CDMA技術(shù)特點與提供的功能

王東



　　摘　要：主要闡述了第三代移動通信CDMA技術(shù)特點與其提供的強大功能。移動通信終端已從傳統(tǒng)的電話、收發(fā)短信息通信的狹窄的服務(wù)中走向了寬帶多媒體應(yīng)用中。PDSN是連接無線網(wǎng)絡(luò)和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)，為移動Internet／Intranet用戶提供分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。AAA服務(wù)器能夠通過驗證一些預(yù)先登記的信息來提供用戶身份認(rèn)證，決定是否授權(quán)移動用戶訪問特定的網(wǎng)絡(luò)資源，通過計費信息的處理，進(jìn)行計費、審計、成本分配或趨勢分析。CDMA技術(shù)為移動通信業(yè)務(wù)的更新發(fā)展提供了有力的保證。


　　關(guān)鍵詞：CDMA；AAA服務(wù)器；Internet；Intranet


1　引言


　　CDMA（Code Division Multiple Access碼分多址）是近年來被應(yīng)用于商業(yè)的一種數(shù)字接口技術(shù)。他擁有頻率利用率高、手機功耗低等優(yōu)點。CDMA手機是指基于CDMA網(wǎng)絡(luò)的移動通信終端。目前，19家企業(yè)被批準(zhǔn)有資格生產(chǎn)CDMA終端產(chǎn)品。


　　CDMA手機除了能夠提供GSM手機的通話功能和信息服務(wù)外，還具有高速無線數(shù)據(jù)傳輸和多媒體功能。能提供的服務(wù)主要有：


　�。�1）基本增值服務(wù)，如呼叫轉(zhuǎn)移、信息提示等。


　　（2）語音郵件服務(wù)，如郵件、傳真、新聞等語音信息。


　�。�3）短信息服務(wù)，如天氣、交通、證券、廣告等。


　　（4）無線智能網(wǎng)服務(wù)，如虛擬網(wǎng)絡(luò)、個人號碼識別等。


　�。�5）無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電子商務(wù)、電子郵箱、網(wǎng)絡(luò)游戲等。



2　CDMA所具有的優(yōu)點


　　 與GSM手機相比，CDMA手機具有以下優(yōu)點：


　�。�1）CDMA手機發(fā)射功率�。�2 mw）。


　�。�2）CDMA手機采用先進(jìn)的切換技術(shù)——軟切換技術(shù)（即切換是先接續(xù)好后再中斷），使得CDMA手機的通話可與固定電話媲美，而且不會有GSM手機的掉線現(xiàn)象。


　�。�3）使用CDMA網(wǎng)絡(luò)，運營商的投資相對減少，這就為CDMA手機資費的下調(diào)預(yù)留了空間。


　�。�4）因采用以拓頻通信為基礎(chǔ)的一種調(diào)制和多址通信方式，其容量比模擬技術(shù)高10倍，超過GSM網(wǎng)絡(luò)約4倍。


　�。�5）基于寬帶技術(shù)的CDMA使得移動通信中視頻應(yīng)用成為可能，從而使手機從只能打電話和發(fā)送短信息等狹窄的服務(wù)中走向?qū)拵Ф嗝襟w應(yīng)用。


　　在第三代移動通信的無線接口國際提案中，WCDMA和CDMA2000都是極為重要的技術(shù)。這兩種寬帶CDMA方案，除了碼片速率、同步方式、導(dǎo)頻方式等有所不同外，其他如功率、軟切換等基本技術(shù)并無大的區(qū)別。


　　CDMA One是基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的各種CDMA產(chǎn)品的 總稱，即所有基于CDMAOne技術(shù)的產(chǎn)品，其核心技術(shù)均以IS-95作為標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000是美國向ITU提出的第三代移動通信空中接口標(biāo)準(zhǔn)的建議，是IS-95標(biāo)準(zhǔn)向第三代演進(jìn)的技術(shù)體制方案，這是一種寬帶CDMA技術(shù)。CDMA2000室內(nèi)最高數(shù)據(jù)速率為2 Mb／s以上，步行環(huán)境時為384 kb／s，車載環(huán)境時為144 kb／s以上。


　　CDMA2000-1X原意是指CDMA2000的第一階段（速率高于IS-95,低于2 Mb／s），可支持308 kb／s的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)部分引入分組交換，可支持移動IP業(yè)務(wù)。


　　CDMA2000-1X EV是在CDMA2000-1X基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高速率的增強體制，采用高速率數(shù)據(jù)（HDR）技術(shù)，能在1．25 MHz（同CDMA2000-1X帶寬）內(nèi)提供2 M／s以上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是CDMA2000-1X的邊緣技術(shù)。3GPP已開始制訂CDMA2000-1X EV的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中用高通公司技術(shù)的稱為HDR。


　　與CDMAOne相比，CDMA2000有下列技術(shù)特點：多種信道帶寬，前向鏈路上支持多載波和直擴兩種方式；反向鏈路僅支持直擴方式；可以更加有效地使用無線資源；可實現(xiàn)系統(tǒng)平滑過渡；核心網(wǎng)協(xié)議可使用IS-41,GSM-MAP以及IP骨干網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；前向發(fā)送分集；快速前向功率控制；使用Turbo碼；輔助導(dǎo)頻信道；靈活幀長；反向鏈路相干解調(diào)；可選擇較長的交織器。CDMA2000－1X采用擴頻速率為SR1，即指前向信道和反向信道均用碼片速率1．228 8 Mb／s的單載波直接序列擴頻方式。因此他可以方便地與IS-95(A/B)后向兼容，實現(xiàn)平滑過渡。運營商可在某些需求高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而導(dǎo)致容量不夠的蜂窩上，用相同載波部署CDMA2000-1X系統(tǒng)，從而減少了用戶和運營商的投資。由于CDMA2000-1X采用了反向相干解調(diào)、快速前向功控、發(fā)送分集、Turbo編碼等新技術(shù)，其容量比IS-95大為提高。在相同條件下，對普通話音業(yè)務(wù)而言，容量大致為IS-95系統(tǒng)的兩倍。



3　CDMA關(guān)鍵技術(shù)所在


　　CDMA2000-1X關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個方面。


　�。�1）前向快速功率控制技術(shù)　CDMA2000采用快速功率控制方法。即移動臺測量收到業(yè)務(wù)信道的Eb／Nt，并與門限值比較，根據(jù)比較結(jié)果，向基站發(fā)出調(diào)整基站發(fā)射功率的指令，功率控制速率可以達(dá)到800 b／s。由于使用快速功率控制，可以達(dá)到減少基站發(fā)射功率、減少總干擾電平，從而降低移動臺信噪比要求，最終可以增大系統(tǒng)容量。


　�。�2）前向快速尋呼信道技術(shù)　此技術(shù)有2個用途。一是尋呼或睡眠狀態(tài)的選擇。因基站使用快速尋呼信道向移動臺發(fā)出指令，決定移動臺是處于監(jiān)聽尋呼信道還是處于低功耗的睡眠狀態(tài)，這樣移動臺便不必長時間連續(xù)監(jiān)聽前向?qū)ず粜诺溃�可減少移動臺激活時間和節(jié)省移動臺功耗。二是配置改變。通過前向快速尋呼信道，基地臺向移動臺發(fā)出最近幾分鐘內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)消息，使移動臺根據(jù)此新消息作相應(yīng)設(shè)置處理。


　�。�3）前向鏈路發(fā)射分集技術(shù)CDMA2000-1X采用直接擴頻發(fā)射分集技術(shù)，有2種方式：一種是正交發(fā)射分集方式，方法是先分離數(shù)據(jù)流再用不同的正交Walsh碼對2個數(shù)據(jù)流進(jìn)行擴頻，并通過2個發(fā)射天線發(fā)射。另一種是空時擴展分集方式，使用空間兩根分離天線發(fā)射已交織的數(shù)據(jù)，使用相同原始Walsh碼信道。使用前向鏈路發(fā)射分集技術(shù)可以減少發(fā)射功率，抗瑞利衰落，增大系統(tǒng)容量。


　　（4）反向相干解調(diào)　基站利用反向?qū)ьl信道發(fā)出擴頻信號捕獲移動臺的發(fā)射信號，再用梳狀（Rake）接收機實現(xiàn)相干解調(diào)，與IS-95采用非相干解調(diào)相比，提高了反向鏈路性能，降低了移動臺發(fā)射功率，提高了系統(tǒng)容量。


　�。�5）連續(xù)的反向空中接口波形　在反向鏈路中，數(shù)據(jù)采用連續(xù)導(dǎo)頻，使信道上數(shù)據(jù)波形連續(xù)，此措施可減少外界電磁干擾，改善搜索性能，支持前向功率快速控制以及反向功率控制連續(xù)監(jiān)控。


　�。�6）Turbo碼使用　Turbo碼具有優(yōu)異的糾錯性能，適于高速率對譯碼時延要求不高的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，并可降低對發(fā)射功率的要求、增加系統(tǒng)容量，在CDMA2000-1X中Turbo碼僅用于前向補充信道和反向補充信道。Turbo編碼器由2個RSC編碼器（卷積碼的一種）、交織器和刪除器組成。每個RSC編碼器有兩路校驗位輸出，2個輸出經(jīng)刪除復(fù)用后形成Turbo碼。Turbo譯碼器由2個軟輸入、軟輸出的譯碼器、交織器、去交織器構(gòu)成，經(jīng)對輸入信號交替譯碼、軟輸出多輪譯碼、過零判決后得到譯碼輸出。


　�。�7）靈活的幀長　與IS-95不同，CDMA2000-1X支持5 ms，10 ms，20 ms，40 ms，80 ms和160 ms多種幀長，不同類型信道分別支持不同幀長。前向基本信道、前向?qū)Ｓ每刂菩诺�、反向基本信道、反向�(qū)Ｓ每刂菩诺啦捎? ms或20 ms幀，前向補充信道、反向補充信道采用20 ms，40 ms或80 ms幀，話音信道采用20 ms幀。較短幀可以減少時延，但解調(diào)性能較低；較長幀可降低對發(fā)射功率的要求。


　�。�8）增強的媒體接入控制功能　媒體接入控制子層控制多種業(yè)務(wù)接入物理層，保證多媒體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。他實現(xiàn)話音、分組數(shù)據(jù)和電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)同時處理，提供發(fā)送、復(fù)用和Qos控制，提供接入程序。與IS-95相比，他可以滿足更高寬帶和更多業(yè)務(wù)的要求。CDMA1X網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點（PDSN）、鑒權(quán)、授權(quán)、計費服務(wù)器（AAA）、本地代理（HA）是CDMA1X系統(tǒng)支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備，為此對他們進(jìn)行專門的介紹。PDSN是連接無線網(wǎng)絡(luò)和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)，為移動Internet／Intranet用戶提供分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。除了使點到點協(xié)議（PPP）封裝的IP包能在無線網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)間正確傳輸外，PDSN還與其他各種接入服務(wù)商的IP分組網(wǎng)絡(luò)連接，從而為終端用戶提供諸如互聯(lián)網(wǎng)接入、電子商務(wù)、WAP應(yīng)用等多種業(yè)務(wù)。PDSN同時還完成AAA服務(wù)器所需的合并的分組會話計費數(shù)據(jù)和無線會話計費數(shù)據(jù)搜集功能，并且支持移動IP的外部代理（FA）和用戶設(shè)備的85認(rèn)證功能，同時還能提供代理移動IP業(yè)務(wù)，滿足終端用戶豐富多彩的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。


　　AAA服務(wù)器完成的功能有：用戶注冊信息的認(rèn)證，即通過驗證一些預(yù)先登記的信息來提供用戶身份認(rèn)證；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的授權(quán)，即決定是否授權(quán)移動用戶訪問特定的網(wǎng)絡(luò)資源；計費信息的處理，即搜集資源使用信息，用于進(jìn)行計費、審計、成本分配或趨勢分析等。此外，他還須實現(xiàn)與PDSN，HA及其他AAA服務(wù)器的交互功能，向移動用戶提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。AAA服務(wù)器具有下列特征：使用RADIUS協(xié)議，支持大規(guī)模的外部和漫游業(yè)務(wù)，代理RADIUS能向外部的RADIUS服務(wù)器提供可靠的代理AAA功能；通過目錄支持功能和程序化的配置接口，完成配置、計費和其他業(yè)務(wù)管理部件的集成，從而降低運營成本和加快業(yè)務(wù)推出速度；通過支持集中化的IP地址分配和對跨多地理區(qū)域接入設(shè)備會話的限制，高效使用管理資源。


　　只有使用“移動IP”時才需要HA。作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)單元，HA用來完成對移動IP和代理移動IP用戶的移動性管理功能。HA通過移動終端登記來定位移動用戶，同時把分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到用戶當(dāng)前所登記的FA（位于PDSN內(nèi)）。HA同時支持動態(tài)的IP地址分配和反向隧道。HA具有冗余備份功能，可由一個HA替代另一個HA。這樣，新的HA可以用原有IP地址和轉(zhuǎn)換地址維護(hù)關(guān)聯(lián)表，保證移動關(guān)聯(lián)表處于同步狀態(tài)。此外，這種方式還能保證解決方案的可用性和可擴展性。


　　近一段時間以來，聯(lián)通開始大舉推廣CDMA1X網(wǎng)絡(luò)，并明確宣稱將把重心放在無線互聯(lián)的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上。而目前，無線局域網(wǎng)成熟的標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到11 Mb／s的速率，新的標(biāo)準(zhǔn)最高達(dá)54 Mb／s的速率，這對移動用戶具有非常大的吸引力。


　　早在2003年4月的博鰲亞洲論壇首屆年會上，海南聯(lián)通在當(dāng)?shù)亟��?個CDMA1X的基站，并向前來采訪年會的記者分發(fā)了近300張的無線上網(wǎng)卡，CDMA 1X＋WLAN方案的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更是引起了廣泛關(guān)注。按照設(shè)想，海南聯(lián)通甚至要為沿海漁民以及鉆井平臺上的工作人員提供包括天氣預(yù)報等在內(nèi)的移動數(shù)據(jù)服務(wù)。


　　WLAN這種早已被電信網(wǎng)通普遍采納的無線接入技術(shù)，一經(jīng)與CDMA1X融合，就顯示出其獨特的魅力。一般說來，雖然WLAN可以提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但WLAN卻缺少對用戶進(jìn)行鑒權(quán)與計費的成熟機制，而且無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍較小，一般都在熱點地區(qū)，用戶使用時受到地點的限制。而CDMA1X網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過了幾十年的研究與實驗，不僅有成熟鑒權(quán)與計費機制，并且具有覆蓋廣的特點。

　　CDMA1X網(wǎng)絡(luò)可以利用WLAN高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c以彌補自己數(shù)據(jù)傳輸速率受限的不足，而無線局域網(wǎng)不僅充分利用了CDMA1X網(wǎng)絡(luò)完善的鑒權(quán)與計費機制，而且可結(jié)合CDMA1X網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣的特點，進(jìn)行多接入切換 功能。這樣就可實現(xiàn)WLAN用戶與CDMA1X用戶統(tǒng)一的管理。


　　為了獲得無線局域網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，終端必須處于無線局域網(wǎng)的信號覆蓋范圍內(nèi)，即首先要連接到AP。當(dāng)終端發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的呼叫時，先在APGW和PDSN之間建立RP連接，然后到PDSN進(jìn)行分組網(wǎng)絡(luò)的注冊，才可進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其具體連接過程如下：


　　（1）終端在WLAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中檢測WLAN的信號，并連接到AP。


　�。�2）當(dāng)終端有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求時，發(fā)起連接請求，在AP／APGW收到連接消息后，APGW向PDSN發(fā)送Au注冊請求消息。若注冊請求消息有效，則PDSN通過返回帶接收指示的Au注冊應(yīng)答消息接收該連接，PDSN和APGW均產(chǎn)生關(guān)于A10連接的綁定記錄。


　　（3）終端和PDSN建立PPP的連接，在建立PPP連接的過程中，如果是Simple IP用戶，PDSN會分配給終端一個IP地址（對Mobile Ip用戶，還需進(jìn)行MIP的注冊）。　


　�。�4）PPP連接建立成功，終端可以通過GRE幀在A10連接上發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。


　�。�5）在Au注冊生存期超過前，APGW發(fā)送Au注冊請求消息以更新A10連接的注冊。Au注冊請求消息也用于向PDSN傳送與計費相關(guān)的信息以及其他信息，這些信息在系統(tǒng)定義的觸發(fā)點上傳送。


　�。�6）對于有效的注冊請求，PDSN返回帶接受指示和生存期值的A11注冊應(yīng)答消息。PDSN和APGW均更新A10連接的綁定記錄。PDSN在返回注冊應(yīng)答消息之前保存與計費相關(guān)的信息（如果收到的話）用于進(jìn)一步處理。


　　（7）如果用戶或PDSN終止數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則PDSN將終止和用戶PPP連接，并拆除與APGW的RP連接。


　　WLAN網(wǎng)絡(luò)，其中無線接入點（Access Point，AP）是無線終端接入固定電信網(wǎng)的連接設(shè)備，為用戶提供無線接入功能，可提供話音和數(shù)據(jù)的接入服務(wù)。AP完成簡單的對無線用戶的管理和對無線信道的動態(tài)分配，并完成802．11與802．3協(xié)議的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過AP轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)包是以太網(wǎng)包。


　　接入點網(wǎng)關(guān)（Access Poin tGateway，APGW）是將AP轉(zhuǎn)換出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包封裝成IP包，并發(fā)送到PDSN的設(shè)備。一般PDSN設(shè)備放置的位置與無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備AP、APGW離得比較遠(yuǎn)，要實現(xiàn)PDSN接入網(wǎng)關(guān)的作用經(jīng)常需要將AP轉(zhuǎn)換的二層數(shù)據(jù)包穿越三層網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)PDSN。因此，APGW功能實體就是為了完成此功能的轉(zhuǎn)換設(shè)備。



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摘自　現(xiàn)代電子技術(shù)