CDMA技术介绍

技术介绍

CDMA

目 录

第一章 CDMA蜂窝移动通信概述 ............................................................................. 1

1.1 移动通讯的发展 .......................................................................................... 1 1.2 移动通讯系统的分类 ................................................................................... 1

1.3 移动系统中的多址方式................................................................................ 1 1.4 不同多址方式的频谱效率 ............................................................................ 2 1.5 CDMA系统的实现....................................................................................... 3 1.6 CDMA系统的特点....................................................................................... 3 1.7 CDMA系统的建议标准................................................................................ 6 第二章 关键技术 ...................................................................................................... 7

2.1 功率控制..................................................................................................... 7

2.1.1 功率控制概述 ................................................................................... 7

2.1.2 功率控制分类 ................................................................................... 8 2.1.3 反向开环功率控制算法 ..................................................................... 8 2.1.4 反向闭环功率控制算法 ..................................................................... 9 2.2 地址码的选择............................................................................................ 10 2.3 软切换 .......................................................................................................11 2.4 分集技术................................................................................................... 12 2.5 语音编码................................................................................................... 12 第三章 信道调制 .................................................................................................... 13

3.1 反向CDMA信道调制 ............................................................................... 13

3.2 前向CDMA信道调制 ............................................................................... 16 第四章 切换 ........................................................................................................... 19

4.1 概述.......................................................................................................... 19

4.2 硬切换的分类和过程 ................................................................................. 19

4.2.1 硬切换的分类 ................................................................................. 19 4.2.2 同一BSC内的硬切换的流程........................................................... 20 4.3 软切换的分类和流程 ................................................................................. 23

4.3.1 软切换的分类 ................................................................................. 23 4.3.2 BSC内的软切换流程 ....................................................................... 23 第五章 移动用户的编码 .......................................................................................... 25

5.1 5.2 5.3 5.4

移动用户号码簿号码(DN):......................................................................... 25 国际移动用户识别码(IMSI)与移动台识别码(MIN): ..................................... 25 临时本地用户号码(TLDN) ......................................................................... 26 电子序列号（ESN）：................................................................................ 26

5.5 系统识别码(SID)和网络识别码(NID)： ...................................................... 26 5.6 登记区识别码(REG_ZONE) ....................................................................... 27 5.7 基站识别码(BSID) ..................................................................................... 27 5.8 HLR号码： ............................................................................................... 27 5.9 MSC号码：............................................................................................... 27 5.10 短消息中心号码： ................................................................................... 27

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5.11 语音信箱： ............................................................................................. 27 5.12 与GT有关的号码： ................................................................................ 27 5.13 GT号码的使用： ..................................................................................... 27 第六章 技术规范 .................................................................................................... 29

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第一章 CDMA蜂窝移动通信概述

1.1 移动通讯的发展

移动通讯从20世纪20年代出现后，得到飞速发展；到70年代初由美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论，模拟蜂窝系统于80年代初开始投入商用；80年代末90年代以来，各种数字蜂窝移动通讯系统逐渐投入商用，如欧洲的GSM，美国的DAMPS、CDMA等。

1.2 移动通讯系统的分类

移动通信系统按用途、频段、制式、入网方式等不同，可以有不同分类方法。

如按使用对象不同分为军用、民用； 按用途和区域可分为陆上、海上、空间； 按经营方式可分为公众网、专用网；

按无线电频道工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工； 按信号性质可分为模拟、数字； 按调制方式可分为调幅、调频和调相；

按多址连接方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。

1.3

移动系统中的多址方式

至于多址技术，现在用到的主要有三种：FDMA、TDMA和CDMA。其中FDMA

被最早采用，而CDMA则是刚刚被采用到蜂窝移动通信中。下面介绍一下FDMA、TDMA和CDMA：

⑴．FDMA 是频分多址的英文缩写，当前应用这种多址技术的主要蜂窝系统有北美的

AMPS和英国的TACS，我国这两种制式都有，但TACS占绝大多数。所谓FDMA，就是在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其他频率的信号被排斥在外。模拟FM蜂窝系统都采用了FDMA。

⑵．TDMA 是时分多址的英文缩写，当前应用这种多址技术的主要蜂窝系统有北美的

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DAMPS和欧洲的GSM，我国这两种制式也都有，但GSM占绝大多数。所谓TDMA，就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来邻近信道的干扰，从而只让规定时隙中有用的信号能量通过。现在使用TDMA实际上都是FDMA和TDMA的组合，如美国TIA建议的DAMPS数字蜂窝系统就是使用了30kHz的频分信道，再把它分成6个时隙进行TDMA传输。

⑶．CDMA 是码分多址的英文缩写，当前应用这种多址技术的主要蜂窝系统有北美

QCDMA和欧洲爱立信的BCDMA。所谓CDMA，就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里，在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该用户二进制序列的信号就不被压缩带宽。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。

1.4 不同多址方式的频谱效率

在FDMA蜂窝系统中，频谱效率取决于每赫兹带宽信息比特和频率复用系数。为

提供可靠的通话质量，载干比（C/I）需要18dB或更高。根据推算和经验表明，在大多数情况下，这个C/I值需要在频率复用系数为1/7时才能达到，也就是：每个小区必须占用210kHz的频谱才有一条话路。

TDMA频谱效率的算法基本上和FDMA相同。对于DAMPS，每个小区必须占用

70kHz的频谱才有一条话路。它的容量是模拟AMPS的三倍。GSM的系统容量约是模拟TACS的两倍。

CDMA频谱效率的算法和上面两种制式不太相同。决定CDMA系统容量的主要参

数有处理增益、所需的Eb/No、话音激活系数、频率复用效率和扇区数目等。通过实验和理论计算，QCDMA的容量可达到AMPS的8~10倍，即每个小区中只占用20kHz的频谱就有一条话路。

CDMA系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其他制式

的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活技术。

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1.5

CDMA系统的实现

CDMA在蜂窝系统中的应用是很早以前就被提出来了，但一直没有得到人们的重

视，主要原因是基于CDMA的蜂窝系统必须有高速、精确的功率控制，否则整个系统将不能很好的工作甚至崩溃。而当时人们普遍认为根据当时的技术条件很难实现这种功率控制，直到美国一个很有创造精神的小公司———Qualcomm公司提出一个大家都很满意的方案并付诸现实。它主要是通过测量移动台的机站的接收功率，利用开环和闭环相结合的功率控制，命令移动台调整功率，使移动台的输出功率电平在维持适当性能的情况下达到最小。这就减轻了对其他用户的干扰，有助于克服衰落，并节省了移动台电池的消耗。

CDMA在我国可以使用的频率是900MHz里的TACS、ETACS和800MHz里的联通、AMPS频段的一部分，以及1900 MHz的频段。

根据我们的经验，从CDMA信道的中心频率到另一个非CDMA系统的边缘频率的频宽大于900kHz即被认为是足够的了。这样，假如我们要在一个已经用满的模拟蜂窝系统中插入一个CDMA信道，需要占用1.8MHz的带宽。如果插入两个CDMA 信道，则需占用1.8+1.25=3.05 MHz，三个CDMA信道占用1.8+1.25×2=4.3 MHz……依此类推。

1.6 CDMA系统的特点

1．多种形式的分集

⑴．时间分集——采用了符号交织、检错和纠错编码等方法。

⑵．频率分集——本身是1.25MHz宽带的信号，起到了频率分集的作用。

⑶．空间分集——基站使用两副接收天线，基站和移动台都采用了Rake接收机技术，

软切换也起到了空间分集的作用。移动台和基站分别配备了三个和四个相关器。 2．CDMA的功率控制

CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰，所以，如果每个移动台的信号到达机站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制的目的就是既维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分为开环和闭环两部分。

⑴．反向开环功率控制

CDMA系统的每一个移动台都一直在计算从基站到移动台的路径损耗，当移动台接收到从基站来的信号很强时，表明要么离基站很近，要么有一个特别好的传播路径。这时移动台可降低它的发送功率，而基站依然可以正常接收。相反，当移动台接收到的信号很弱时，

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它就增加发送功率，以抵消衰耗，这就是开环功率控制。根据许多测试表明，开环功率控制的响应时间常数选择为20~30ms。

⑵．反向闭环功率控制

基站对从移动台收到的信号进行Eb/Nt测量，测量结果如果大于门限，则发送“下降”命令（1dB）；而如果小于门限，则发送“上升”命令（1dB）。移动台则根据收到的命令调整它的发射功率，直到最佳。

⑶．软切换时的闭环功率控制

在软切换时，移动台同时接收两个或两个以上基站对它的功率控制命令，如果有上有下，则只执行让它功率下降的命令。

⑷．前向功率控制

因为不同移动台可能处在不同的距离和不同的环境，基站到每一个移动台的传输损耗都不一样，因此基站必须控制发送功率，给每个用户的前向业务信道都分配以适当的功率。基站的这种视具体情况而分配不同业务信道不同功率的方法就叫前向功率控制。

3．CDMA系统的低发射功率

CDMA系统引入了功率控制，一个很大的好处是降低了平均发射功率而不是峰值功率。而对于模拟系统或其他没有功率控制技术的系统，在传输状况良好的大部分时间里，移动台一直在浪费功率。

4．可变速率声码器

可变速率声码器的一个重要特点是使用适当的门限值来决定所需速率。门限值随背景噪音声平的变化而变化。这样就拟制了背景噪音，使得即使在喧闹的环境下，也能得到良好的话音质量。

5．保密

CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性。 6．移动台辅助的软切换

软切换就是当移动台需要跟一个新基站通信时，并不先中断与原基站的联系。软切换只能在具有相同频率的CDMA信道见进行。

7．话音激活

典型的全双工双向通话中，每次通话的占空比小于35%，CDMA在不讲话时传输速率降低，减轻了对其他用户的干扰。

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8．频率复用和扇区化

当移动台在各个小区均匀分布时，与该移动台处于同一小区的移动台和所有相邻小区的移动台造成的干扰分别为60%和40%。

当小区使用定向天线（即120°扇形天线）时，干扰减为1/3，因为每副天线只收到1/3移动台的发射信号。这样整个系统所提供的容量又可提高约3倍。

9．低Eb/No值和高冗余度的纠错编码 10． 软容量 11． 大容量

我国引进CDMA系统的一个最主要的原因就是因为其大容量的特性。决定CDMA数字蜂窝系统容量的基本参数有：处理增益、Eb/No、通话占空比、频率复用效率和小区山区数。具体如下：

①．处理增益 处理增益对于QCDMA来说是固定的，为21dB，远远高于其他系统。

一般来说，处理增益越大，系统抗干扰性越好。这也是CDMA最早用于军事抗干扰系统中的原因。

②．Eb/No 目前，CDMA系统中所要求的Eb/No为6dB，而模拟系统所需的C/I为

18dB。

③．通话占空比 通话占空比是一个统计数字，约为50%，但由于CDMA采用话音激

活技术，而其他系统没有，仅此比其他系统就增加容量约1倍。

④．频率复用率 在CDMA中，由于它的宽带信道在每个小区中都能复用，所以频率

复用率几乎为1，而窄带一般为1/7。

⑤．小区扇区数 在CDMA系统中，由于不同的扇区可以使用相同的频率，所以容量

将随着扇区数的增大而增大，一般对于一个三扇区小区来说，容量比全向小区增大2.5倍左右。但对其他系统来说，由于不同扇区不能使用同一频率，所以即使分成三扇区也只是频率复用的要求，并没有增加小区容量。

CDMA系统的容量：假设系统被分配1.25MHz带宽，移动台以9.6kbps的声码速率连续发射，若调制和编码技术要求的Eb/No是6dB，这样只要控制移动台的发射功率使它们到达基站的功率相等，在一个小区内20个用户可以同时通话。 12． 从模拟向CDMA过渡

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1.7 CDMA系统的建议标准

CDMA最早的标准是由美国Qualcomm公司提出来的，并于1990年7月31日公开发表。交换机之间的相互操作接口规范采用美国现在的标准接口IS-41。交换机到机站的接口技术规范现在已经有摩托罗拉公司提交的A+接口和AT&T公司提交的UltrA接口等，我国的相关标准正在制定。我国目前采用的CDMA标准主要是向美国靠拢，但又根据我国实际情况稍有不同。

IS-95空中接口标准第一版是1995年版，称为IS-95A；IS-95A定义了800MHz频段的蜂窝系统的空中接口。ANSI-J-STD-008定义了PCS版本的空中接口（即1900MHz频段系统的空中接口）。ANSI-J-STD-008与IS-95A相比，它定义了不同频段的CDMA系统，并且与用户基站识别有关的呼叫处理，例如寻呼和喊叫发起也和IS-95A不同。TSB74定义了速率集合2（14.4kbit/s）的标准。IS-95B包含了 IS-95A、ANSI-J-STD-008和TSB74标准，并且定义了达到8个并行码的高速数据操作，传输速率可以达到115.2kbit/s。除了上述空中接口标准外，IS-97和IS-98规定了移动台和基站的最小性能规范。

当前，CDMA系统接口及信令标准如下表所示。 序号 1 2 系统间接口 移动台与基站间的接口 BSS和MSC间的接口 接口名称 Um接口 A接口 遵循标准 EIA/TIA IS-95A EIA/TIA IS-634（Motorola 提交） ULTRA（AT&T提交） QA（Qualcomm提交） EIA/TIA IS-41C 一般为内部接口 优先选用7号信令 有待进一步研究 EIA/TIA IS-41C 有待进一步研究 EIA/TIA IS-41C EIA/TIA IS-41C 有待进一步研究 有待进一步研究 EIA/TIA IS-41C 备注 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

MSC/VLR与HLR/AC间的接口 MSC与VLR间的接口 MSC与PSTN之间的接口 MSC与ISDN接口 MSC至短消息业务实体（SME）的接口 MSC至操作OMC的接口 MSC间及VLR间的接口 HLR至MC的接口 MSC至EIR的接口 HLR至AC的接口 MC与MC之间以及MC与SME之间的接口 C/D接口 B接口 Ai接口 Di接口 E/G接口 N接口 H接口 M接口 - 6 -

第二章 关键技术

2.1 功率控制

2.1.1 功率控制概述

所谓的功率控制，就是在无线传播上对手机或基站的实际发射功率进行控制，以尽可能降低基站或手机的发射功率，这样就能达到降低手机和基站的功耗以及降低整个GSM网络干扰这两个目的。当然，功率控制的前提是要保证正在通话的呼叫拥有比较好的通信质量。可以通过图2-1所示来简单说明一下功率控制过程。 AB图2-1 功率控制示意图

从上图可见，由于在A点的手机离基站的发射天线比较远，而电波在空间的传播的损耗与距离的N次方成反比，因此，为了保证一定的通信质量，A点的手机通信时就要使用比较大的发射功率。相比而言，由于B点离基站的发射天线比较近，传播损耗也就比较小，因此，为了得到类似的通信质量，B点的手机通信时就可以使用比较小的发射功率。当一个正在通话的手机从A点向B点移动时，功率控制可以使它的发射功率逐渐减小，相反，当正在通话的手机从B点向A点移动时，功率控制可以使它的发射功率逐渐增大。

功率控制可以分为前向功率控制和反向功率控制，前向和反向功率控制是进行的。所谓的反向功率控制，也就是对手机的发射功率进行控制，而前向功率控制，就是对基站的发射功率进行控制。不论是前向功率控制还是反向功率控制，通过降低发射功率，都能够减少前向或反向的干扰，同时降低手机或基站的功耗，表现出来的最明显的好处就是：整个CDMA网络的平均通话质量大大提高，网络容量得到提高，手机的电池使用时间也大大延长。

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在CDMA系统中，功率控制被认为是所有关键技术的核心。CDMA功率控制的目的就是为克服远近效应。

2.1.2 功率控制分类

在CDMA蜂窝移动通信系统中，有以下几种功率控制方式：

反向开环功率控制：反向开环功率控制只是移动台对发送电平的粗略估计，移动台通过测量接收功率来估计发送功率，开环功率控制至少应该达到±32dB的动态范围。

反向闭环/外环功率控制：在对反向业务信道进行闭环功率控制时，移动台将根据在前向业务信道上收到的有效功率控制比特（在功率控制子信道上。每个功率控制比特将替代两个连续的前向业务信道调制符号，这个技术就是通常所说的符号抽取技术。）来调整其平均输出功率。功率控制比特（“0”或“1”）是连续发送的，其速率为每比特1.25ms（即800bit/s）。“0”比特指示移动台增加平均输出功率，“1”比特指示移动台减少平均输出功率。每个功率控制比特使移动台增加或减少功率的大小为1dB。

在开环估计的基础上，反向闭环功率控制使移动台将提供±24dB的闭环调整范围。 反向外环功率控制是用来动态调整反向闭环功率控制中的信噪比门限Eb/No的。主要有四种算法：Qualcomm公司、Lucent公司、Motorola公司以及东南大学提出的一种简化算法。

前向功率控制：实施前向功率控制，基站通过移动台对前向误帧率的报告决定增加发射功率还是减少发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告。

2.1.3 反向开环功率控制算法

反向开环功率控制是指移动台通过测量从基站发来的信号功率，估计前向链路的路径损耗以作为判断反向链路损耗的依据，从而确定移动台自身的发射功率。即是说反向开环功率控制的主要目的是消除平均路径损耗和慢衰落（阴影效应引起的）。

反向开环功率控制算法如下：

(a) 接入状态时，为了防止移动台一开始发射过大的功率而增加不必要的干扰，移动台首先采用接入尝试程序。接入尝试程序的流程图如图1所示。

其中，MAX_RSP_SEQ为接入信道请求的最大接入试探序列数，NUM_STEP为单一接入试探序列中传送的最多接入试探数减一的值。它实质上是一个功率不断增大的过程，各接入试探序列的第一接入试探按估算的功率发射，随后的试探序列不断的增加发射功率，直到收到响应或试探结束。

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如果接入成功，移动台进入反向业务状态，这时平均输出功率为： 平均输出功率(dBm)=-平均输入功率(dBm)

-73+NOM_PWR(dB)+INT_PWR(dB) +PWR_STEP之和(dB) （1） 其中，

平均输入功率是移动台测量的接收总功率；

NOM_PWR和INIT_PWR两参数就是IS-95A的标准中引入的用来修正上述的常数的。NOM_PWR为标称发射功率偏置，是移动台用于开环功率估计的校正因子,用来补偿前反向CDMA信道之间不相关造成的路径损耗，其取值范围是-16dB—15dB，标称值是0dB；INT_PWR为接入的初始功率偏置，是用于在接入信道上初始发射的开环功率控制估计的校正因子，改变它可影响接入的效率。其取值范围是-8dB—7dB，标称值是0dB。但这两个参数通常也不好确定。因此，目前有一种改进的方法是不改变此消息的结构，用参数PILOT_PWR和RCVR_SENS来代替NOM_PWR和INIT_PWR，但这需要移动台的配合。

PWR_STEP为移动台在接入试探序列中连续的接入试探之间用来增加发射功率的值，标称值是1dB。

2.1.4 反向闭环功率控制算法

由于前、反向链路载频相隔45MHz，远超过了相干带宽，因此反向链路中存在开环中没有消除的、与前向链路相的损耗。为实现精确的功率控制，必须采用闭环功率控制技术进行弥补，即由基站辅助移动台，每隔1.25ms检测一次解调的反向业务信道信号的信噪比SNR，然后将其与一设定的门限值作比较，以产生相应的功率控制命令，插入前向业务信道发送给移动台。这一控制过程可用图2-2来示意。显然闭环功率控制分为外环控制和闭环控制两部分。

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统 计 反 向 链 路 等 于 N 1%? FER Y外环调整 闭环控制 Eb NEbNt >N0?EbNt基站测量 1% Y插入功率控制 比特1 基站BS 移动台MS 发射功率的 调整功率控制命令 检测发送环外调整算法设定新的EbN0插入功率控制 比特0

图2-2 反向闭环功率控制原理图

2.2 地址码的选择

伪随机序列（或称PN码）具有类似于噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。

m序列是最简单、最易实现的一种周期性伪随机序列，是“最长线性反馈移位寄存器序列”的简称。如果r级线性移位寄存器输出序列的周期是P=2-1，则该序列称为m序列。M序列性能优良，有近似于最佳的相关特性，也就是说，对于m序列的两个不同相位的序列，a(n)和a(n-r)，当周期P很大并且r模P≠0时，这两个序列几乎是正交的。

IS-95是利用PN码的自相关性，而m序列的自相关性是最好的，所以在IS-95中选择了m序列的PN码作为地址码，利用不同相位的m序列几乎正交的特性来为每个用户的业务信道分配一个相位。

只要改变掩码的值，m序列的相位将随之改变。在IS-95的CDMA系统中，就是利用了这一特性来给每一用户分配一个由手机ESN（电子串号）计算出来的掩码，也就是说，每一用户分配一个PN码（长度为2-1）的相位，而且不可能重复，由于m序列的双值自相关性，每两个用户之间都是近似正交的。

在前向信道中，长度为242-1的m序列被用作对业务信道进行扰码（注意不是被用作扩

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r

频，在前向信道中是使用正交的Walsh函数进行扩频）。长度为2-1的m序列被用于对前向信道进行正交调制，不同的基站使用不同相位的m序列进行调制，其相位差至少为个比特，这样，最多可有512个不同的相位可用。

在反向信道中，长度为2-1的m序列被用作直接扩频，每个用户被分配一个m序列的相位，这个相位是由用户的ESN计算出来，这些m序列的相位是随机分布且不会重复的。长度为2-1的PN码也被用语反向业务信道进行正交调制，但对于所有移动台多使用同一相位的m序列，其相位偏置为0。

在CDMA系统中，每个前向码分信道用1.2288Mbit/s比特率的阶Walsh 函数进行扩频，以使前向码分信道间相互正交。用阶Walsh 函数n（n=0~63）进行扩频的码分信道定为第n个码分信道，其中，Walsh 函数n是指Walsh 函数矩阵的第n+1行。

短码： 215 -1 T=26.6ms (15阶m序列)； 长码：242-1 T=42天 (42阶m序列)

系统时间：1980.1.6.00:00:00始以短码初相(‘1’+15个‘0’)与长码初相(1+41个‘0’)重合为开始，T=37世纪

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42

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2.3 软切换

在CDMA系统中，移动台会发生以下几种切换：

⑴．软切换 在这种切换中，当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原

来基站之间的通信。软切换仅仅能用于具有相同频率的CDMA信道之间，软切换可提供在基站边界处的前向业务信道和反向业务信道的路径分集。 ⑵．更软切换 这种切换发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间。

⑶．硬切换 移动台先中断与原来基站的联系，再与新基站取得联系。硬切换一般发生

在不同频率的CDMA信道间。

⑷．CDMA到模拟切换 移动台从CDMA业务信道转道模拟话音信道。

“导频集合”（是指所有具有相同的频率但不同PN码相位的导频集）分以下几类： ⑴．有效导频集：与正在联系的基站相对应的导频集合。

⑵．后选导频集：当前不在有效导频集里，但是已有足够的强度表明与该导频相对应基

站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。

⑶．相邻导频集：当前不在有效导频集和后选导频集但又根据某种算法被认为很快可以

进入后选导频集的导频集合。

⑷．剩余导频集：不被包括在相邻导频集、后选导频集和有效导频集里的所有其他导频

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的导频集合。

更软切换是由基站完成的，并不通知MSC。对于同一移动台，不同扇区天线的接收信号对基站来说就相当于不同的多径分量，并被合成一个话音帧送至选择器（Selector），作为此基站的语音帧。而软切换是由MSC完成的，将来自不同基站的信号送至选择器，由选择器选择最好的一路，再进行话音编解码。

若相邻基站恰巧处于不同MSC范围，这时即使是同一载频，在目前也只能是进行硬切换，因为此时要更换声码器。如果以后BSC间使用了IPI接口和ATM，才能实现MSC间的软切换。

2.4 分集技术

分集技术是指系统能同时接收两个或更多个输入信号，这些输入信号的衰落互不相关。系统分别解调这些信号然后将它们相加，这样可以接收到更多的有用信号，有效克服衰落。

在基站处，对应于每个反向信道，都有四个数字解调器，而每个数字解调器又包含两个搜索单元，一个解调单元，可以同时解调四个多径信号，进行矢量合成，并采用数字判决恢复信号。在移动台里，只有三路数字解调单元，一个搜索单元，可以同时解调三个多径信号进行矢量合成。如果移动台处在三方软切换中，即使从其中一个基站来的第二条路径信号强度大于从另外两个基站来的信号强度，移动台也不解调这条多径信号，而是尽量多地解调从不同基站来的信号，以便获得来自不同基站的功率控制比特，使自身的功率发射总处于最低的状态，减少对系统的干扰。

2.5 语音编码

在CDMA系统中，采用的是QCELP（Qualcomm码激励线性预测）语音编码技术，它是从线性预测编码技术发展来的。

QCELP主要是使用码表矢量量化差值信号，然后基于语音的激活程度产生一个可变的输出数据率。对于典型的双方通话，平均输出数据速率比最高数据速率差不多可以下降2倍甚至更多。

数据速率的选择是基于每一帧的能量与三个门限的比较。如果自相关函数R（0）大于所有三个┆仅大于两个┆只大于一个┆小于所有三个门限，就选择数据速率1┆1/2┆1/4┆1/8。速率的选择还应符合：第一，数据速率每帧只允许下降一个级别；第二，当CDMA使用半速率技术时，即使当前帧根据门限选择是速率1，而实际只能选择速率1/2。

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第三章 信道调制

3.1 反向CDMA信道调制

反向CDMA信道由接入信道和反向业务信道组成。在反向信道上，基站和用户使用不同的长码掩码区分每个接入信道和反向业务信道。同一基站的同一接入信道用户所用的接入信道长码掩码是一致的。

反向CDMA信道的数据传送以20ms为一帧，所有数据在发送之前均要经过卷积编码、块交织、阶正交调制、直接序列扩频以及基带滤波。

反向接入信道和反向业务信道的调制过程示意图如下图：

图3-1 反向接入信道调制过程

接入信道信息比特88bit/帧4.4kbps增加8个尾比特4.8kbps卷积编码r=1/3,k=9码符号14.4ksps码符号重复码符号码符号块交织28.8ksps28.8ksps阶Walsh正交调制调制符号Walsh码片4.8ksps307.2kcpsI导频PN序列I1.2288McpsCOS(2fct)基带滤波I(t)长码扩频PN码片1.2288McpsQS(t)延时1/2码片 406.9ns射频调制Q延时导频PN基带滤波Q(t)序列SIN(2fct)长码发生器1.2288Mcps四相调制长码掩码

反向业务信道信息比特172,80,40,16比特/帧8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps增加帧质量指示比特(9600,4800bps时)9.2kbps4.4kbps2.0kbps0.8kbps增加8个尾比特9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps卷积编码r=1/3,k=9码符号28.8ksps14.4ksps7.2ksps3.6ksps码符号重复码符号码符号块交织28.8ksps28.8kbps阶Walsh正交调制调制符号Walsh码片4.8ksps307.2kcpsI导频PN序列I1.2288McpsCOS(2fct)数据突发随机化发生器长码扩频延时PN码片1.2288McpsQ1/2基带滤波I(t)S(t)码片 406.9ns射频调制QQ(t)延时导频PN基带滤波SIN(2fct)序列长码发生器1.2288Mcps四相调制长码掩码

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图3-2 反向业务信道调制过程

接入信道和业务信道的区别在于：接入信道调制不经过最初的“增加帧指示比特”和“数据突发随机化”这两个步骤，也就是说，反向接入信道调制中没有加入CRC校验比特，而且接入信道的的发送速率是固定的，为4800bit/s，反向业务信道支持9600、4800、2400和1200bit/s的可变数据速率，但只对9600 bit/s和4800两种速率使用CRC校验（即帧质量指示）。

接入信道由其公用长码掩码唯一识别。一个寻呼信道可最多对应32个反向CDMA接入信道，标号从0至31。

当移动台刚进入接入信道时，首先发送一个接入信道前缀，它的帧由96个全零组成，也是以4800 bit/s的速率发射。发射接入信道前缀是为了帮助基站捕获移动台的接入信道信息。 反向业务信道的帧质量指示比特具有两个功能：第一是确定该帧是否有错；第二是帮助确定该帧的速率。

每个反向业务信道帧的最后8个比特称为编码尾比特，这8个比特均被置为“0”。 在移动台处于业务信道初始化状态期间，即刚进入反向业务信道在前向业务信道上收到第一个有效消息为止传送业务信道前缀。反向业务信道前缀是由192个“0”组成的帧构成，以9600 bit/s传输，其中不包括帧质量指示比特。

手机处于待机状态时发送无业务的信道数据，它由16个“1”加8个“1”构成的帧组成，发送速率为1200 bit/s。

CDMA反向信道实际的码符号率为28800码符号/秒。由于6个码符号被调制成一个调制符号用于传输，所以调制符号传输速率为28800/6=4800调制符号/秒。调制符号有由阶Walsh函数中的一个进行调制，每个调制符具有个Walsh比特片，这样Walsh比特片率为固定的4800×=307.2 k chip/s。又因为每一个Walsh比特片被扩成四个PN比特片，所以其最终的数据速率是扩频PN序列的速率，为1.2288 M chip/s。

移动台对不同速率反向业务信道和接入信道的初始信息数据进行卷积编码。卷积编码率为1/3，约束长度为9，简单的所就是一个数据比特，输出三个码符号，且在输入数据比特流中相连的9个比特是相关的。

当数据速率低于9600 bit/s时，从卷积编码器输出的码符号在交织前先要被重复，这是为了适合块交织和数据突发随机数发生器的操作。在反向业务信道上，除其中一个码符号外其

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他重复的码符号在传输之前均被滤除；在接入信道上，所有重复的码符号均被传输，着可增加接收的可靠性。

在调制和发射以前，移动台还要对所有反向业务信道和接入信道上的码符号进行交织，使用长度为20ms的块交织。交织器为32行和18列的阵列（即576个单元）。交织的主要作用是抗快衰落。

在发射之前，反向业务信道交织输器出后要经过一个时间滤波器进行选通，门控电路的选通和不选通是由数据突发随机数发生器函数确定的，数据突发随机数发生器保证每个重复的码符号仅被传输一次。但当移动台在接入信道上发射时，不使用数据突发随机数发生器。数据突发随机数算法满足：1/4全速率数据通道选通的时隙是1/2全速率选通时隙的的一个子集，1/8全速率选通的时隙是1/4全速率选通时隙的一个子集（时隙也就是一个功率控制组）。

反向业务信道在数据随机化之后被长码直接序列扩频，即数据突发随机数发生器输出的数据流与长码的模2加；而接入信道在经过正交调制后就被长码直接序列扩频，即阶正交调制器输出的数据流与长码的模2加。

整个CDMA系统中所用到的长码序列只有一个，只是初相不同，CDMA系统通过不同的掩码给每一个信道分配一个不同的初相。

接入信道掩码为：M41至M33置“110001111”；M32至M28被置为所选的接入信道号；M27至M25置为该移动台目前所属寻呼信道的信道号（范围是1~7）；M24至M9置为目前基站的BASE-ID（基站识别号）；M8至M0置为前向CDMA信道的PILOT-PN值。 反向业务信道的掩码可选此二者之一：公用长码掩码和专用长码掩码。公用产吗掩码为：M41至M32置为“1100011000”，M31至M0置为移动台电子串号（ESN）比特的重新排列（扰码）。由于同一地区移动台ESN是连续排列的，所以这样重新排列后可防止顺序ESN长码导致的高度相关性。

在直接序列扩频以后，反向业务信道和接入信道将进行正交扩频，用于该扩频的序列是前向CDMA信道上使用的零偏置I和Q正交导频序列。该序列的周期为215比特片。导导频PN序列每26.666ms重复一次（215/12288000s），即每2s重复75次。由Q导频PN序列扩频的数据相对于I导频PN序列扩频的数据将延时半个PN比特片的时间（406.901ns），这样四相调制的最大相位变化为90度，而不会发生180度的突变。所以CDMA反向信道调制为OQPSK。

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在扩频以后进行I、Q基带滤波。

3.2 前向CDMA信道调制

前向CDAM信道由下述码分信道组成：导频信道、同步信道、寻呼信道（最多可以有7个）和若干业务信道。每个码分信道都要经过一个Walsh函数进行正交扩频，然后由1.2288Mchip/s速率的伪噪声序列扩频。在基站可按频分多路方式使用多个前向CDMA信道（1.23MHz）。前向信道的码分信道的配置并不是固定的，其中导频信道一定要有，其余的码分信道可根据情况配置。

前向CDMA信道调制过程示意图如下图。

导频信道在CDMA前向信道上是不停发射的。它用于使所有在基站覆盖区中工作

的移动台进行同步和切换。

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虽然导频PN序列偏置值有215个，但实际取值只能是512个值中的一个

（2/=512）。一个前向CDMA信道的所有码分信道使用相同的导频PN序列。相邻基站的导频PN序列偏置指数间隔应设置的大一些。

同步信道的比特率是1200bit/s，其帧长为26.666ms。同步信道上使用的导频PN序

列偏置与同一前向信道的导频信道上使用的相同。一旦移动台“捕获”到导频信道，即与导频PN序列同步，这时可认为移动台与这个前向信道的同步信道也达到同步。

基站使用寻呼信道发送系统信息和移动台寻呼消息。基本寻呼信道为标号为1的寻

呼信道。寻呼信道发送9600bit/s或4800bit/s固定数据速率的信息，不支持2400bit/s和1200bit/s数据速率。在一给定系统中所有寻呼信道发送数据速率相同。

一个前向CDMA信道所能支持的最大前向业务信道数等于63减去寻呼信道数和同

步信道数。

同一CDMA信道的不同前向业务信道所用的导频偏置相同，和同一前向CDMA

信道的导频信道所用的相同，但帧偏置不同，帧偏置是由FRAME-OFFSET参数决定，前向业务信道帧偏置与反向业务信道帧偏置相同。

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导频信道4.4kbpsWalsh函数W0PN码片1.2288Mcps同步信道4.8kbps卷积编码r=1/2,k=9码符号2.4ksps码符号重复码符号码符号Walsh函数W32PN码片1.2288Mcps块交织4.8ksps4.8ksps数据扰码寻呼信道4.8kbps卷积编码r=1/2,k=9码符号2.4ksps码符号重复码符号码符号Walsh函数WpPN码片1.2288Mcps块交织4.8ksps4.8ksps19.2ksps寻呼信道p的长码掩码长码发生器1.2288Mcps抽取器对用户m的前向信道信息比特172,80,40,16比特/帧8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps增加帧质量指示比特(9600,4800bps时)9.2kbps4.4kbps2.0kbps0.8kbps增加8个尾比特9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps卷积编码r=1/2,k=9码符号19.2ksps9.6ksps4.8ksps2.4ksps码符号重复码符号19.2ksps功率控制比特数据扰码块交织19.2ksps800bps复用器Walsh函数WnPN码片1.2288Mcps用户m的长码掩码长码发生器抽取器1.2288Mcps抽取器I导频PN序列1.2288McpsCOS(2fct)I基带滤波I(t)四相调制QQ(t)S(t)射频调制基带滤波Q导频PN序列1.2288McpsSIN(2fct)

图3-3 前向CDMA信道调制过程示意图

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前向CDMA信道与反向CDMA信道调制的不同点：

⑴.同步信道、寻呼信道和前向业务信道在发送前要进行卷积编码，与反向CDMA信道的1/3比率的

卷积编码不同，前向信道的卷积码是1/2比率，约束长度为9。

⑵. 数据扰码只用于寻呼信道和前向业务信道，而反向CDMA没有采用数据扰码。

⑶. 功率控制子信道在前向业务信道上是连续发送的。子信道按每1.25ms一个比特（“0”或“1”）

的速率发送（即800bit/s）。“0”比特指示移动台增加输出功率，“1”比特指示移动台减少输出功率。每个功率控制比特使移动台增加或减少功率的大小为1dB。每10个相同功率控制比特导致的平均输出功率变化为8～12dB。移动台提供的调整范围大于±24 dB。

⑷. 与反向CDMA信道调制不同，在前向CDMA信道调制中所有的重复比特全部发送，但对于不同速率

其发射功率不同，速率越低，功率越低。

⑸. 前向CDMA信道上传送的每个码分信道要用1.2288Mchip/s固定比特片率的Walsh函数进行扩

频，用Walsh函数n进行扩频的码分信道定义为第n个码分信道（n=0~63）。第0个码分信道总是作为导频信道。如果有同步信道，则使用地32个码分信道。如果有寻呼信道，它们应为地1至第7（含1、7在内）号信道，顺序采用。其余的码分信道作为前向业务信道，CDMA的前向码分信道彼此正交。而反向CDMA调制中的扩频是由长码进行的。

⑹. 根据四相扩频后生成的相位转换图，前向CDMA信道调制具有180度的相位突变，这就是QPSK

调制。而反向信道调制是OQPSK。

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第四章 切换

4.1 概述

在CDMA的蜂窝小区系统中，充分采用了无线频率资源复用的技术，使一个区域由多个小区来共同完成覆盖。这样就出现了越区自动切换的概念，例如当一个移动用户正在通话的时候，从某小区的覆盖范围移动到另一个小区的覆盖范围，为使通话不中断需要自动切换信道。这个过程应在用户察觉不到的情况下进行，也不需要用户介入。

由于CDMA蜂窝移动通信系统的频率复用率可以到100%，所以除了一般的硬切换（不同载频之间的切换）以外，CDMA蜂窝移动通信系统还提供了软切换功能，即相同载频之间的切换，使切换引起掉话的概率大大降低，提高了通信的可靠性。软切换除提高服务质量外，还提高了话音质量，并在一定程度上提高了系统容量。在CDMA蜂窝移动通信系统中，软切换最多可支持多达6方的软切换。

CDMA蜂窝移动通信系统中切换有以下几种：

软切换：在这种切换中，当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原基站之间的通信。软切换必须在具有相同频率的CDMA信道之间实现。

更软切换：是软切换的一种特殊情况，指发生在同一基站不同扇区之间的软切换。

硬切换：指发生在不同频率的CDMA信道间的切换，在此种切换时，移动台先中断与原基站的联系，再与新基站取得联系。

切换由移动台主导。

4.2 硬切换的分类和过程

4.2.1 硬切换的分类

以下是所有硬切换方式：

同一BTS内不同载频之间的切换；

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同一BSC内不同BTS之间不同载频的切换； 同一MSC内，不同BSC的之间不同载频的切换； 不同MSC间，不同BTS之间不同载频的切换；。

由于各种硬切换的流程相差不大，在这里只介绍BSC内的硬切换流程。

4.2.2 同一BSC内的硬切换的流程

同一BSC内的切换原则上实行软/更软切换流程，由于资源占用的情况，目标基站范围内无相同载频或无法使用相同的帧偏置，只能另外选择无线资源，但为了减少切换缝隙，声码器不发生更换，这样的切换有时也称为半软切换，空中的切换指令发出后，源基站上无线资源和无线信道要释放。

硬切换分为加入和去除。 4.2.2.1 硬切换去除

硬切换去除流程示意图如下：

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MSCBSCBTSPilot Strength MeasurementMSaPilot Strength MeasurementbHandoff RequiredcHandoff CommanddExtended Handoff Direction MsgeExtended Handoff Direction MsgfHandoff CommencedgClear CommandhRCH RemoveiRCH Remove AckjClear Completek

图4-1 硬切换去除流程图

MS检测到某信号强度超过阀值，向BSS发送导频测量报告 导频测量报告消息通过反向业务帧复用，送到BSC

BSC结合导频测量报告消息和本BSC的配置、资源使用情况，判断此切换为硬切换去，向MSC发送切换请求

MSC收到目的BSC的切换确认之后，回切换命令，允许进行硬切换 BSC发送扩展切换指示消息，指示MS按照特定的参数进行切换 扩展切换指示消息通过前向业务帧复用，发送给MS BSC向MSC发送消息，表示切换开始 切换完成之后，MSC发送清除消息 BSC指示BTS释放业务信道

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业务信道释放完成

BSC向MSC发送消息，表示清除完成

4.2.2.2 硬切换加入

硬切换加入流程如下：

MSCBSCBTSMSHandoffRequestaRCHSetupbRCHSetupAckcHandoffRequestAckdPreambleeCESyncfHandoffCompleteg

图4-2 硬切换加入流程图

MSC向目标BSC发送切换指示，表示有MS需要向本BSC进行硬切换 BSC指示BTS建立业务信道 业务信道建立成功

BSC向MSC回切换确认，表示所有资源分配完成，可以接受MS的切换 MS切换过来，BTS检测到此MS发送的preamble

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BTS通知BSC已经检测到MS BSC通知MSC，切换成功

4.3 软切换的分类和流程

4.3.1 软切换的分类

以下是所有软切换方式：

同一BTS内不同扇区相同载频之间的切换； 同一BSC内不同BTS之间相同载频的切换； 同一MSC内，不同BSC的之间相同载频的切换； 不同MSC间，不同BTS之间相同载频的切换；。

由于各种软切换的流程相差不大，在这里只介绍BSC内的软切换流程。

4.3.2 BSC内的软切换流程

MSCBSCBTSMSPilot Strength MeasurementaPilot Strength MeasurementbExtended Handoff Direction MsgcExtended Handoff Direction MsgdExtended Handoff Direction Msg AckeExtended Handoff Direction Msg AckfHandoff Performedg 图4-3 软切换流程图

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MS检测到某信号强度超过阀值，向BSS发送导频测量报告 导频测量报告消息通过反向业务帧复用，送到BSC

BSC结合导频测量报告消息和本BSC的配置、资源使用情况，判断此切换为软切换，向MS发送扩展切换指示，其中带有切换所必需的各种参数

扩展切换指示消息通过前向业务帧复用，发送给MS MS确认已经收到扩展切换指示

确认消息通过反向业务帧复用，送到BSC BSC通知MSC，已经完成一次软切换

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第五章 移动用户的编码

5.1 移动用户号码簿号码(DN):

DN号码为本网移动用户作被叫时，主叫用户所需拨的号码。 DN号码的结构如下： 其中：

CC:是国家码，中国使用86。

MAC:是移动接入码，本网采用网号方案，为13x13x。 H0H1H2H3:HLR识别码，由总部统一分配到本地网。 ABCD：移动用户号，由各HLR自行分配。

CC + MAC

+

H0H1H2H3 + ABCD 国际移动用户DN号码 国内有效移动用户号码 5.2 国际移动用户识别码(IMSI)与移动台识别码(MIN):

IMSI是在CDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网中唯一地识别一个移动用户的号码。这个号码应当被写入移动台中。IMSI是15位十进制的数字，其号码结构如下：

其中：

MCC是移动国家码，中国为460； MNC是移动网络码，本网使用05；

MSIN是移动用户识别码，是10位十进制的数字。

MCC

MNC

国际移动用户识别

国内移动用户识别

MSIN

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MIN码是为了保证CDMA/AMPS双模工作而沿用AMPS标准定义的，本要求MIN是IMSI的后10位，即MSIN。

MSIN号码结构如下： 其中：

XX是分配给我国的MIN号码段，本网暂定使用09。 H0H1H2H3：与DN号码中的H0H1H2H3相同。

ABCD：用户号，可以根据DN号码中的ABCD按一定方式扰码得到，扰码方式由总部定义。

XX +

H0H1H2H3 +

ABCD

5.3 临时本地用户号码(TLDN)

当呼叫一个移动用户时,为使网络进行路由选择, MSC临时分配给移动用户的一个号码。它是13x后面第一位为5的号码。其号码结构为：

其中： CC是86；

MAC是13x，其中H0H1H2H3的分配方案与DN号码中H0H1H2H3的分配方案相同。

CC +

MAC +

5 +

H0H1H2H3 + ABC 5.4 电子序列号（ESN）：

电子序列号是唯一地识别一个移动台设备的号码，每个双模移动台分配一个唯一的电子序号。它包含32比特，设备序列号由移动台的生产厂家设置。

5.5 系统识别码(SID)和网络识别码(NID)：

在CDMA网中，移动台根据一对识别码（SID，NID）判决是否发生了漫游。系统识别码(SID)包含15比特。本网首先使用比特14至比特9为110010的512个号码。每个移动本地网分配一个SID号码，每个本地网具体获得的号码由总部确定。

网络识别码(NID)由16比特组成，NID的0与65535保留。0用作表示在某个SID区中不属于特定NID区的那些基站。65535用作表示移动用户可在整个SID区中进

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行漫游。NID的分配由各本地网管理，具体的分配方案待定。

5.6 登记区识别码(REG_ZONE)

在一个SID区或NID区中唯一识别一个位置区的号码，它包含12比特。由各本地网管理，具体的分配方案待定。

5.7 基站识别码(BSID)

一个16比特的数，唯一地识别一个NID下属的基站。由各本地网管理，具体

的分配方案待定。

5.8 HLR号码：

当一个HLR所属的用户的IMSI号码为460 05 09 H0H1H2H3 ABCD时，这个HLR的HLR号码为460 05 09 H0H1H2H3 0000。

5.9 MSC号码：

一个MSC的MSC号码为86 13x 5 H0H1H2H3 100。

5.10 短消息中心号码：

短消息中心的号码为86 13x 5 H0H1H2H3 000。

5.11 语音信箱：

PSTN及其他PLMN终端接入号码：13x 00 XYZ 181（暂定，需要与GSM网协调）

自动转入号码：13x 00 XYZ 182（暂定，需要与GSM网协调） 本人手机接入号码：13x 00 XYZ 183（暂定，需要与GSM网协调） 短码：*182

5.12 与GT有关的号码：

本网使用E.212和E.1号码作为GT号码。

5.13 GT号码的使用：

1.当移动台漫游到一个新的拜访MSC后，拜访MSC第一次向HLR发送消息（登记消息和登记鉴权消息）。这个消息的主叫GT应当设置为这个MSC的MSC号码；被叫

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GT原则上应当设置为移动台的IMSI号码。

2.当HLR向MSC发送消息时，主叫GT应当是HLR号码，被叫GT应当是MSC号码，这个MSC号码是根据上述第一条消息的主叫GT确定的。

3.当关口MSC和服务MSC向HLR发送其他消息时，主叫GT应当设置为MSC号码，被叫GT应当设置为HLR号码。

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第六章 技术规范

CDMA遵循以下等技术规范：

1.GB7611-87《脉冲编码调制通信系统网络数字接口参数》 2.YDN065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》 3.GF018-95《公用电话网自动电话编号》

4.GF001-9001《中国国内电话网No.7信号方式技术规范》

5.YDN-068-1997《国内No.7信令方式技术规范-消息传递部分（MTP）》 6.GF010-95《国内No.7信令方式技术规范-信令连接控制部分（SCCP）》

7.YDN095-1997《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技术要求》

8.YDN093-1997《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网移动应用部分（MAP）技术要求》 9.YDN094-1997《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网移动交换中心与PSTN网接口技术要求》 10.YDN《中国电话网随路信令方式技术规范》

11.YDN043-1997《数字蜂窝移动通信网NO.7 ISUP 信令技术规范》 12.YDN066-1997《NO.7信令方式技术规范-运行管理应用部分(OMAP)》

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