承載ＩＰ業(yè)務(wù)的蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)ＣＤＰＤ網(wǎng)

承載ＩＰ業(yè)務(wù)的蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)ＣＤＰＤ網(wǎng)

北方交通大學(xué)

張 強 鐘章隊

2001年04月12日

１ 引言

隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，無線移動數(shù)據(jù)通信在現(xiàn)代社會中

悄然興起。現(xiàn)代便攜機、個人數(shù)字助理機（ＰＤＡ）等的出現(xiàn)更為無線移動數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)提供了

有利條件，因此靈活、方便、高效的無線移動數(shù)據(jù)通信近幾年來在國際上得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)

用。其中ＣＤＰＤ（蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)）被認為是較佳的無線數(shù)據(jù)格式之一。它是基于現(xiàn)有的蜂窩

電話網(wǎng)，以數(shù)字分組技術(shù)為基礎(chǔ)、以蜂窩移動通信為組網(wǎng)方式的移動無線數(shù)據(jù)通信技

術(shù)。

ＣＤＰＤ由英國ＢＴ Ｃｅｌｌｎｅｔ公司提出，１９９２年開

始研究，１９９５年在美國推出了第一個商用ＣＤＰＤ網(wǎng)絡(luò)，至今美國已基本實現(xiàn)全國覆蓋。我國

１９９５年開始可行性研究，１９９６年上海建成實驗網(wǎng)，１９９７年底原郵電部決定建設(shè)“中國

公共無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)”，并采用ＣＤＰＤ技術(shù)。１９９８年我國開始在北京、上海、廣州、深圳、

長沙等５個城市采用ＣＤＰＤ技術(shù)，使用國家無線電管理委員會規(guī)定的頻段，組建公共移動數(shù)據(jù)網(wǎng)

絡(luò)。建成的網(wǎng)絡(luò)已開始推出一些應(yīng)用，如深圳的ＣＤＰＤ網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了ＧＰＳ（全球定位系統(tǒng)）車輛

監(jiān)控系統(tǒng)、違章車輛查詢系統(tǒng)、無線證券系統(tǒng)等應(yīng)用。廣東還開發(fā)了移動上網(wǎng)、移動炒股、移動記

者終端、交警移動查車，以及路燈自動監(jiān)控等多種應(yīng)用。

２ ＣＤＰＤ的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ＣＤＰＤ由以下四部分組成：移動終端系統(tǒng)（ＭＥＳ）、

移動數(shù)據(jù)基站（ＭＤＢＳ）、移動數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（ＭＤＩＳ）和ＣＤＰＤ骨干網(wǎng)。

２．１ 移動終端系統(tǒng)（ＭＥＳ）

它通常由移動終端和ＣＤＰＤ無線調(diào)制解調(diào)器組成。ＣＤ

ＰＤ無線調(diào)制解調(diào)器負責(zé)管理無線接口協(xié)議，完成分組數(shù)據(jù)的傳輸和ＣＤＰＤ網(wǎng)絡(luò)的接入。移動終

端與無線調(diào)制解調(diào)器之間的通信采用標(biāo)準(zhǔn)的串口協(xié)議，如：串行網(wǎng)際協(xié)議（ＳＬＩＰ）或點對點協(xié)

議（ＰＰＰ），調(diào)制解調(diào)器接口有ＲＳ－２３２、ＰＣＭＣＩＡ和內(nèi)置ＰＣＩ插槽型。

２．２ 移動數(shù)據(jù)基站（ＭＤＢＳ）

移動數(shù)據(jù)基站的任務(wù)是，通過空中接口和移動數(shù)據(jù)終端進行全雙

工分組數(shù)據(jù)傳輸，同時也負責(zé)頻譜檢測、頻率管理�；�站可根據(jù)需要規(guī)定每個小區(qū)的信道數(shù)，每條

信道可為移動終端提供１９．２ｋｂｉｔ ／ ｓ的空中接入。移動數(shù)據(jù)基站還通過幀中繼與移動數(shù)

據(jù)交換系統(tǒng)相連。

２．３ 移動數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（ＭＤＩ

Ｓ）

它由分組服務(wù)器和管理服務(wù)器組成。分組服務(wù)器負責(zé)數(shù)據(jù)分組交

換；管理服務(wù)器負責(zé)用戶帳戶、計費和移動性管理，移動性管理采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ標(biāo)準(zhǔn)組織Ｉ

ＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）指定的移動ＩＰ模

式。

２．４ ＣＤＰＤ骨干網(wǎng)

它由通用的中間系統(tǒng)（ＩＳ）組成，它實際上是ＩＰ路由器。Ｉ

Ｓ提供無連接的數(shù)據(jù)報業(yè)務(wù)，根據(jù)每個分組的目的地址和當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓撲對分組進行路由選擇。Ｃ

ＤＰＤ是基于ＴＣＰ ／ ＩＰ的開放系統(tǒng)，可方便接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，還支持ＯＳＩ標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

ＣＬＮＰ（無連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）。

３ ＣＤＰＤ的協(xié)議模型

ＭＥＳ和ＭＤＩＳ之間的ＣＤＰＤ分層協(xié)議模型如圖１所示。Ｕ

ｍ接口是ＣＤＰＤ的空中接口。Ｕｍ接口上的通信協(xié)議，至上而下依次為物理層、ＭＡＣ（媒體接

入控制）層、ＬＬＣ（邏輯鏈路控制）層、ＳＮＤＣＰ（子網(wǎng)依賴結(jié)合協(xié)議）層和網(wǎng)絡(luò)層。

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Ｕｍ接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路則負責(zé)提

供空中接口的射頻信道。ＭＥＳ與ＭＤＢＳ間靠一對３０ｋＨｚ的ＲＦ信道進行通信，從ＭＤＢＳ

至ＭＥＳ的信道稱正向信道，從ＭＥＳ至ＭＤＢＳ的信道稱反向信道，一對正、反向信道形成一條

ＣＤＰＤ信道流。信道流使用的調(diào)制方式是ＧＭＳＫ（相對帶寬ＢＴ＝０．５），調(diào)制速率為１

９．２ｋｂｉｔ ／ ｓ。物理層還與無線資源管理實體（ＲＲＭＥ）相接口，通過這個接口，ＲＲ

ＭＥ對ＲＦ信道對、傳輸功率電平和物理鏈路的通斷進行控制，并檢測ＲＦ信道信號電平和估算它

的通信能力。

ＭＡＣ為媒體接入控制層。ＭＡＣ層的主要作用是定義和分配空

中接口的ＣＤＰＤ邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。ＣＤＰＤ的邏輯信道分廣播信

道和點對點業(yè)務(wù)信道。廣播信道又分為控制和管理兩種，控制信道用于廣播控制信息；管理信道用

于廣播無線資源管理信息（如：信道流識別參數(shù)、小區(qū)配置參數(shù)、信道接入?yún)��?shù)和信道質(zhì)量評估參

數(shù)）。點對點業(yè)務(wù)信道用于單個ＭＥＳ與其服務(wù)ＭＤＩＳ間的信息傳輸。

每個邏輯信道都分配了一個叫臨時設(shè)備識別號（ＴＥＩ）的信道

號。ＴＥＩ＝１為廣播控制信道，ＴＥＩ＝０為廣播管理信道。ＴＥＩ＝１６至１３４２１７７２

７分配給點對點業(yè)務(wù)信道，它在點對點數(shù)據(jù)鏈路連接建立之前，分配給與這次連接相對應(yīng)的ＭＥ

Ｓ，該ＭＥＳ就用分配的ＴＥＩ值發(fā)送并接收包含指定ＴＥＩ值的幀。ＭＡＣ層通過一個依賴于執(zhí)

行的接口與ＲＲＭＥ通信，通過這個接口ＭＡＣ層通知ＲＲＭＥ，它是否與當(dāng)前所選的正向信道同

步，并給ＲＲＭＥ傳遞有關(guān)所收到比特和塊錯誤數(shù)的狀態(tài)信息，因此，ＲＲＭＥ可評估一條給定Ｃ

ＤＰＤ信道的接收能力，并提供無線資源管理功能。

ＬＬＣ層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于ＩＴＵ－Ｔ建

議Ｑ．９２０和Ｑ．９２１的無線鏈路協(xié)議，稱為移動數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議（ＭＤＬＰ），在ＭＥＳ內(nèi)的

ＭＤＬＰ與它所在的服務(wù)ＭＤＩＳ中的ＭＤＬＰ進行對等通信。ＬＬＣ層負責(zé)在高層ＳＮＤＣＰ

（子網(wǎng)依賴結(jié)合協(xié)議）層的ＳＮＤＣ數(shù)據(jù)單元上形成ＬＬＣ地址、幀字節(jié)，從而生成完整的ＬＬＣ

幀。另外ＬＬＣ層可以實現(xiàn)一點對多點的尋址和數(shù)據(jù)的重發(fā)控制。

ＭＤＢＳ中的ＬＬＣ層是邏輯鏈路轉(zhuǎn)送層。這一層負責(zé)轉(zhuǎn)

送ＭＥＳ和ＭＤＩＳ之間的ＬＬＣ幀。ＬＬＣ層對于ＭＤＬＰ數(shù)據(jù)單元來說是完全透明的，即不負

責(zé)處理ＭＤＬＰ數(shù)據(jù)。

ＳＮＤＣＰ層為子網(wǎng)依賴結(jié)合層。它的作用是完成傳送數(shù)

據(jù)的分組、打包、數(shù)據(jù)壓縮，確定ＴＣＰ ／ ＩＰ地址和加密方式，提供ＳＮＤＣＰ頂層多個網(wǎng)絡(luò)

層實體的復(fù)接。ＭＥＳ和ＭＤＩＳ間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個或多個ＮＰＤＵ（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單

元）數(shù)據(jù)包單元。ＮＰＤＵ數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到ＬＬＣ幀內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議為ＴＣＰ ／ Ｉ

Ｐ和Ｘ．２５協(xié)議。

４ ＣＤＰＤ空中接口中的信道

流

ＣＤＰＤ的信道流由ＭＤＢＳ與ＭＥＳ之間的一對正、反

向信道構(gòu)成，信道流傳輸ＬＰＤＵ幀數(shù)據(jù)流。在正、反向信道上，幀數(shù)據(jù)流劃分為由２７４連續(xù)比

特組成的段，每個段前置８ｂｉｔ色碼，形成一系列２８２ｂｉｔ固定長的連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)塊，色

碼用于同信道干擾檢測，其中３ｂｉｔ用于標(biāo)識ＭＤＩＳ，由同一個ＭＤＩＳ控制的小區(qū)內(nèi)發(fā)送的

所有信道流具有相同的值。色碼的其他５ｂｉｔ用于標(biāo)識與同一個ＭＤＩＳ相連的ＭＤＢＳ上的小

區(qū)，在同一個小區(qū)內(nèi)，ＲＦ信道具有相同的色碼值。

數(shù)據(jù)塊用對稱的（６３，４７）Ｒｅｅｄ＿Ｓｏｌｏｍｏ

ｎ碼進行糾錯編碼，生成３７８ｂｉｔ固定長的ＲＳ編碼塊序列，其中信息段由４７個６ｂｉｔ碼

字構(gòu)成，校驗段由１６個６ｂｉｔ碼字構(gòu)成，這樣，每個編碼塊可糾正８ｂｉｔ的錯碼。然后再用

生成多項式為ｇ（ｘ）＝ｘ９＋ｘ８＋ｘ５＋ｘ４＋１的９階擾碼器進行擾碼，以減小在傳輸比特

流中長“１”或長“０”串的可能性。正向信道在擾碼后與特定碼字的４２ｂｉｔ控制標(biāo)志交織，

每１０個６ｂｉｔ碼字含一個６ｂｉｔ的控制標(biāo)志。控制標(biāo)志包含了反向信道的忙 ／

閑狀態(tài)、正向信道同步字、解碼狀態(tài)和ＭＡＣ電平等信息。

在反向信道上要先發(fā)送：１）３８ｂｉｔ的“０”和“１”交替

的前置碼，它幫助ＭＤＢＳ檢測發(fā)送的開始和捕捉定時同步；２）反向同步字（ＲＳＷ），它是一

個２２ｂｉｔ格式，幫助捕捉塊同步。反向信道則用７ｂｉｔ的連續(xù)指示標(biāo)識與每個ＲＳ塊交織，

每個６ｂｉｔ符號１ｂｉｔ，用來指示反向傳送脈沖是否結(jié)束，當(dāng)為全“１”序列則表示還有待傳

的ＲＳ塊，當(dāng)為全“０”序列則表明是最后的傳輸塊。

５ ＣＤＰＤ的檢測和接入規(guī)程

ＭＥＳ用一種數(shù)字監(jiān)測多址接入 ／ 沖突檢測（ＤＳＭ

Ａ ／ ＣＤ）算法接入反向信道，此法類似于用于以太網(wǎng)的載波監(jiān)聽多址接入 ／ 沖突檢測。因

為ＭＥＳ接收和發(fā)射頻帶的不同，所以它只能監(jiān)聽正向信道的狀態(tài)，也就是說在ＣＤＰＤ中要應(yīng)用

不同的沖突檢測方法。ＤＳＭＡ ／ ＣＤ利用正向信道流中的忙 ／ 閑標(biāo)志，表明反向信道的忙

閑。忙 ／ 閑標(biāo)志是一個５ｂｉｔ序列，每６０ｂｉｔ在正向信道發(fā)送１次。ＤＳＭＡ ／ ＣＤ

利用正向信道流中的解碼狀態(tài)標(biāo)志，來指示ＭＤＢＳ是否成功地在反向信道上解碼出前面的碼塊。

解碼狀態(tài)標(biāo)志是一個５ｂｉｔ序列，若解碼成功，解碼狀態(tài)標(biāo)志為“０００００”，若不成功則為

“１１１１１”。

要發(fā)送的ＭＥＳ首先檢測忙 ／ 閑標(biāo)志位（該標(biāo)志每６０ｂｉ

ｔ更新一次），如果反向信道忙，ＭＥＳ延遲一個隨機的時隙長度后再檢測忙 ／ 閑標(biāo)志，一旦監(jiān)

聽到反向信道空閑，ＭＥＳ就開始發(fā)送，發(fā)送只在一個６０ｂｉｔ時隙邊界處開始。當(dāng)ＭＤＢＳ檢

測到反向信道有發(fā)送時，它便對忙 ／ 閑標(biāo)志置位，告知其他ＭＥＳ該信道忙。在ＭＥＳ開始一次

發(fā)送后，它檢查收到的前向信道塊的解碼狀態(tài)標(biāo)志，并根據(jù)這一標(biāo)志值繼續(xù)或中斷發(fā)

送。

６ 結(jié)束語

ＣＤＰＤ既可作為一個獨立的蜂窩系統(tǒng)來實現(xiàn)，也可以作

為構(gòu)建在現(xiàn)有蜂窩通信網(wǎng)的一個分組交換系統(tǒng)來實現(xiàn)，這時它可充分利用現(xiàn)有的蜂窩設(shè)備實現(xiàn)快速

的組網(wǎng)，且安裝成本較低。另外在一些無線專網(wǎng)中，也可以對其空中接口中的信令作適當(dāng)修訂，完

成專網(wǎng)的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的飛速發(fā)展，移動通信與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的結(jié)合

已成必然，這為移動數(shù)據(jù)通信提供了一個廣闊的空間，移動數(shù)據(jù)通信必將成為移動通信發(fā)展的一個

重要方向。