CDPD無線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)用分析

張 峰

　　無線移動(dòng)通信網(wǎng)作為現(xiàn)代通信領(lǐng)域中的一種主要通信手段，正以驚人的速度廣泛地應(yīng)用于各行業(yè)。目前，我國(guó)除公眾無線通信網(wǎng)，還有大量的無線移動(dòng)通信專用網(wǎng)。如：氣象、水利、電力、林業(yè)、石油、軍事等單位。無線移動(dòng)通信專業(yè)網(wǎng)主要服務(wù)于專業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)。主營(yíng)業(yè)務(wù)不同，對(duì)專業(yè)網(wǎng)路的要求不同，但在話路、數(shù)據(jù)等技術(shù)要求是相同的。下面僅就無線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)及適用業(yè)務(wù)等問題進(jìn)行分析。

一、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)速率選擇

　　無線數(shù)據(jù)通信就是將計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)信息在無線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。無線網(wǎng)絡(luò)通過規(guī)則分布的無線收發(fā)基站在地理上形成一大片蜂窩狀的無線覆蓋區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信用戶只要持有無線數(shù)據(jù)終端，就可以象手機(jī)用戶那樣方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。由于具有獨(dú)特的技術(shù)性能，用戶在移動(dòng)中進(jìn)入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，其安全性、準(zhǔn)確性不亞于進(jìn)入有線數(shù)據(jù)網(wǎng)。無線接入的數(shù)據(jù)速率視不同的系數(shù)型和技術(shù)手段而不同，從４Ｋｂｐｓ、８Ｋｂｐｓ、１９．２Ｋｂｐｓ、６４Ｋｂｐｓ、７７Ｋｂｐｓ、３８４Ｋｂｐｓ、７６８ Ｋｂｐｓ、一直到１Ｍｂｐｓ、２Ｍｂｐｓ等。目前，從技術(shù)成熟角度來看，采用蜂窩技術(shù)的廣域無線網(wǎng)絡(luò)以１９．２ Ｍｂｐｓ的無線接入數(shù)據(jù)速率為標(biāo)準(zhǔn)，其中，又以ＣＤＰＤ無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)基于上世紀(jì)９０年代的軟硬件技術(shù)，并具有良好發(fā)展前景為首選。

二、蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（ＣＤＰＤ）的基本慨念

　�。茫模校氖且詳�(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，ＣＤＰＤ系統(tǒng)把用戶的整份數(shù)據(jù)報(bào)文按規(guī)則分割成若干定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)“分組”，以“分組”在無線信道上通信。用戶的數(shù)據(jù)“分組”可以在一個(gè)或多個(gè)無線信道間跳頻傳送，完全視無線信道的狀態(tài)而定，在通信中無線信道并不完全固定分配給一個(gè)用戶，而是多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)“分組”共享。并且無線信道完全按照蜂窩移動(dòng)通信的組網(wǎng)方式來配置，保證用戶的無線數(shù)據(jù)終端在移動(dòng)中照常通信。

三、ＣＤＰＤ的網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)

　　無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，在總體上一般分成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)交換中心，無線基站和用戶移動(dòng)數(shù)據(jù)終端４個(gè)層次。網(wǎng)絡(luò)管理可分成一個(gè)中心管理和多個(gè)區(qū)域管理，每個(gè)區(qū)域可設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)交換中心，每個(gè)數(shù)據(jù)交換中心可處理幾百個(gè)無線基站的通信。無線基站的分布和無線信道的設(shè)置采用類似移動(dòng)電話網(wǎng)的蜂窩小區(qū)復(fù)用技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展結(jié)構(gòu)上，以數(shù)據(jù)交換中心為核心，通過ＤＤＮ網(wǎng)與各個(gè)無線基站連接，構(gòu)成星型結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)交換中心采用雙重１０Ｂａｓｅ－Ｔ的ＬＡＮ，上掛分組服務(wù)器，管理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。從分組服務(wù)器經(jīng)過交叉連接設(shè)備以６４Ｋｂｐｓ的數(shù)據(jù)速率同各個(gè)基站連接。移動(dòng)數(shù)據(jù)終端這一層，最貼近用戶，采用無線接入的方式通過無線基站入網(wǎng)，它以無線解調(diào)收發(fā)器為基本配置，種類很多。無線解調(diào)收發(fā)器同計(jì)算機(jī)智能終端的連接來分，可分為內(nèi)裝式和外接式，外接式一般通過ＲＳ２３２和ＰＣＭＣＩＡ插口連接；以應(yīng)用來分，可分為通過計(jì)算機(jī)終端和專用終端。移動(dòng)數(shù)據(jù)終端的不同配置，構(gòu)成了各種各樣的應(yīng)用。

　　為接入ＣＤＰＤ網(wǎng)絡(luò)，無線數(shù)據(jù)終端接收一個(gè)無線信道，進(jìn)行登錄，登錄可以防止欺騙性的人員入網(wǎng)（系統(tǒng)在允許無線入網(wǎng)之前，可先查看他的信用記錄），又可通知ＣＤＰＤ網(wǎng)當(dāng)前的用戶位置信息。當(dāng)分組服務(wù)器（ＰＳ）每次收到登錄請(qǐng)求時(shí)，就發(fā)出一個(gè)詢問管理服務(wù)中心（ＡＳ）的鑒權(quán)服務(wù)器，ＡＳ允許當(dāng)前的移動(dòng)終端（ＭＥＳ）接入，則該ＭＥＳ的所屬的ＰＳ以ＭＥＳ的新的位置信息刷新運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫。所有發(fā)給移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)分組包，首先發(fā)給其所屬的ＰＳ，該ＰＳ再轉(zhuǎn)至該ＭＥＳ正在訪問的ＰＳ，再到相應(yīng)的ＣＤＰＤ信道。一旦接入信道允許，該ＭＥＳ就連續(xù)監(jiān)聽這個(gè)信道直到ＭＥＳ或ＣＤＰＤ網(wǎng)絡(luò)決定信道切換。許多ＭＥＳ可共享一個(gè)ＣＤＰＤ信道。

　�。茫模校臒o線信道的前向或后向空中的鏈路是開槽的數(shù)字信道。ＭＥＳ在反向空中鏈路采用ＣＳＭＡ／ＣＤ的媒體接入控制規(guī)程獲得接入信道。ＭＥＳ在反向鏈路的數(shù)據(jù)分組分割成許多鏈路幀，這些鏈路幀進(jìn)行格式化后進(jìn)一步形成小的結(jié)果編碼的脈沖波，在反向鏈路傳輸。ＣＤＰＤ信道的正向鏈路除了承載鏈路幀給ＭＥＣ以外，還承載系統(tǒng)開銷和信令信息，反向信道的忙閑信息，反向信道的碰撞反饋信息。

　　無線基站（ＭＤＢＳ）負(fù)責(zé)尋找空閑無線信道，收發(fā)數(shù)據(jù)流，傳送ＣＤＰＤ無線鏈路與ＰＳ之間的鏈路幀，交換部分負(fù)責(zé)ＭＥＳ的移動(dòng)管理。ＣＤＰＤ網(wǎng)絡(luò)的使用數(shù)據(jù)陳列，如ＭＥＳ登錄次數(shù)，數(shù)據(jù)分組累積數(shù)，每個(gè)ＭＥＳ收發(fā)信息量累積數(shù)均由每個(gè)ＰＳ采集，周期性地在交換中心的每個(gè)ＰＳ綜合這些記帳原始數(shù)據(jù)，給記帳服務(wù)器，ＭＤＩＳ也提供到其他數(shù)據(jù)網(wǎng)的各種連接。

　�。茫模校臒o線信道的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由決定這些結(jié)構(gòu)的一系列規(guī)程組成。

　�。樱危模茫凶泳W(wǎng)可靠縮減規(guī)程，負(fù)責(zé)對(duì)ＴＣＰ／ＩＰ分組的４０字節(jié)的開銷和ＣＬＮＰ分組的５７字節(jié)的開銷進(jìn)行壓縮。負(fù)責(zé)分段和重組成網(wǎng)絡(luò)層分組包。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)分組和壓縮的開銷一起分成數(shù)據(jù)段每段最多１２８字節(jié)，每段１字節(jié)的附加開銷用于ＣＤＰＤ可識(shí)別數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)類型的分組（如ＴＣＰ／ＩＰ分組，ＩＣＭＰ／ＩＰ分組等），每段２字節(jié)的開銷用于ＣＤＰＤ不可識(shí)別數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)類型分組（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)龋�，每段的�?shù)據(jù)是加擾的，送到ＭＥＳ鏈路層。

　�。停模蹋幸苿�(dòng)數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程，把數(shù)據(jù)段分成鏈路幀，給每段增加最多４個(gè)字節(jié)的ＴＥＩ地址區(qū)和最多２個(gè)字節(jié)的控制區(qū)，最后形成的幀送到ＭＡＣ層。

　�。停粒脤�，媒體接入控制層。在連續(xù)的幀之間增加１字節(jié)的幀定義符并執(zhí)行比特阻塞，以保護(hù)數(shù)據(jù)有效載荷的分割，每幀約增加１個(gè)字節(jié)。幀的序列在空中分塊傳送，每一塊的數(shù)據(jù)通過糾錯(cuò)碼的保護(hù)，對(duì)反向信道傳輸，２８２ｂｉｔ的幀和幀定義符放在一個(gè)４２０ｂｉｔ的塊里。這樣，每個(gè)物理層的塊大約包含３２字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)。

　　總之，大約空中鏈路物理層的１９．２Ｋｂｉｔ／ｓ通量的三分之一用糾錯(cuò)編碼冗余。在正向信道還要加上信道狀態(tài)位和碰撞反饋位。

四、ＣＤＰＤ的特點(diǎn)

　�。薄㈤_放的系統(tǒng)

　�。茫模校幕�于開放的系統(tǒng)平臺(tái)，其協(xié)議是以互聯(lián)網(wǎng)傳輸通信協(xié)議（ＴＣＰ／ＩＰ）為基礎(chǔ)的，可提供ＰＰＰ、ＳＬＩＰ、ＡＴ連接，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)程采用ＴＣＰ／ＩＰ和ＣＬＮＰ規(guī)程，可作為ＩＮＴＥＲＮＥＴ的延伸。ＴＣＰ／ＩＰ是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的協(xié)議。這就能吸引大量開發(fā)者為ＣＤＰＤ開發(fā)應(yīng)用，這些應(yīng)用開發(fā)者將在他們非常熟悉的ＴＣＰ／ＩＰ環(huán)境下編程開發(fā)；另外，用于計(jì)算機(jī)工業(yè)任何基于ＴＣＰ／ＩＰ的軟件產(chǎn)品，均可以應(yīng)用于ＣＤ－ＰＤ網(wǎng)上。

　�。病⑿阅軆�(yōu)異

　�。茫模校脑诳罩薪涌谏鲜牵保梗�２Ｋｂｐｓ的全雙工信道，并采用ＣＣＩＴＴ、Ｖ－４２ｂｉｓ的數(shù)據(jù)壓縮，使其通量更上一級(jí)。同時(shí)應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制和信號(hào)處理技術(shù)以及空中前向編碼糾錯(cuò)，保證了其空中鏈路的高可靠和抗干擾能力。無線信道ＤＳＭ．Ａ／ＣＤ媒體接入控制規(guī)程和自動(dòng)負(fù)荷均衡，使信道效率大為提高。ＣＤＰＤ系統(tǒng)保證了無線信道切換和用戶漫游中的無差錯(cuò)傳送。

　�。�、功能強(qiáng)大

　　①通信業(yè)務(wù)連接功能：網(wǎng)內(nèi)連接，進(jìn)行端對(duì)端全雙工即時(shí)通信，系統(tǒng)一端到多端的廣播，全網(wǎng)廣播；網(wǎng)間互聯(lián)；可經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)路由器進(jìn)入ＣＨＩＮＡＰＡＣ網(wǎng)，并可通過路由器直接與ＣＨＩＮＡＮＥＴ互聯(lián)。

　　②網(wǎng)絡(luò)切換和漫游功能：小區(qū)切換的發(fā)生主要基于３個(gè)因素，它們是過低的接收電平；過高的碼間干擾和誤包率；從基站失去同步信號(hào)。小區(qū)切換的類型主要有３類，它們是信道跳頻（在同一個(gè)基站范圍內(nèi)僅改變無線信道），小區(qū)切換（從某小區(qū)的信道切換到另一小區(qū)的信道，小區(qū)和信道均改變），區(qū)域漫游（從交換中心ＭＤＩＳ有服務(wù)區(qū)域的某信道切換到另一個(gè)交換中心ＭＤＩＳ的服務(wù)區(qū)域的某信道，服務(wù)區(qū)域、小區(qū)和信道改變）。ＣＤＰＤ的各種小區(qū)切換和漫游完全是軟切換方式，可支持從靜止一直到時(shí)速１００ｋｍ的快速移動(dòng)，切換條件和切換控制時(shí)間完全可運(yùn)營(yíng)者設(shè)置。

　�、劭刂乒δ埽河行诺罁頂D控制功能，抗干讓調(diào)頻控制功能，多信道控制功能，ＭＥＳ功率控制，ＺＡＰ控制和ＭＥＳ ｂｌａｓｔｒ控制等。

　　④系統(tǒng)授權(quán)及保密功能：ＣＤＰＤ系統(tǒng)在用戶授權(quán)登錄上配置了各種功能。系統(tǒng)本身可以設(shè)定允許用戶登錄范圍，并對(duì)登錄進(jìn)行管理。一般具有授權(quán)使用的用戶才能登錄系統(tǒng)。系統(tǒng)可以拒絕付費(fèi)狀態(tài)布好的用戶登錄。ＣＤＰＤ系統(tǒng)在用戶的通信保密上功能上非常強(qiáng)。在空中的全程傳輸中采用ＲＣ４加密算法，正反向信道密鑰不對(duì)稱，密鑰由交換中心掌握，ＭＥＳ登錄一次，交換中心自動(dòng)核對(duì)舊密鑰更換新的密鑰一次，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理。

　�、輼I(yè)務(wù)管理功能：ＣＤＰＤ對(duì)用戶的各種信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。

　�、蘧W(wǎng)絡(luò)管理功能：ＣＤＰＤ的網(wǎng)絡(luò)管理采用ＣＭＩＳ和ＣＭＩＰ（公共管理信息規(guī)程）。主要包括故障管理，安全管理，配置管理。

　�。�、廣泛基礎(chǔ)

　　在廣大通信運(yùn)營(yíng)商的支持下，ＣＤＰＤ系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個(gè)公開的全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，并在申請(qǐng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在產(chǎn)品供應(yīng)上，有５大系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)廠商和３０家移動(dòng)終端生產(chǎn)廠商支持。特別是數(shù)據(jù)終端（ＣＤＰＤＭＯＤＥＭ）生產(chǎn)廠家達(dá)２０多家。

　�。�、ＣＤＰＤ規(guī)程在不斷發(fā)展

　�。茫模校囊�(guī)程作為無線數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，還在不斷發(fā)展。目前用在ＭＡＰＳ的ＦＤＭＡ上，并擴(kuò)展了ＣＳ－ＣＤＰＤ標(biāo)準(zhǔn)用于模擬電路的延伸，以后還會(huì)放到ＴＤ－ＭＡ，ＣＤＭＡ�熜纬桑裕模停粒�ＣＤＰＤ，ＣＤＭＡ－ＣＤＰＤ。

五、ＣＤＰＤ的適應(yīng)性業(yè)務(wù)

　　由于ＣＤＰＤ的技術(shù)特點(diǎn)，它的適應(yīng)業(yè)務(wù)種類很多，使用方法靈活，特別是對(duì)用戶點(diǎn)多，分布面廣，移動(dòng)信息長(zhǎng)，而通信使用頻率次數(shù)較多的業(yè)務(wù)種類，如：水利工程管理、水資源管理調(diào)度處理、遠(yuǎn)程和固定終端監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息查詢、雙向通信業(yè)務(wù)等。

----《通信世界報(bào)》