CDMA系统结构如何

码分多址（CDMA）技术是现代移动通信的基石之一，其系统结构以独特的扩频通信原理为核心。本文将深入剖析码分多址系统的整体架构，从无线侧到网络侧，详尽阐述其基站子系统、网络子系统和操作维护子系统的构成与功能。文章将探讨其独特的信道划分方式、功率控制机制、软切换技术以及演进路线，旨在为读者提供一个全面、专业且实用的技术视角。

       在移动通信波澜壮阔的发展史上，码分多址（Code Division Multiple Access， 简称CDMA）技术以其革命性的多址接入方式，留下了浓墨重彩的一笔。它不同于时分多址（Time Division Multiple Access， 简称TDMA）或频分多址（Frequency Division Multiple Access， 简称FDMA）通过划分时间片或频段来区分用户，而是允许所有用户在同一时间、同一频段上进行通信，仅依靠独特的伪随机码序列来区分彼此。理解其系统结构，不仅是回顾一段重要的通信技术历史，更能深刻领悟现代蜂窝网络设计的思想精髓。本文将为您层层剥开码分多址系统的复杂架构，深入其每一个功能模块与技术细节。

       一、 核心思想：从扩频通信到码分多址

       要理解码分多址的系统结构，必须从其根本原理——扩频通信入手。所谓扩频，就是将原始窄带信息信号的频谱，通过一个高速率的伪随机码（Pseudo-Noise Code， 简称PN码）进行调制，使其频谱宽度被极大地扩展。在接收端，使用完全相同的伪随机码进行解扩，即可将宽带信号恢复为原始的窄带信息。码分多址正是利用了这一特性：为系统中的每一个用户分配一个独一无二、近似正交的伪随机码作为其“地址码”。所有用户的信号在发射前都先用各自的地址码进行扩频，然后在同一宽频带上同时发射。基站接收到的是所有用户信号的叠加，看似一片噪声，但通过使用目标用户的特定地址码进行相关解调，就能从“噪声”中准确提取出该用户的信号，而其他用户的信号则因为其伪随机码不相关，在解扩后仍然呈现为宽带背景噪声，可以被滤波器轻易滤除。这一原理构成了整个码分多址空中接口和网络设计的基础。

       二、 总体架构概览：三大子系统协同工作

       一个完整的码分多址数字蜂窝移动通信系统，其结构是模块化、标准化的。根据相关行业标准与权威技术文献，其系统通常可以清晰地划分为三个主要功能子系统：基站子系统（Base Station Subsystem， 简称BSS）、网络交换子系统（Network Switching Subsystem， 简称NSS）以及操作维护子系统（Operation and Maintenance Subsystem， 简称OMS）。这三个子系统通过标准化的接口相互连接，共同实现了移动用户的接入、交换、漫游和管理等全部功能。基站子系统负责所有与无线相关的功能，是用户手机与网络之间的桥梁；网络交换子系统是网络的大脑和交换中心，处理所有的呼叫控制、交换和用户数据；操作维护子系统则为运营商提供对全网进行配置、监控、故障管理和性能优化的能力。

       三、 无线接入前沿：基站子系统详解

       基站子系统是码分多址系统中直接与移动台（手机）进行无线电通信的部分，其设计与性能直接决定了网络的覆盖、容量和通话质量。该子系统主要由两大类设备构成：基站收发信台（Base Transceiver Station， 简称BTS）和基站控制器（Base Station Controller， 简称BSC）。

       基站收发信台就是我们通常所说的基站或蜂窝站点，它包含射频收发信机、天线以及负责码分多址信号处理的数字单元。每个基站收发信台覆盖一个特定的地理区域，称为一个小区。其核心功能包括：进行前向链路（基站到手机）和反向链路（手机到基站）的扩频与解扩调制、完成信号的数模与模数转换、实施精确的发射功率控制、并进行信道编码与交织以对抗无线信道中的干扰和衰落。一个基站控制器可以管理数十个甚至上百个基站收发信台，它承担着重要的资源管理和控制功能，例如：分配无线信道、管理从基站收发信台到网络交换子系统的语音和数据业务流、控制移动台在它所管辖的多个基站收发信台之间的切换（尤其是码分多址特有的软切换）。基站控制器与基站收发信台之间的接口（通常称为Abis接口）是标准化的，这有利于不同设备供应商产品之间的互操作性。

       四、 网络核心中枢：网络交换子系统剖析

       网络交换子系统构成了码分多址网络的核心交换与数据库网络，其主要功能是处理移动用户的呼叫建立、路由、交换，并管理用户的移动性和安全性。它包含几个关键的网络实体。

       移动交换中心（Mobile Switching Center， 简称MSC）是整个子系统的核心，功能类似于固定电话网中的交换机。它负责处理所有呼叫的交换功能，连接基站子系统与公共电话交换网（Public Switched Telephone Network， 简称PSTN）或其他移动网络，并协调呼叫建立、释放和计费信息的收集。归属位置寄存器（Home Location Register， 简称HLR）是一个至关重要的中央数据库，永久存储和管理所有归属本地的用户信息，包括用户号码、签约业务类型、当前位置（即其访问位置寄存器的地址）以及用于鉴权的密钥等。访问位置寄存器（Visitor Location Register， 简称VLR）是一个动态数据库，存储当前漫游进入其服务区域的所有外地用户的临时信息。当用户进入一个新的移动交换中心区域时，其访问位置寄存器会向该用户的归属位置寄存器查询信息并临时保存，以便为该用户提供呼叫服务。此外，还有鉴权中心（Authentication Center， 简称AuC）负责生成用于用户身份验证和无线接口加密的密钥参数，以及设备识别寄存器（Equipment Identity Register， 简称EIR）用于存储移动设备的国际移动设备识别码（International Mobile Equipment Identity， 简称IMEI），以识别被盗或故障设备。

       五、 空中接口的逻辑分层

       码分多址系统的空中接口（Um接口）协议结构采用分层模型，通常分为物理层、链路层（媒体接入控制子层和链路接入控制子层）以及上层（信令与业务）。物理层直接处理扩频调制、射频收发等。媒体接入控制子层负责将逻辑信道映射到物理信道，并管理接入、功率控制等。链路接入控制子层则提供可靠的无线链路，处理信令消息的传递。这种清晰的分层设计保证了系统的模块化、可靠性和未来升级的灵活性。

       六、 信道结构的独特设计

       码分多址系统通过不同的沃尔什码和伪随机码偏移来定义逻辑信道。其前向链路（下行）主要包括导频信道（为所有移动台提供相位参考和强度测量）、同步信道（传递系统时间、寻呼信道速率等系统参数）、寻呼信道（用于寻呼移动台和发送指令）以及多个前向业务信道（承载用户语音或数据）。反向链路（上行）则主要包括接入信道（用于移动台发起呼叫或响应寻呼）和多个反向业务信道。所有信道共享同一频段，仅靠码序列区分。

       七、 功率控制：系统的生命线

       由于所有用户共享同一频率，码分多址系统是一个典型的自干扰系统。任何一个用户发射功率过高，都会像噪声一样淹没其他用户的信号，导致系统容量急剧下降，这就是所谓的“远近效应”。因此，精确、快速的功率控制是码分多址系统得以正常工作的关键。它包括开环功率控制（移动台根据接收到的基站信号强度粗略估计初始发射功率）和闭环功率控制（基站不断测量移动台信号质量，并每秒发送数百次指令，命令移动台精确调整其发射功率），确保每个用户到达基站的信号功率都恰好维持在所需的最小信噪比水平。

       八、 软切换：无缝覆盖的保障

       这是码分多址技术的一大优势。当移动台处于两个或多个小区的交界处时，它可以同时与这些小区的基站进行通信。移动台将来自多个基站的信号进行合并（分集接收），从而获得更好的信号质量。只有当移动台与原基站的连接质量持续低于新基站时，才会断开与原基站的连接，完成切换。由于在切换过程中存在“先连接，后断开”的重叠期，通话中断的概率极低，实现了真正意义上的无缝切换，大大提升了用户体验。

       九、 操作维护子系统：网络的“管家”

       操作维护子系统是运营商管理整个码分多址网络的平台。它通过标准的操作维护中心（Operation and Maintenance Center， 简称OMC）来实现。操作维护中心可以集中监控网络中所有网元（移动交换中心、基站控制器、基站收发信台等）的状态和性能，收集告警和故障信息，进行远程的软件加载和参数配置，管理网络的安全，并生成各种话务统计和性能分析报告，为网络优化和扩容提供数据支持。

       十、 从第二代到第三代的演进

       最初的码分多址标准（如IS-95， 常被称为第二代码分多址）主要提供语音业务。随着对高速数据业务需求的增长，码分多址技术演进到了第三代（3G）。以CDMA2000和宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access， 简称WCDMA）为代表的第三代技术，在核心网和空中接口上都进行了重大增强。它们引入了分组交换核心网，支持更高的数据传输速率（从每秒几十千比特到每秒数兆比特），并采用了更先进的调制方式、更灵活的码资源分配以及服务质量保证机制，为移动互联网应用奠定了基础。这一演进体现了其系统结构在核心思想不变的前提下，具备良好的向前兼容性和可扩展性。

       十一、 安全与鉴权机制

       码分多址系统内置了较强的安全特性。除了固有的扩频增益带来的低截获概率外，其鉴权与加密机制也较为完善。鉴权中心与归属位置寄存器配合，使用共享密钥和随机数挑战响应协议，对用户身份进行双向认证，防止非法接入。同时，用户语音和数据在无线链路上可以通过加密算法进行加密，确保通信内容的机密性。设备识别寄存器还能帮助网络禁用被盗手机，增加了安全性。

       十二、 容量与干扰的权衡艺术

       码分多址系统的容量是“软容量”，它不像时分多址或频分多址有绝对的信道数限制。其容量主要受限于系统内的总干扰水平。每增加一个用户，就会给其他用户增加一份干扰。因此，系统的最大容量是在保证所有用户最低可接受通话质量的前提下，所能支持的最大用户数。通过先进的功率控制、话音激活检测（只在用户说话时发射信号）和扇区化等技术，可以有效地降低干扰，从而显著提升系统容量。网络规划和优化工作的核心，就是精细地管理这份干扰，在覆盖、容量和质量之间取得最佳平衡。

       十三、 同步与寻呼机制

       系统的同步至关重要。基站通过导频信道和同步信道广播高精度的系统时间参考（基于全球定位系统GPS或其他时钟源），所有移动台都必须与此时间同步，才能正确进行伪随机码的解调。寻呼机制则用于寻找处于待机状态的移动台。当有来电时，网络通过寻呼信道在移动台登记的“位置区”内广播寻呼消息，处于该区域内的目标移动台监听并响应，从而建立起呼叫连接。

       十四、 核心网与承载的分离趋势

       在向第三代及后续演进中，码分多址网络架构呈现核心网与接入网分离的趋势。移动交换中心逐渐演变为媒体网关和移动软交换，分别处理语音流的承载和呼叫控制信令。这种分离架构使网络更加灵活，便于引入新的接入技术和业务，符合全互联网协议化的发展方向。

       十五、 对现代通信技术的深远影响

       尽管纯粹的码分多址技术已逐渐融入更广泛的第三代和第四代移动通信标准，但其设计思想影响深远。扩频、码分多址接入、软切换、快速功率控制等核心技术，为后续的宽带码分多址、时分同步码分多址接入（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access， 简称TD-SCDMA）乃至第四代长期演进技术（Long Term Evolution， 简称LTE）中部分技术的设计提供了重要参考。理解码分多址的系统结构，是理解现代蜂窝通信技术演进脉络的关键一环。

       

       码分多址系统结构是一个高度复杂而又精妙协同的有机整体。从基于伪随机码的扩频物理层，到实现无缝覆盖的软切换机制，再到确保系统稳定的功率控制与网络管理，每一个环节都体现了通信工程师的智慧。它不仅在过去的二十年里为数以亿计的用户提供了可靠的移动通信服务，更以其开创性的多址接入理念，为整个移动通信产业的技术演进铺平了道路。在当今第五代移动通信技术（5G）追求更高密度连接和更灵活空中接口的背景下，重温码分多址的系统设计哲学，依然能给我们带来宝贵的启示。