淺析CDMA運(yùn)營(yíng)商面向LTE的WIFI演進(jìn)

EHRPD網(wǎng)絡(luò)部署背景回顧

隨著4G LTE時(shí)代的日益臨近，CDMA運(yùn)營(yíng)商也在加緊準(zhǔn)備LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。其中包括：一方面，端到端LTE網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)和建設(shè)；另一方面，CDMA網(wǎng)絡(luò)通過(guò)升級(jí)到EHRPD以接入LTE的EPC。CDMA到EHRPD的升級(jí)和部署，是CDMA網(wǎng)絡(luò)向LTE過(guò)渡，直到 LTE網(wǎng)絡(luò)完全建成之前重要的一環(huán)。

下圖為CDMA面向LTE的演進(jìn)中，EHRPD網(wǎng)絡(luò)的位置和組成。

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以看出，EHRPD網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的HRPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的改造。主要針對(duì)終端（UE），接入網(wǎng)絡(luò)（AN/PCF），以及核心網(wǎng)(PDSN)進(jìn)行升級(jí)和改造。雖然HRPD到EHRPD改造相對(duì)容易，但這個(gè)改造也需要一定的時(shí)間才能完成。與此同時(shí)，4G LTE的部署，特別是全網(wǎng)覆蓋，并非一朝一夕就能建設(shè)完成。而處于保護(hù)投資等原因，CDMA網(wǎng)絡(luò)的消亡也需要一定的時(shí)間。這就意味著EHRPD從出現(xiàn)，到大規(guī)模覆蓋，以及LTE出現(xiàn)到全網(wǎng)覆蓋后EHRPD消亡，需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。

如果在EHRPD全網(wǎng)覆蓋之前，已經(jīng)著手逐步引入LTE覆蓋。那么可能的情況是，在CDMA到LTE的過(guò)渡階段， HRPD網(wǎng)絡(luò)，EHRPD網(wǎng)絡(luò)，以及LTE網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)三網(wǎng)共存。在共存網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，EHRPD/LTE核心網(wǎng)絡(luò)為統(tǒng)一的LTE EPC。終端離開(kāi)LTE的有限覆蓋后，如果存在EHRPD網(wǎng)絡(luò)，就切換到EHRPD網(wǎng)絡(luò)。如果沒(méi)有EHRPD網(wǎng)絡(luò)而只是傳統(tǒng)的HRPD和1X網(wǎng)絡(luò)，則不能進(jìn)行切換, 而需要重新注冊(cè)到HRPD/1X網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。作為L(zhǎng)TE全網(wǎng)覆蓋之前的有效補(bǔ)充，EHRPD與LTE之間可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的平滑切換（非優(yōu)化切換）。HRPD與LTE則為不能互通的網(wǎng)絡(luò)共存。

在這個(gè)階段，終端組成也可能出現(xiàn)不同的情形：

LTE+EHRPD的終端：當(dāng)用戶使用這種終端離開(kāi)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋后，可能進(jìn)入并使用EHRPD網(wǎng)絡(luò)覆蓋并接入EHRPD網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)用戶離開(kāi)EHRPD后如果沒(méi)有LTE覆蓋而進(jìn)入HRPD網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則不能使用現(xiàn)有的HRPD網(wǎng)絡(luò)。所以這種類型的商用終端使用前提EHRPD能夠全網(wǎng)覆蓋，或者用戶只需要本地通信服務(wù)。

LTE+EHRPD+HRPD終端：當(dāng)用戶使用這種終端離開(kāi)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋后，可能進(jìn)入EHRPD網(wǎng)絡(luò)覆蓋并接入EHRPD網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)用戶離開(kāi)EHRPD后如果沒(méi)有LTE覆蓋而進(jìn)入HRPD網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則可以使用現(xiàn)有的HRPD網(wǎng)絡(luò)。這中類型的終端由于同時(shí)支持三種接入，因此不需要EHRPD和LTE全網(wǎng)覆蓋。但如上文所說(shuō)，終端在LTE和HRPD覆蓋之間，以及EHRPD和HRPD覆蓋之間不能切換，需要重新接入網(wǎng)絡(luò)。

LTE+ HRPD終端：當(dāng)用戶使用這種終端離開(kāi)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋后，可能進(jìn)入HRPD網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則可以使用現(xiàn)有的HRPD網(wǎng)絡(luò)。這種類型的終端不需要EHRPD和LTE全網(wǎng)覆蓋。同樣地，如上文所說(shuō)，終端在LTE和HRPD覆蓋之間，以及EHRPD和HRPD覆蓋之間不能切換，需要重新接入網(wǎng)絡(luò)。

EHRPD+WIFI

長(zhǎng)期以來(lái)特別是近年來(lái)，WIFI的普及廣受關(guān)注。特別是WIFI在熱點(diǎn)區(qū)域提供強(qiáng)大的無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，成本低廉，且使用方便，越來(lái)越受到電信運(yùn)營(yíng)商的重視。

把WIFI接入作為電信運(yùn)營(yíng)商蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有效補(bǔ)充是現(xiàn)在流行的思路和做法，不論針對(duì)2G，3G還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力極大改善的4G網(wǎng)絡(luò)。對(duì)CDMA運(yùn)營(yíng)商而言，相對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，CDMA運(yùn)營(yíng)商更愿意發(fā)展WIFI。全球主流CDMA運(yùn)營(yíng)商已在著手部署EHRPD+WIFI和LTE+WIFI網(wǎng)絡(luò)，也特別重視WIFI對(duì)IMS/VOLTE等主流業(yè)務(wù)的支持。

在EHRPD階段，WIFI的部署顯得尤為重要。

結(jié)合前面的分析，在EHRPD階段，宏網(wǎng)覆蓋可能是基于HRPD, EHRPD, LTE兩網(wǎng)甚至三網(wǎng)共存覆蓋。WIFI作為其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的補(bǔ)充，將呈現(xiàn)如下情形：

用戶終端進(jìn)入LTE覆蓋區(qū)域使用LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，或主動(dòng)卸載LTE接入到WIFI接入或離開(kāi)LTE覆蓋后接入WIFI；用戶終端進(jìn)入EHRPD覆蓋但無(wú)LTE覆蓋的區(qū)域使用EHRPD數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，或主動(dòng)卸載EHRPD接入到WIFI接入或者離開(kāi)EHRPD覆蓋后接入WIFI接入；用戶終端進(jìn)入只有HRPD覆蓋的區(qū)域使用HRPD數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，或者主動(dòng)卸載HRPD接入到WIFI接入或者離開(kāi)HRPD覆蓋后進(jìn)入WIFI接入。總之，在EHRPD階段，EHRPD是LTE覆蓋的有效補(bǔ)充，WIFI是EHRPD/LTE熱點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有益補(bǔ)充。三者之間能夠共存并形成良性互補(bǔ)。

實(shí)現(xiàn)EHRPD/LTE宏網(wǎng)與WIFI共存和互補(bǔ)的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)融合及業(yè)務(wù)連續(xù)性。這可以遵從3GPP定義的WIFI融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括遵從3GPP IWLAN架構(gòu)以及非3GPP異網(wǎng)互通架構(gòu)等系列規(guī)范的定義，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景和不同階段的融合。下圖是基于3GPP S2b/ePDG方案實(shí)現(xiàn)WIFI與EHRPD/LTE網(wǎng)絡(luò)融合的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

與EHRPD網(wǎng)絡(luò)類似，這種WIFI融合架構(gòu)基于WIFI接入網(wǎng)AN, 將支持該WIFI方案的終端通過(guò)WIFI接入到LTE核心網(wǎng)EPC。其中在S2b/ePDG方案, 引入了WIFI接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)ePDG，支撐終端通過(guò)WIFI接入時(shí)與終端通過(guò)LTE/EHRPD接入時(shí)統(tǒng)一的接入方式和業(yè)務(wù)使用。下圖所示為終端通過(guò)S2b/ePDG接入LTE EPC的概要流程圖。

S2b/ePDG方案之所以能夠?qū)崿F(xiàn)WIFI和EHRPD/LTE的統(tǒng)一接入和網(wǎng)絡(luò)融合，以下是對(duì)接入的幾個(gè)重要方面進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。

上表可以看出，除了無(wú)線接入側(cè)接入信令和數(shù)據(jù)封裝不一樣外，端到端的接入認(rèn)證，用戶管理，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及計(jì)費(fèi)等都是統(tǒng)一的。用戶終端可以在這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)級(jí)移動(dòng)性和非優(yōu)化切換。從而實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)的融合接入。

需要指出的是，盡管3GPP2定義了CDMA與WIFI的融合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，中國(guó)電信等CDMA運(yùn)營(yíng)商也有CDMA+WIFI的融合方案和網(wǎng)絡(luò)部署，但從HRPD到EHRPD后，HRPD/EHRPD與WIFI的融合接入從技術(shù)和戰(zhàn)略上都不建議繼續(xù)考慮。因?yàn)槿缟衔乃�述，CDMA HRPD與LTE/EPC被視為是兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)特性上存在較大差異。而HRPD網(wǎng)絡(luò)通過(guò)EHRPD改造后，能夠滿足LTE/EPC特性。

總之，從HRPD網(wǎng)絡(luò)到EHRPD，再到LTE的演進(jìn)過(guò)程中，WIFI的演進(jìn)策略，比較合理的考慮是，一方面：保留現(xiàn)有CDMA HRPD網(wǎng)絡(luò)，如果基于CDMA已經(jīng)部署了CDMA+WIFI融合網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)保留該WIFI接入方式。另一方面：推動(dòng)EHRPD的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，在該過(guò)程中，EHRPD網(wǎng)絡(luò)的WIFI融合應(yīng)該適時(shí)推進(jìn)，從而為L(zhǎng)TE的部署，以及LTE和WIFI的融合打下基礎(chǔ)，并利用WIFI作為EHRPD/LTE演進(jìn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)補(bǔ)充。下圖為HRPD網(wǎng)絡(luò)，EHRPD網(wǎng)絡(luò)以及LTE網(wǎng)絡(luò)中WIFI的融合模型和劃分階段。

其中EHRPD+WIFI是EHRPD/LTE演進(jìn)和推動(dòng)WIFI發(fā)展的關(guān)鍵階段。

為此，在EHRPD+WIFI階段，需要解決的重要問(wèn)題包括：

新增網(wǎng)元部分：WIFI接入網(wǎng)關(guān)特別是S2b/ePDG

在部署EPC的中加入對(duì)WIFI接入的支持：

PGW增加對(duì)WIFI接入的支持

AAA/HSS增加對(duì)WIFI接入的支持等

終端支持：

利用LTE/EHRPD終端的USIM應(yīng)用

增加IKEv2作為WIFI接入信令

增加IPSEC ESP支持

重用EHRPD EAP-AKA類算法

重用LTE/EHRPD之間的網(wǎng)絡(luò)級(jí)切換以支持與WIFI的網(wǎng)絡(luò)級(jí)切換等

經(jīng)驗(yàn)證明，要形成強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)鏈并進(jìn)行規(guī)模部署，核心網(wǎng)的改造和能力支持一般比較容易。終端支持方面是一個(gè)難點(diǎn)和制約因素�？上驳氖�，選用基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的EHRPD/LTE+WIFI融合方面，對(duì)終端而言，其中幾個(gè)重要特性都可以重用LTE/EHRPD中的既有功能并做改動(dòng)較小。唯一需要新增的是IKE/IPSEC等功能。而這些功能對(duì)終端無(wú)線特性和卡管理等方面無(wú)直接依賴。這些功能可以由第三方軟件方式置入。從而大大縮短其開(kāi)發(fā)周期。主流終端廠商的3G/LTE終端已經(jīng)把EAP-AKA，IKE甚至IPSEC作為了必選支持。終端的技術(shù)問(wèn)題難點(diǎn)應(yīng)該不是太大，但形成規(guī)模商用的產(chǎn)業(yè)鏈，需要耐心培育。

總結(jié)和展望

LTE時(shí)代日益臨近，對(duì)CDMA運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，通過(guò)EHRPD過(guò)渡到LTE實(shí)在必行。EHRPD網(wǎng)絡(luò)，LTE網(wǎng)絡(luò)，以及HRPD網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期共存。EHRPD網(wǎng)絡(luò)與LTE可以實(shí)現(xiàn)互通。WIFI作為這三種蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有效補(bǔ)充，可參考3GPP標(biāo)準(zhǔn)，比較容易與EHRPD/LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接入和網(wǎng)絡(luò)融合。EHRPD過(guò)渡階段，適時(shí)引入WIFI尤為重要。在EHRPD階段引入融合WIFI, 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，技術(shù)難點(diǎn)不大，但要形成商業(yè)規(guī)模產(chǎn)業(yè)鏈，需要與EHRPD/LTE演進(jìn)過(guò)程密切配合，逐步推進(jìn)。

注：本文有關(guān)CDMA面向LTE的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的更多內(nèi)容，可參考作者相關(guān)文章：http://market.c114.net/176/a525100.html

作者：March Wu (通信公司系統(tǒng)技術(shù)主管，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)＜?