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摘 要 本文討論了IS-95/cdma2000系統(tǒng)接入技術(shù)相關(guān)的若干關(guān)鍵問題，并進(jìn)行了剖析，澄清了一些易混淆的問題，對實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)有較大的參考價值。
關(guān)鍵詞 cdma2000 接入技術(shù)
1 引言
隨著聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)的大規(guī)模建設(shè)以及cdma2000 1x商用網(wǎng)的擴(kuò)大，cdma2000系統(tǒng)中的各標(biāo)準(zhǔn)的研究與實(shí)現(xiàn)已引起越來越多的關(guān)注。
一般而言，接入機(jī)制和切換機(jī)制從根本上決定了通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。尤其是接入機(jī)制，在呼叫建立前起著決定性作用。弄清接入機(jī)制的關(guān)鍵問題，有助于判斷接入失敗的原因，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，有助于開發(fā)接收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)移動臺接入信息的捕獲。
本文對IS-95/cdma2000系統(tǒng)接入的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，澄清了一些易混淆及易忽略的問題，對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員及移動設(shè)備開發(fā)人員有較大的參考價值。
2 接入機(jī)制概述
IS-95/cdma2000系統(tǒng)的接入信道（R-ACH）采用時隙ALOHA方案。它的接入信道的時隙采用一種非重疊方式（即發(fā)送接入請求的長度不會超過時隙的寬度），這樣移動臺只要不在同一時隙發(fā)送請求就不會發(fā)生碰撞。
從發(fā)送消息到接收到（或接受失�。┰撓⒌拇_認(rèn)消息的整個過程稱為接入嘗試。接入嘗試中的每次發(fā)送被稱為接入試探。移動臺再接入嘗試的每個試探中發(fā)送相同的消息。
當(dāng)移動臺有業(yè)務(wù)到達(dá)或收到基站的尋呼消息時，在反向接入信道上發(fā)送接入試探（probe），接入試探包括兩部分：接入信道前綴（preamble）和接入消息（message）。接入信道幀長為20ms，接入信道前綴部分為1~16幀，其幀由96個全零組成，即以4800bit/s的速率發(fā)射，它是為了幫助基站捕獲移動臺的接入信道消息。接入信道消息部分占3~10個幀，傳送用戶接入請求信息及基站尋呼應(yīng)答信息。
移動臺發(fā)出接入試探后，等待基站的確認(rèn)信息，確認(rèn)信息通過基站的尋呼信道傳送。在一段時間內(nèi)，若移動臺收到了確認(rèn)信息，則表明接入成功；若未收到確認(rèn)信息，移動臺將增加一定的發(fā)射功率，并再隨機(jī)延遲一段時間后重發(fā)接入試探。
具體的接入過程如圖1所示。
移動臺偽隨機(jī)地確定每個接入試探序列的開始時間，補(bǔ)償時延為RS。在發(fā)送接入試探序列時，對于補(bǔ)償時延后的每個時隙，移動臺將進(jìn)行偽隨機(jī)的持續(xù)檢測。若能通過持續(xù)檢測，那么序列的第一個試探就從該時隙開始。若失敗將使接入試探序列延遲至少下一個時隙。這樣，使用持續(xù)性檢測強(qiáng)加了一個額外的時延PD。
接入試探序列由1+num_step個接入試探組成，每個接入試探比前一個試探高一定的電平值發(fā)送，知道移動臺獲得確認(rèn)響應(yīng)或序列結(jié)束為止。在接入試探之間，移動臺禁止傳送。
用接入信道時隙表示接入試探和接入試探序列的時間。在一個接入信道時隙開始時刻，接入試探開始傳送。移動臺通過PN隨機(jī)化過程確定在一個接入嘗試中接入信道傳送的準(zhǔn)確時刻。在每個接入嘗試的持續(xù)時間內(nèi)，移動臺用hash函數(shù)來計(jì)算時延RN，該函數(shù)取決于移動臺的電子序列號ESN。移動臺將傳送時間延時RN個碼片。傳送時間的調(diào)整既包括直接序列擴(kuò)頻長碼的時延，又包括I和Q路正交導(dǎo)頻PN序列的時延，所以它可有效的增大移動臺到基站的范圍。這增加了基站在同一個接入信道時隙內(nèi)分別解調(diào)多個移動臺發(fā)出的消息的概率，尤其是當(dāng)許多移動臺工作在與基站距離很近的區(qū)域時。
同樣，移動臺偽隨機(jī)的產(chǎn)生接入試探序列的接入試探間的時間間隔。在發(fā)送接入試探以后，移動臺等待特定的時間TA，即從該時隙結(jié)束直至收到來自基站的確認(rèn)信息。若移動臺接收到確認(rèn)信息，則接入信道嘗試結(jié)束。否則，移動臺在附加的補(bǔ)償時延RT后開始發(fā)送下一個接入試探。
3 接入相關(guān)問題分析
本節(jié)指出并澄清一些接入機(jī)制相關(guān)技術(shù)，包括接入相關(guān)參數(shù)的獲取，接入信道的選取，接入過程的時序關(guān)系及接入信道的時間系統(tǒng)的確定等問題。
3.1 接入相關(guān)參數(shù)的獲取
3.1.1 接入信道時隙的獲取
接入信道時隙是由接入信道最大前綴長度和最大消息長度確定的。接入信道前綴長度為1+PAM_SZ，接入信道最大消息長度為1+MAX_CAP_SZ，因此接入信道時隙為4+PAM_SZ+MAX_CAP_SZ。
參數(shù)PAM_SZ和MAX_CAP_SZ是由基站在一定范圍內(nèi)設(shè)定的，不同的接入信道可設(shè)置不同的參數(shù)，也就是說不同的接入信道可以有不同的接入信道時隙。不同地區(qū)可根據(jù)具體覆蓋情況由運(yùn)營商自行設(shè)置，具體參數(shù)在接入信道上傳送的接入?yún)?shù)消息中靈活配置。
接入信道的時隙長度是由參數(shù)PAM_SZ和MAX_CAP_SZ確定的，它們是由基站在接入?yún)?shù)消息（APM）中設(shè)置并通過相應(yīng)的尋呼信道通知移動臺的。接收尋呼信道并解析接入?yún)?shù)消息可獲取時隙相關(guān)參數(shù)從而計(jì)算出時隙長度。
PAM_SZ的典型值為3，MAX_CAP_SZ的典型值為3，因而接入信道時隙的典型值為200ms。目前，成都地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)配置PAM_SZ為3，MAX_CAP_SZ為5，即接入信道時隙為240ms。
3.1.2 隨機(jī)參數(shù)的獲取及處理
在接入嘗試過程中，為減輕碰撞的發(fā)生，各移動臺在各個環(huán)節(jié)加入隨機(jī)延遲，這些延遲的范圍由基站規(guī)定，由移動臺具體確定。整個接入過程中包括以下隨機(jī)延遲參數(shù)：
序列延遲RS。該延遲在一個接入子嘗試的各接入序列前產(chǎn)生，確定下一個接入序列的延遲時間。取值范圍為0~16slot，由移動臺從0到1+BKOFF間隨機(jī)產(chǎn)生，其中BKOFF為基站確定的值。
試探延遲RT。取值范圍為0~16slot。若一個接入試探序列中的接入試探在相同的R-ACH上傳送，RT在0到1+PROBE_BKOFF間隨機(jī)產(chǎn)生。若R-ACH不同，在0到PROBE_BKOFF間產(chǎn)生。參數(shù)PROBE_BKOFF為基站確定的值。
PN隨機(jī)化延遲RN。取值范圍為0~511chip。移動臺通過hash函數(shù)在0到2PROBE_PN_RAN-1間產(chǎn)生，每個接入子嘗試開始前產(chǎn)生一次。參數(shù)PROBE_PN_RAN由基站確定。這是唯一一個在物理層及層2進(jìn)行調(diào)整的隨機(jī)延遲。
持續(xù)性檢測時延PD。單位為時隙。移動臺始呼時，在發(fā)送接入序列前，首先延遲RS個時隙，再在之后的每個時隙開始時都根據(jù)參數(shù)P進(jìn)行偽隨機(jī)持續(xù)性檢測，若通過，在該時隙發(fā)送序列的第一個試探；若失敗，則延遲至下一個時隙再進(jìn)行持續(xù)性檢測。參數(shù)P為預(yù)先設(shè)定好的比較門限，由基站確定。
等待基站確認(rèn)時間TA。移動臺在發(fā)送一個接入試探后，等待一定的時間TA，若期間收到基站的確認(rèn)消息，完成接入嘗試；否則在TA后隨機(jī)延遲RT個時隙，繼續(xù)發(fā)下一個接入試探。TA是個規(guī)定好的時間，TA=80×（2+ACC_TMO）ms，其中參數(shù)ACC_TMO由基站確定。
R-ACH序號。取值范圍為0~31。在每個接入試探序列或接入試探前隨機(jī)從0到ACC_CHAN中產(chǎn)生。參數(shù)ACC_CHAN由基站根據(jù)相應(yīng)尋呼信道對應(yīng)的接入信道數(shù)確定。
以上參數(shù)均由基站在接入?yún)?shù)消息（APM）中設(shè)置，通過尋呼信道傳送給移動臺。目前成都地區(qū)的參數(shù)設(shè)置情況如下：BKOFF為0，PROBE_BKOFF為0，PROBE_PN_RAN為0，ACC_TMO為3，ACC_CHAN為0。相應(yīng)的隨機(jī)延遲的取值范圍為：RS為0～1，RT為0~1，RN為0（即未延遲），RA為0（即只有一個接入信道）。特定值TA為400ms，即5個尋呼信道時隙。從以上參數(shù)可見，目前成都地區(qū)網(wǎng)絡(luò)對接入信道的隨機(jī)化要求不高，只在很小的范圍內(nèi)做了隨機(jī)化延遲，說明當(dāng)前用戶數(shù)不是很多，接入信道僅做簡單的隨機(jī)化即可滿足要求。
3.2 接入信道的選取
3.2.1 接入信道的區(qū)分
每個尋呼信道可對應(yīng)多個接入信道，這些接入信道是通過不同的長碼掩碼區(qū)分的。長碼掩碼的生成方式如圖2所示。
移動臺在接入信道上傳送消息時首先以ESN和系統(tǒng)時間為種子，隨機(jī)產(chǎn)生接入信道號ACN，然后根據(jù)接入信道號、該接入信道對應(yīng)的PCH號（PCN）、PN偏移、基站ID等產(chǎn)生長碼掩碼。
3.2.2 接入信道的解碼
每個基站最多可有7個尋呼信道，因而，對一個小區(qū)的基站而言，接入信道最多可能有7×32＝224個，這些信道是并行使用的。對同一個尋呼信道而言，它所對應(yīng)的接入信道的區(qū)別僅在于接入信道號引起的掩碼的不同，只要采用不同的掩碼就可以區(qū)分。由于同時存在n個（n<224）接入信道，不同的移動臺可同時在n個不同的信道上傳送消息，因此可以同時收到不同移動臺的接入消息，極限情況下會同時收到224個接入消息。尋呼信道個數(shù)由參數(shù)PAGE_CHANs決定，該參數(shù)可由系統(tǒng)參數(shù)消息（SPM）獲得。
每個尋呼信道所對應(yīng)的接入信道個數(shù)由參數(shù)ACC_CHANs決定，該參數(shù)可由接入?yún)?shù)消息（APM）得到。當(dāng)前成都地區(qū)的PAGE_CHANs和ACC_CHANs均為1，說明只使用了一個1個接入信道。在捕獲接入信道時可以采用串行的方式，僅用ACN為1，PCN為1的掩碼對接入信道解碼即可。
3.3 接入信道定時關(guān)系
接入信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括接入前綴和層2封裝的PDU。每次接入信道上傳送的數(shù)據(jù)都是接入信道幀的整數(shù)倍，并且不會超過4+MAX_CAP_SZ+PAM_SZ個幀。在每個接入信道傳輸時，移動臺首先在時隙的起始處開始發(fā)前綴（附加PN隨機(jī)化延遲），緊接著發(fā)封裝好的接入信道消息。
重要的是接入信道時隙是從哪開始的。從圖1看，容易混淆的問題是移動臺在發(fā)送完一個接入試探后，在等待TA+RT后就開始發(fā)送下一個接入試探，雖然RT是以時隙為單位的，但TA只是80ms的倍數(shù)，并不是以時隙為單位，說明移動臺等待一個非時隙整數(shù)倍開始新的接入試探，這樣會造成所有的移動臺并不在統(tǒng)一的系統(tǒng)時間開始進(jìn)行接入嘗試，而是各自以自己認(rèn)為的時隙開始進(jìn)行接入。這就給基站捕獲所有移動臺的接入帶來了困難。
事實(shí)上，協(xié)議上對接入信道時隙的開始做了規(guī)定，要求接入信道時隙在接入信道幀的整數(shù)倍處開始，并且滿足如下條件：
t mod（4+MAX_CAP_SZ+PAM_SZ）= 0 （1）
這里的t指以幀為單位的系統(tǒng)時間。這說明圖1只是示意了一下接入過程中的各隨機(jī)延遲，并未準(zhǔn)確畫出時間關(guān)系。
對應(yīng)于同一個尋呼信道的所有接入信道都必須使用相同的接入信道時隙長度，它們有著相同的時隙開始時間。
移動臺在捕獲接入信道時，首先要獲取基站的同步信息，得到系統(tǒng)時間，在每個滿足（1）式的時刻開始解析接入信道。解析時，首先確認(rèn)連續(xù)收到1+PAM_SZ個前綴，后面的幀就是真正的接入信道封裝的消息PDU，再按照一定的格式進(jìn)行組包和消息解析。
3.4 接入過程時序關(guān)系
協(xié)議規(guī)定接入過程的每一個子階段必須在一定的時間內(nèi)完成。有如下5個子階段：
（1）基站對呼叫請求的確認(rèn)。基站通過確認(rèn)消息對移動臺的呼叫進(jìn)行確認(rèn)，移動臺在接收到呼叫請求之前可能會發(fā)送多次呼叫請求消息。在此階段，若當(dāng)前的開銷消息沒有在T41m（4s）內(nèi)接收到，移動臺將中止接入，重新進(jìn)行初始化。
（2）等待信道指配消息。若移動臺在接收到基站的確認(rèn)消息之后的12s之內(nèi)沒有收到尋呼信道上發(fā)送的信道指配消息，移動臺會自動返回到空閑狀態(tài)。記載移動臺發(fā)起呼叫嘗試子狀態(tài)中，若定時器超時，移動臺將返回空閑狀態(tài)。該時間常數(shù)為T42m。
（3）確認(rèn)前向業(yè)務(wù)信道。移動臺在收到指配消息之后必須馬上獲取前向業(yè)務(wù)信道。IS-95A中該時間為200ms，在IS-95B中延長至1s，該時間常數(shù)為T50m。若定時器超時，則系統(tǒng)丟失，移動臺重新初始化。
（4）若前向業(yè)務(wù)信道被成功解調(diào)，移動臺開始在反向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送業(yè)務(wù)信道前綴。在成功獲取反向信道之后，基站在前向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送確認(rèn)消息。若該確認(rèn)消息沒有在2s內(nèi)收到，移動臺會重新初始化。該時間常數(shù)為T51m。
（5）基站向移動臺發(fā)送業(yè)務(wù)連接消息。若連接失敗，則系統(tǒng)釋放，移動臺重新初始化。
在接入過程的早期，有兩個關(guān)鍵的子狀態(tài)，更新開銷子狀態(tài)（T41m，4s為限），移動臺起呼嘗試子狀態(tài)（T42m，12s為限）。
在接入過程后期，有兩個關(guān)鍵的定時器：T50m（0.2s內(nèi)收到連續(xù)兩個好幀），T51m（2s內(nèi)收到基站識別反向業(yè)務(wù)信道的證實(shí)消息）。接入信道各定時器設(shè)置如圖3所示。
弄清這些定時器的設(shè)置對于基站捕獲移動臺的接入及上行業(yè)務(wù)信道很重要，可作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移的根據(jù)。
若捕獲到移動臺的接入后，等待T42m即12s后仍未捕獲到相應(yīng)的尋呼信道上的指配消息時，放棄對該移動臺的捕獲。
在捕獲到尋呼信道上的指配消息后，在T50m即0.2s內(nèi)應(yīng)該能捕獲到前向業(yè)務(wù)信道的兩個連續(xù)好幀，若收不到，或者是自身離基站太遠(yuǎn)，信號不好；或者是移動臺也收不到兩個連續(xù)的好幀，這種情況下通話會自動切斷。無論是哪種情況，都不應(yīng)立即終止對移動臺業(yè)務(wù)信道的捕獲，再等待一定的時間，分別嘗試對上、下行業(yè)務(wù)信道的捕獲。
在捕獲到尋呼信道的指配消息或前向業(yè)務(wù)信道兩個連續(xù)好幀后，監(jiān)視反向業(yè)務(wù)信道上前綴。移動臺在T51m即2s內(nèi)在沒收到基站的證實(shí)前會一直發(fā)送業(yè)務(wù)信道前綴用于幫助基站捕獲反向業(yè)務(wù)信道。要想捕獲移動臺的上行業(yè)務(wù)信道，必須在2s之內(nèi)完成前綴的捕獲，并且在收到尋呼信道的指配消息后必須在200ms內(nèi)完成捕獲前綴的準(zhǔn)備，這是對捕獲上行業(yè)務(wù)信道在時間上的限制。
4 結(jié)束語
本文介紹了IS-95/cdma2000接入機(jī)制，剖析了接入信道和接入機(jī)制相關(guān)的若干問題，包括接入信道相關(guān)參數(shù)的獲取，接入信道的選取，接入信道的定時及整個接入過程的時序關(guān)系。這些問題的說明及澄清對于配置接入信道，設(shè)計(jì)移動臺和基站對接入過程的處理方案有著重要的指導(dǎo)意義。
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