CDPD無線移動數據通信系統應用分析

2019-11-03 09:06:40

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供稿：網友

張峰

　　無線移動通信網作為現代通信領域中的一種主要通信手段，正以驚人的速度廣泛地應用于各行業。目前，我國除公眾無線通信網，還有大量的無線移動通信專用網。如：氣象、水利、電力、林業、石油、軍事等單位。無線移動通信專業網主要服務于專業主營業務。主營業務不同，對專業網路的要求不同，但在話路、數據等技術要求是相同的。下面僅就無線移動數據通信系統的概念、結構、技術特點及適用業務等問題進行分析。

一、無線數據通信系統速率選擇

　　無線數據通信就是將計算機和數據信息在無線網絡上進行通信。無線網絡通過規則分布的無線收發基站在地理上形成一大片蜂窩狀的無線覆蓋區域，在此區域內，計算機和數據通信用戶只要持有無線數據終端，就可以象手機用戶那樣方便地進行數據通信。由于具有獨特的技術性能，用戶在移動中進入數據通信網，其安全性、準確性不亞于進入有線數據網。無線接入的數據速率視不同的系數型和技術手段而不同，從４Ｋｂｐｓ、８Ｋｂｐｓ、１９．２Ｋｂｐｓ、６４Ｋｂｐｓ、７７Ｋｂｐｓ、３８４Ｋｂｐｓ、７６８Ｋｂｐｓ、一直到１Ｍｂｐｓ、２Ｍｂｐｓ等。目前，從技術成熟角度來看，采用蜂窩技術的廣域無線網絡以１９．２Ｍｂｐｓ的無線接入數據速率為標準，其中，又以ＣＤＰＤ無線數據系統基于上世紀９０年代的軟硬件技術，并具有良好發展前景為首選。

二、蜂窩數字分組數據（ＣＤＰＤ）的基本慨念

　　ＣＤＰＤ是以數字分組數據技術為基礎，以蜂窩移動通信為組網方式的移動無線數據通信技術，ＣＤＰＤ系統把用戶的整份數據報文按規則分割成若干定長的數據“分組”，以“分組”在無線信道上通信。用戶的數據“分組”可以在一個或多個無線信道間跳頻傳送，完全視無線信道的狀態而定，在通信中無線信道并不完全固定分配給一個用戶，而是多個用戶的數據“分組”共享。并且無線信道完全按照蜂窩移動通信的組網方式來配置，保證用戶的無線數據終端在移動中照常通信。

三、ＣＤＰＤ的網絡層次和結構

　　無線數據通信網絡，在總體上一般分成網絡管理系統，數據交換中心，無線基站和用戶移動數據終端４個層次。網絡管理可分成一個中心管理和多個區域管理，每個區域可設一個數據交換中心，每個數據交換中心可處理幾百個無線基站的通信。無線基站的分布和無線信道的設置采用類似移動電話網的蜂窩小區復用技術進行規劃。在網絡發展結構上，以數據交換中心為核心，通過ＤＤＮ網與各個無線基站連接，構成星型結構。數據交換中心采用雙重１０Ｂａｓｅ－Ｔ的ＬＡＮ，上掛分組服務器，管理服務器和網絡管理系統。從分組服務器經過交叉連接設備以６４Ｋｂｐｓ的數據速率同各個基站連接。移動數據終端這一層，最貼近用戶，采用無線接入的方式通過無線基站入網，它以無線解調收發器為基本配置，種類很多。無線解調收發器同計算機智能終端的連接來分，可分為內裝式和外接式，外接式一般通過ＲＳ２３２和ＰＣＭＣＩＡ插口連接；以應用來分，可分為通過計算機終端和專用終端。移動數據終端的不同配置，構成了各種各樣的應用。

　　為接入ＣＤＰＤ網絡，無線數據終端接收一個無線信道，進行登錄，登錄可以防止欺騙性的人員入網（系統在允許無線入網之前，可先查看他的信用記錄），又可通知ＣＤＰＤ網當前的用戶位置信息。當分組服務器（ＰＳ）每次收到登錄請求時，就發出一個詢問管理服務中心（ＡＳ）的鑒權服務器，ＡＳ允許當前的移動終端（ＭＥＳ）接入，則該ＭＥＳ的所屬的ＰＳ以ＭＥＳ的新的位置信息刷新運動數據庫。所有發給移動終端的數據分組包，首先發給其所屬的ＰＳ，該ＰＳ再轉至該ＭＥＳ正在訪問的ＰＳ，再到相應的ＣＤＰＤ信道。一旦接入信道允許，該ＭＥＳ就連續監聽這個信道直到ＭＥＳ或ＣＤＰＤ網絡決定信道切換。許多ＭＥＳ可共享一個ＣＤＰＤ信道。

　　ＣＤＰＤ無線信道的前向或后向空中的鏈路是開槽的數字信道。ＭＥＳ在反向空中鏈路采用ＣＳＭＡ／ＣＤ的媒體接入控制規程獲得接入信道。ＭＥＳ在反向鏈路的數據分組分割成許多鏈路幀，這些鏈路幀進行格式化后進一步形成小的結果編碼的脈沖波，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）負責尋找空閑無線信道，收發數據流，傳送ＣＤＰＤ無線鏈路與ＰＳ之間的鏈路幀，交換部分負責ＭＥＳ的移動管理。ＣＤＰＤ網絡的使用數據陳列，如ＭＥＳ登錄次數，數據分組累積數，每個ＭＥＳ收發信息量累積數均由每個ＰＳ采集，周期性地在交換中心的每個ＰＳ綜合這些記帳原始數據，給記帳服務器，ＭＤＩＳ也提供到其他數據網的各種連接。

　?。茫模校臒o線信道的數據結構，由決定這些結構的一系列規程組成。

　　ＳＮＤＣＰ子網可靠縮減規程，負責對ＴＣＰ／ＩＰ分組的４０字節的開銷和ＣＬＮＰ分組的５７字節的開銷進行壓縮。負責分段和重組成網絡層分組包。網絡層數據分組和壓縮的開銷一起分成數據段每段最多１２８字節，每段１字節的附加開銷用于ＣＤＰＤ可識別數據鏈路服務類型的分組（如ＴＣＰ／ＩＰ分組，ＩＣＭＰ／ＩＰ分組等），每段２字節的開銷用于ＣＤＰＤ不可識別數據鏈路服務類型分組（如點對點傳輸等），每段的數據是加擾的，送到ＭＥＳ鏈路層。

　?。停模蹋幸苿訑祿溌芬幊蹋褦祿畏殖涉溌穾?，給每段增加最多４個字節的ＴＥＩ地址區和最多２個字節的控制區，最后形成的幀送到ＭＡＣ層。

　?。停粒脤?，媒體接入控制層。在連續的幀之間增加１字節的幀定義符并執行比特阻塞，以保護數據有效載荷的分割，每幀約增加１個字節。幀的序列在空中分塊傳送，每一塊的數據通過糾錯碼的保護，對反向信道傳輸，２８２ｂｉｔ的幀和幀定義符放在一個４２０ｂｉｔ的塊里。這樣，每個物理層的塊大約包含３２字節的網絡層數據。

　　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編碼冗余。在正向信道還要加上信道狀態位和碰撞反饋位。

四、ＣＤＰＤ的特點

　?。?、開放的系統

　?。茫模校幕陂_放的系統平臺，其協議是以互聯網傳輸通信協議（ＴＣＰ／ＩＰ）為基礎的，可提供ＰＰＰ、ＳＬＩＰ、ＡＴ連接，其網絡規程采用ＴＣＰ／ＩＰ和ＣＬＮＰ規程，可作為ＩＮＴＥＲＮＥＴ的延伸。ＴＣＰ／ＩＰ是計算機通信網中應用最廣泛的協議。這就能吸引大量開發者為ＣＤＰＤ開發應用，這些應用開發者將在他們非常熟悉的ＴＣＰ／ＩＰ環境下編程開發；另外，用于計算機工業任何基于ＴＣＰ／ＩＰ的軟件產品，均可以應用于ＣＤ－ＰＤ網上。

　?。?、性能優異

　　ＣＤＰＤ在空中接口上是１９．２Ｋｂｐｓ的全雙工信道，并采用ＣＣＩＴＴ、Ｖ－４２ｂｉｓ的數據壓縮，使其通量更上一級。同時應用先進的數字調制和信號處理技術以及空中前向編碼糾錯，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媒體接入控制規程和自動負荷均衡，使信道效率大為提高。ＣＤＰＤ系統保證了無線信道切換和用戶漫游中的無差錯傳送。

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　?、偻ㄐ艠I務連接功能：網內連接，進行端對端全雙工即時通信，系統一端到多端的廣播，全網廣播；網間互聯；可經過標準路由器進入ＣＨＩＮＡＰＡＣ網，并可通過路由器直接與ＣＨＩＮＡＮＥＴ互聯。

　?、诰W絡切換和漫游功能：小區切換的發生主要基于３個因素，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。小區切換的類型主要有３類，它們是信道跳頻（在同一個基站范圍內僅改變無線信道），小區切換（從某小區的信道切換到另一小區的信道，小區和信道均改變），區域漫游（從交換中心ＭＤＩＳ有服務區域的某信道切換到另一個交換中心ＭＤＩＳ的服務區域的某信道，服務區域、小區和信道改變）。ＣＤＰＤ的各種小區切換和漫游完全是軟切換方式，可支持從靜止一直到時速１００ｋｍ的快速移動，切換條件和切換控制時間完全可運營者設置。

　?、劭刂乒δ埽河行诺罁頂D控制功能，抗干讓調頻控制功能，多信道控制功能，ＭＥＳ功率控制，ＺＡＰ控制和ＭＥＳｂｌａｓｔｒ控制等。

　?、芟到y授權及保密功能：ＣＤＰＤ系統在用戶授權登錄上配置了各種功能。系統本身可以設定允許用戶登錄范圍，并對登錄進行管理。一般具有授權使用的用戶才能登錄系統。系統可以拒絕付費狀態布好的用戶登錄。ＣＤＰＤ系統在用戶的通信保密上功能上非常強。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稱，密鑰由交換中心掌握，ＭＥＳ登錄一次，交換中心自動核對舊密鑰更換新的密鑰一次，實行動態管理。

　　⑤業務管理功能：ＣＤＰＤ對用戶的各種信息進行統計管理。

　?、蘧W絡管理功能：ＣＤＰＤ的網絡管理采用ＣＭＩＳ和ＣＭＩＰ（公共管理信息規程）。主要包括故障管理，安全管理，配置管理。

　?。础V泛基礎

　　在廣大通信運營商的支持下，ＣＤＰＤ系統已經形成了一個公開的全國標準，并在申請國際標準。在產品供應上，有５大系統設備生產廠商和３０家移動終端生產廠商支持。特別是數據終端（ＣＤＰＤＭＯＤＥＭ）生產廠家達２０多家。

　?。?、ＣＤＰＤ規程在不斷發展

　?。茫模校囊幊套鳛闊o線數據的標準，還在不斷發展。目前用在ＭＡＰＳ的ＦＤＭＡ上，并擴展了ＣＳ－ＣＤＰＤ標準用于模擬電路的延伸，以后還會放到ＴＤ－ＭＡ，ＣＤＭＡ形成ＴＤＭＡ－ＣＤＰＤ，ＣＤＭＡ－ＣＤＰＤ。

五、ＣＤＰＤ的適應性業務

　　由于ＣＤＰＤ的技術特點，它的適應業務種類很多，使用方法靈活，特別是對用戶點多，分布面廣，移動信息長，而通信使用頻率次數較多的業務種類，如：水利工程管理、水資源管理調度處理、遠程和固定終端監控、數據信息查詢、雙向通信業務等。

----《通信世界報》