第3章 CDMA无线通信基础

3.1 CDMA网络架构

在1x系统中，各功能模块之间相互独立，具有较好的平滑演进能力。1x网络主要由移动台（MS, Mobile Subscriber）、基站子系统（BSS, Base Station Sub-system）、网络交换子系统（NSS, Network Switch System）、操作维护中心（OMC, Operation Maintenance Center）4部分构成。1x的网络架构如图3-1所示。

3.1.1 移动台（MS）

移动台是用户用于接入移动网络的终端设备，它与网络之间的通信介质为无线链路，包括车载台和手机。MS可以完成话音编解码、信道编解码、信息加密、扩频及解扩、调制及解调、信息接收和发射。

目前全球的CDMA移动台分为机卡合一和机卡分离两类，国外一般使用机卡合一的CDMA手机，为了满足用户更换手机需求，中国联通主导了CDMA机卡分离的标准，采用和GSM的SIM卡类似的用户识别卡（UIM, User Identifier Module）, UIM卡作为用户数据和签约信息的存储处理模块。因此国内在销售机卡分离的CDMA手机均采用UIM卡。

3.1.2 基站子系统（BSS）

基站子系统主要包括基站收发信机系统BTS和基站控制器BSC两个功能实体，以及为了支持分组数据而增加的分组控制功能（PCF, Packet Control Function）。电路域中基站系统BSS在分组域也统称为无线网络。下面简要介绍它们的功能。

1．基站收发信机（BTS）

基站收发信机主要功能是进行无线介质和有线介质传输转换，实现移动台和基站之间的无线信号处理并传输至核心侧。功能包括：无线信道的编解码；射频信号调制解调；空中无线资源管理和控制；致BSC的地面传输电路的管理和控制；必要的测量、操作、维护和控制功能。

2．基站控制器（BSC）

BSC的功能是对BTS进行控制，每个BSC可控制一个或多个BTS，通过A接口完成与移动交换中心MSC的话音与信令的交互功能，具体功能如下：空中资源的分配、管理和控制；话音业务的编解码，完成脉码调制（PCM, Pulse Code Modulation）码流和无线信道压缩码流的转换；数字交换矩阵功能，完成基站传输信道和来自移动交换中心的传输信道交叉连接；对基站控制器的管理；对地面传输电路的管理；配合操作维护中心完成无线网络部分的操作维护。

3．分组控制功能（PCF）

分组控制功能是为了支持高速分组数据业务而在1x系统引入的新功能，其主要功能如下：完成无线数据到分组交换数据的格式处理；与分组数据服务节点（PDSN, Packet Data Serving Node）建立、维护和释放第二层的链路连接；为分组数据业务建立和管理无线资源；在MS不能获得无线资源时缓存分组数据；收集与无线链路有关的计费信息并通知PDSN。

3.1.3 网络交换系统（NSS）

1x系统的网络交换系统分为电路域和分组域两大部分，考虑到短信中心（MC, Message Center）、无线智能网（WIN, Wireless Intelligent Network）相关增值业务的发展，本节一并对这两部分进行介绍。

1．电路域部分

电路域部分为移动用户提供基于电路交换的业务，如话音业务、电路数据业务等，并提供这些服务所必需的呼叫控制、用户管理、移动性管理等功能，它包括移动交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR, Visitor Location Register）、归属位置寄存器（HLR, Home Location Register）、鉴权中心（AuC, Authentication Center）等功能实体。

（1）移动交换中心MSC

为移动用户提供电路交换功能，并协助完成无线用户来去话业务的建立，负责和MSC相连接的传输链路的管理、用户移动性管理和呼叫处理功能，MSC负责和外部电路交换网络—公众电话交换网（PSTN, Public Switched Telephone Network）/综合业务数据网（ISDN, Integrated Services Digital Network）相连。

（2）访问位置寄存器（VLR）

存放着其控制区域内所有访问移动用户有关呼叫和提供漫游、补充业务管理的信息。可以独立于MSC，也可以和MSC集群在一起。

（3）归属位置寄存器（HLR）

运营商用于管理用户的数据库，存放着其控制的移动用户的路由、状态等签约信息。

（4）鉴权中心（AuC）

用于认证移动用户的身份并产生相应的鉴权参数的功能实体。AuC可以和HLR集群在一起，也可以独立于HLR。

2．分组域部分

分组域部分为移动用户提供基于IP技术的分组数据服务，包括登录企业内部网和互联网并获取互联网服务提供商（ISP, Internet Service Provider）提供的各种服务，同时提供这些服务所必需的路由选择、用户数据管理、移动性管理。分组域部分包括：分组数据服务节点（PDSN）、认证、授权、计费（AAA, Authentication Authorization and Accounting）和归属代理（HA, Home Agent），其中PCF部分已在无线部分介绍。

PDSN一端通过R-P接口（在cdma2000系统中作为A接口的一部分）和无线网络RAN中的PCF连接，另一端通过IP协议与互联网相连。

根据采用的协议不同，分组域的网络结构可分为简单IP和移动IP两种。当使用简单IP协议时，MS的IP地址由漫游地的接入服务器分配，当使用移动IP时，IP地址由归属地负责分配，此时PDSN还需支持外地代理（FA, Foreign Agent）功能。分组域部分模块的主要功能如下。

（1）分组数据服务节点（PDSN）

PDSN负责为每一个用户终端建立点对点（PPP）连接，管理用户的通信状态信息，向用户提供分组数据业务。PDSN至少要连接到一个基站系统，同时连接到外部公共数据网络。

（2）授权和计费（AAA）

AAA服务器负责为移动用户在分组核心网内提供基于远端拨入用户服务（RADIUS, Remote-Access Dial-In User Service），协议用户身份与服务资格的认证、授权及计费等服务。

（3）归属代理（HA）

为移动用户提供分组数据业务的移动性管理和安全认证，包括认证移动台发出的移动IP注册信息，在外部公共数据网与外地代理FA之间转发分组数据分组，建立、维护和终止与PDSN的通信并提供加密服务，从AAA服务器获取用户身份信息，为移动用户指定动态IP地址。

3．短消息部分

短信中心是存储和转发短消息的功能实体，CDMA通信系统的短消息部分包括3个接口，它们共同协作完成了移动台之间的短消息收发。短消息中心MC与HLR间的接口完成位置查询功能，为发送短消息作准备。当MS之间发送短消息时，短消息先通过短消息中心之间的接口由发送方归属的短消息中心发送到接收方归属的短消息中心，再通过短消息中心与MSC之间的接口，由接收方MSC通过A接口和空中接口转发给接收方。

短消息的标准体系可分为传输层和应用层两个方面。传输层面需要经过空中接口、A接口和ANSI-41部分。应用层只有一个标准即IS-673A, IS-95和1x中的短信接口通用。

4．智能网

CDMA系统的智能网称为无线智能网，包括业务交换节点（SSP, Service Switching Point）、智能外设（IP, Intelligent Peripheral）、业务控制节点（SCP, Service Control Point）等，主要用于控制电路域的业务。CDMA系统的SSP是以MSC交换中心为平台提供业务控制、呼叫控制和资源管理等功能的实体。SCP是提供业务控制和数据功能的实时数据库和事物处理系统。它与SSP之间通过ANSI-41及智能网中所定义的信令互相通信。

CDMA智能网是基于ITU的CS2制定的。在CS2基础上，WIN在分布平面功能上增加了与无线通信有关的一系列功能。WIN的发展独立于无线接口技术。WIN已经完成了第一阶段、预付费业务、第二阶段3个标准，分别为IS-771、IS-826、IS-848，它们对WIN中的一些业务特征以及信息流程进行了规范。

3.1.4 操作维护中心（OMC）

操作维护中心OMC具有远程操作、管理和维护CDMA网络的能力。处于整个CDMA网络体系最高层，提供全局性的网络管理，是一个集中式的设备管理中心，提供网络工程规划数据库及网络日常管理性能数据库。操作维护中心的管理内容有以下5个方面：事件/告警管理、故障管理、性能管理、配置管理、安全管理。