CDMA技術特點與提供的功能

2019-11-03 09:12:36

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王東

　　摘　要：主要闡述了第三代移動通信CDMA技術特點與其提供的強大功能。移動通信終端已從傳統的電話、收發短信息通信的狹窄的服務中走向了寬帶多媒體應用中。PDSN是連接無線網絡和分組數據網的接入網關，為移動Internet／Intranet用戶提供分組數據接入服務。AAA服務器能夠通過驗證一些預先登記的信息來提供用戶身份認證，決定是否授權移動用戶訪問特定的網絡資源，通過計費信息的處理，進行計費、審計、成本分配或趨勢分析。CDMA技術為移動通信業務的更新發展提供了有力的保證。

　　關鍵詞：CDMA；AAA服務器；Internet；Intranet

1　引言

　　CDMA（Code Division Multiple access碼分多址）是近年來被應用于商業的一種數字接口技術。他擁有頻率利用率高、手機功耗低等優點。CDMA手機是指基于CDMA網絡的移動通信終端。目前，19家企業被批準有資格生產CDMA終端產品。

　　CDMA手機除了能夠提供GSM手機的通話功能和信息服務外，還具有高速無線數據傳輸和多媒體功能。能提供的服務主要有：

　?。?）基本增值服務，如呼叫轉移、信息提示等。

　　（2）語音郵件服務，如郵件、傳真、新聞等語音信息。

　　（3）短信息服務，如天氣、交通、證券、廣告等。

　?。?）無線智能網服務，如虛擬網絡、個人號碼識別等。

　?。?）無線互聯網服務，如網絡瀏覽、電子商務、電子郵箱、網絡游戲等。

2　CDMA所具有的優點

　　與GSM手機相比，CDMA手機具有以下優點：

　?。?）CDMA手機發射功率小（2 mw）。

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

　　（3）使用CDMA網絡，運營商的投資相對減少，這就為CDMA手機資費的下調預留了空間。

　?。?）因采用以拓頻通信為基礎的一種調制和多址通信方式，其容量比模擬技術高10倍，超過GSM網絡約4倍。

　?。?）基于寬帶技術的CDMA使得移動通信中視頻應用成為可能，從而使手機從只能打電話和發送短信息等狹窄的服務中走向寬帶多媒體應用。

　　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。這兩種寬帶CDMA方案，除了碼片速率、同步方式、導頻方式等有所不同外，其他如功率、軟切換等基本技術并無大的區別。

　　CDMA One是基于IS-95標準的各種CDMA產品的總稱，即所有基于CDMAOne技術的產品，其核心技術均以IS-95作為標準。CDMA2000是美國向ITU提出的第三代移動通信空中接口標準的建議，是IS-95標準向第三代演進的技術體制方案，這是一種寬帶CDMA技術。CDMA2000室內最高數據速率為2 Mb／s以上，步行環境時為384 kb／s，車載環境時為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的數據傳輸，網絡部分引入分組交換，可支持移動IP業務。

　　CDMA2000-1X EV是在CDMA2000-1X基礎上進一步提高速率的增強體制，采用高速率數據（HDR）技術，能在1．25 MHz（同CDMA2000-1X帶寬）內提供2 M／s以上的數據業務，是CDMA2000-1X的邊緣技術。3GPP已開始制訂CDMA2000-1X EV的技術標準，其中用高通公司技術的稱為HDR。

　　與CDMAOne相比，CDMA2000有下列技術特點：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；可實現系統平滑過渡；核心網協議可使用IS-41,GSM-MAP以及IP骨干網標準；前向發送分集；快速前向功率控制；使用Turbo碼；輔助導頻信道；靈活幀長；反向鏈路相干解調；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，實現平滑過渡。運營商可在某些需求高速數據業務而導致容量不夠的蜂窩上，用相同載波部署CDMA2000-1X系統，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、快速前向功控、發送分集、Turbo編碼等新技術，其容量比IS-95大為提高。在相同條件下，對普通話音業務而言，容量大致為IS-95系統的兩倍。

3　CDMA關鍵技術所在

　　CDMA2000-1X關鍵技術包括以下幾個方面。

　　（1）前向快速功率控制技術　CDMA2000采用快速功率控制方法。即移動臺測量收到業務信道的Eb／Nt，并與門限值比較，根據比較結果，向基站發出調整基站發射功率的指令，功率控制速率可以達到800 b／s。由于使用快速功率控制，可以達到減少基站發射功率、減少總干擾電平，從而降低移動臺信噪比要求，最終可以增大系統容量。

　?。?）前向快速尋呼信道技術　此技術有2個用途。一是尋呼或睡眠狀態的選擇。因基站使用快速尋呼信道向移動臺發出指令，決定移動臺是處于監聽尋呼信道還是處于低功耗的睡眠狀態，這樣移動臺便不必長時間連續監聽前向尋呼信道，可減少移動臺激活時間和節省移動臺功耗。二是配置改變。通過前向快速尋呼信道，基地臺向移動臺發出最近幾分鐘內的系統參數消息，使移動臺根據此新消息作相應設置處理。

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

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

　　（5）連續的反向空中接口波形　在反向鏈路中，數據采用連續導頻，使信道上數據波形連續，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監控。

　?。?）Turbo碼使用　Turbo碼具有優異的糾錯性能，適于高速率對譯碼時延要求不高的數據傳輸業務，并可降低對發射功率的要求、增加系統容量，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個輸出經刪除復用后形成Turbo碼。Turbo譯碼器由2個軟輸入、軟輸出的譯碼器、交織器、去交織器構成，經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、前向專用控制信道、反向基本信道、反向專用控制信道采用5 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，但解調性能較低；較長幀可降低對發射功率的要求。

　?。?）增強的媒體接入控制功能　媒體接入控制子層控制多種業務接入物理層，保證多媒體業務的實現。他實現話音、分組數據和電路數據業務同時處理，提供發送、復用和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務的要求。CDMA1X網絡的關鍵設備，分組數據服務節點（PDSN）、鑒權、授權、計費服務器（AAA）、本地代理（HA）是CDMA1X系統支持分組數據業務的關鍵設備，為此對他們進行專門的介紹。PDSN是連接無線網絡和分組數據網的接入網關，為移動Internet／Intranet用戶提供分組數據接入服務。除了使點到點協議（PPP）封裝的IP包能在無線網絡和IP網絡間正確傳輸外，PDSN還與其他各種接入服務商的IP分組網絡連接，從而為終端用戶提供諸如互聯網接入、電子商務、WAP應用等多種業務。PDSN同時還完成AAA服務器所需的合并的分組會話計費數據和無線會話計費數據搜集功能，并且支持移動IP的外部代理（FA）和用戶設備的85認證功能，同時還能提供代理移動IP業務，滿足終端用戶豐富多彩的移動互聯網業務需求。

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

　　只有使用“移動IP”時才需要HA。作為一個獨立的網絡單元，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，同時把分組數據轉發到用戶當前所登記的FA（位于PDSN內）。HA同時支持動態的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地址和轉換地址維護關聯表，保證移動關聯表處于同步狀態。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，聯通開始大舉推廣CDMA1X網絡，并明確宣稱將把重心放在無線互聯的移動數據業務上。而目前，無線局域網成熟的標準可達到11 Mb／s的速率，新的標準最高達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，海南聯通在當地建了3個CDMA1X的基站，并向前來采訪年會的記者分發了近300張的無線上網卡，CDMA 1X＋WLAN方案的數據業務更是引起了廣泛關注。按照設想，海南聯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報等在內的移動數據服務。

　　WLAN這種早已被電信網通普遍采納的無線接入技術，一經與CDMA1X融合，就顯示出其獨特的魅力。一般說來，雖然WLAN可以提供高速的數據業務，但WLAN卻缺少對用戶進行鑒權與計費的成熟機制，而且無線局域網的覆蓋范圍較小，一般都在熱點地區，用戶使用時受到地點的限制。而CDMA1X網絡經過了幾十年的研究與實驗，不僅有成熟鑒權與計費機制，并且具有覆蓋廣的特點。

　　CDMA1X網絡可以利用WLAN高速數據傳輸的特點以彌補自己數據傳輸速率受限的不足，而無線局域網不僅充分利用了CDMA1X網絡完善的鑒權與計費機制，而且可結合CDMA1X網絡覆蓋廣的特點，進行多接入切換功能。這樣就可實現WLAN用戶與CDMA1X用戶統一的管理。

　　為了獲得無線局域網提供的數據業務，終端必須處于無線局域網的信號覆蓋范圍內，即首先要連接到AP。當終端發起數據業務的呼叫時，先在APGW和PDSN之間建立RP連接，然后到PDSN進行分組網絡的注冊，才可進行數據業務，其具體連接過程如下：

　?。?）終端在WLAN網絡系統中檢測WLAN的信號，并連接到AP。

　?。?）當終端有數據業務的需求時，發起連接請求，在AP／APGW收到連接消息后，APGW向PDSN發送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注冊應答消息接收該連接，PDSN和APGW均產生關于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，還需進行MIP的注冊）。　

　?。?）PPP連接建立成功，終端可以通過GRE幀在A10連接上發送或接收數據。

　?。?）在Au注冊生存期超過前，APGW發送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傳送與計費相關的信息以及其他信息，這些信息在系統定義的觸發點上傳送。

　?。?）對于有效的注冊請求，PDSN返回帶接受指示和生存期值的A11注冊應答消息。PDSN和APGW均更新A10連接的綁定記錄。PDSN在返回注冊應答消息之前保存與計費相關的信息（如果收到的話）用于進一步處理。

　　（7）如果用戶或PDSN終止數據業務，則PDSN將終止和用戶PPP連接，并拆除與APGW的RP連接。

　　WLAN網絡，其中無線接入點（Access Point，AP）是無線終端接入固定電信網的連接設備，為用戶提供無線接入功能，可提供話音和數據的接入服務。AP完成簡單的對無線用戶的管理和對無線信道的動態分配，并完成802．11與802．3協議的轉換，經過AP轉換后的數據包是以太網包。

　　接入點網關（Access Poin tGateway，APGW）是將AP轉換出的以太網數據包封裝成IP包，并發送到PDSN的設備。一般PDSN設備放置的位置與無線網絡側設備AP、APGW離得比較遠，要實現PDSN接入網關的作用經常需要將AP轉換的二層數據包穿越三層網絡以到達PDSN。因此，APGW功能實體就是為了完成此功能的轉換設備。

參考文獻

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摘自　現代電子技術

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