宜设
在室内、地下、隧道或地铁等场所。 
　　当三扇区不能满足容量要求时，若采用六扇区技术，可提高基站容量 1．8倍
。智能天线的引入，也可扩大网络容量1．3倍左右，同时也减少了无线信号干扰。
 

  

 
   

 

 

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