cdmaOne和cdma2000标准体系及演进

  摘要 本文简要描述了基于IS-95的CDMA系统和cdma2000系统的标准体系结构及其演进过程,其中包括无线接口、A接口、移动应用部分、智能网、短消息、定位和分组数据等部分。
  
  关键词 标准 CDMA cdma2000
  
  在我国,GSM系统已经经过充分的发展,很多从事移动通信行业的人士对GSM系统的标准体系已经非常熟悉了。而CDMA系统的标准体系采用了一种与GSM系统完全不同的思路。
  
  GSM系统的标准体系可以理解为“横切”,也就是说,将整个系统划分为若干“阶段”,整个系统的所有部分都步调一致地按照“阶段”向前发展。CDMA系统的标准体系则可以理解为“竖切”,也就是说,将整个系统划分为相对独立的部分,每个部分按照自己的步调前进。
  
  CDMA标准体系的这个特点在2G向3G过渡过程中可以明显地显示它的优越性。整个系统中,除了修改空中接口和A接口,增加分组部分以外,其他部分(包括智能网、电路核心网、短消息等)都与2G或3G无关,可以在两个系统间共享。
  
  下面将分别介绍CDMA标准体系中的各个部分。
  
  1 无线接口
  CDMA系统的无线接口经历了IS-95、IS-95A、IS-95B、cdma2000、1x/EV-DO和1x/EV-DV几个发展阶段。
  
  其中IS-95是最早期的一个版本,由于不成熟,实际上并没有投入商用。第一个大规模进入商用的版本是IS-95A。IS-95A的先进性和成熟性经过了时间的充分检验,直到现在,该系统仍然在广泛使用。
  
  IS-95B是一个生不逢时的版本。在发布IS-95B后仅半年的时间就发布了cdma2000标准,所以,大多数运营商选择了跳过IS-95B,直接使用cdma2000的过渡方式。从技术上来说,IS-95B也没有大的进步,主要改进是采用信道捆绑方式提供中速的数据业务。
  
  cdma2000是IMT2000系统的主要模式之一。按照标准的规定, cdma2000系统一个载波的带宽为1.25MHz。如果系统分别独立使用每个载波,则被叫做1x系统;如果系统将3个载波捆绑使用,则叫做3x系统。从商用情况来看,绝大多数CDMA运营商计划使用1x系统,几乎没有人考虑使用3x系统。
  
  1x系统的下一个发展阶段被叫做1x/EV-DO,其中EV是演进的缩写,而DO是指仅支持数据(Data Only)。这项技术的特点是在CDMA技术的基础上引入了TDMA技术的一些特点,从而大幅度提高了数据业务的性能。在单个载波中,数据传输速率最高可以达到2.4Mbit/s,平均吞吐量大约为600kbit/s。但是,由于引入了很多TDMA的技术,使1x/EV-DO不能前向兼容。在实际使用,1x/EV-DO系统需要使用独立的载波,移动台也需要使用双模方式来支持语音和数据。到目前为止,3GPP2已经完成了1x/EV-DO的空中接口和A接口的标准,而网络部分采用基于IP技术的分组网络。
  
  为了克服1x/EV-DO技术在前向兼容方面的缺点,3GPP2正在制定1x/EV-DV的标准。1x/EV-DV仍然采用了CDMA体系一贯的前向兼容思路,即可以与1x系统共存在同一个载波中。1x/EV-DV的标准预计将在2002年4月发布第一个版本。
  
  2 A接口
  A接口一直是CDMA标准体系中最有争议的部分。在早期,美国TIA制定了IS634和IS634A标准。但由于多方面的原因,这两个标准一直缺乏可操作性。
  
    第一个具有可操作性的A接口标准是由CDG发布的IOS 2系列标准。这个系列的标准是为了配合IS-95A空中接口标准而制定的。在这个标准系列中,IOS2.4版本是为了满足中国的需要而制定的,我国也发布了对应的行业标准。
  
  IOS3系列标准是与IS-95B空中接口对应的A接口标准。由于IS-95B没有广泛的应用,所以IOS3标准也没有实际的使用。
  
  在cdma2000系统中,绝大部分标准都是3GPP2制定的。但在A接口部分,由于CDG在制定IOS2系列和IOS3系列标准中建立的影响力,使得CDG在制定cdma2000系统的A接口标准中仍然占有重要的地位。最后发布的标准实际上是两个组织共同努力的结果。3GPP2的Release 0的A接口标准对应于CDG的IOS 4.0。而3GPP2的Release A的A接口标准对应于CDG的IOS 4.1。
  
  到目前为止,A接口可以分为9个小的部分。其中,A1、A2和A5接口用于基站控制器(BSC)和交换机(MSC)之间,分别传送信令、话路和电路型数据,其物理层仍然使用传统的PCM电路。A3和A7接口用于两个BSC之间,分别传送信令和用户数据,主要用于支持BSC间的软切换。A8和A9两个接口用于BSC和分组控制功能(PCF)之间,但在实际的运用中,几乎没有采用开放这两个接口。PCF和分组数据服务节点(PDSN)间的接口是A10和A11,这是无线网路和分组网路间的重要接口点。
  
  3 移动应用部分
  移动应用部分包括MSC、VLR、HLR、AC和短消息中心间的接口。CDMA系统采用的移动应用部分叫做3GPP2 N.S0005,对应的美国标准叫做ANSI-41D,它的最大特点就是与空中接口的无关性。在美国,除了CDMA系统以外,还有AMPS、TDMA等技术,而这些技术都统一使用ANSI-41D作为其核心网络的标准。对基于IS-95A的CDMA系统来说,可以使用ANSI-41D标准作为其移动应用部分的标准,而cdma2000也可以使用ANSI-41D作为其移动应用部分的标准。换句话说,从IS-95到cdma2000的过渡在这个部分是完全平滑过渡。
  
  ANSI-41的下一个版本正在制定的过程中。但是新版本中主要技术内容已经通过多种形式发布了,其中部分内容已经在当前网络中使用,其中包括与七号信令有关的内容。由于ANSI-41系列标准对空中接口的独立性,新增加的内容将不会影响cdma2000的实施。
  
  4 智能网
  智能网是当前移动通信网标准体系中非常重要的一个部分,现在的很多新业务都需要利用智能网技术来开展。
  
  在CDMA标准体系中,智能网部分被称为WIN,它划分为4个部分:第一阶段、预付费部分、第二阶段和第三阶段。
  
  第一阶段可以认为是起步阶段,从技术上来说,在这个阶段的WIN还很不完善。但它明确定义了在移动通信网中使用智能网技术的基本概念,其中包括各个功能平面等。可以认为这是WIN的一个良好的开端。
  
  事实上,预付费部分的名称与其内容并不完全相符。预付费部分是WIN发展过程中的一个重要阶段,而不是仅仅定义了预付费业务。它完善了WIN中的很多细节部分,WIN中使用的很多触发器、消息和参数都在这个部分中进行了定义。相对而言,在第二阶段和第三阶段仅新定义了很少的触发器。
  
  如果说前面两个部分完善了WIN的理论部分,则第二阶段丰富了WIN的业务。第二阶段定义的业务包括各种基于计费的业务、入呼屏蔽等。第三阶段主要是基于位置信息的业务,它与下面将讨论的定位业务是紧密结合在一起的。
  
  5 短消息
  对IS-95A系统和cdma2000系统来说,短消息部分的标准是共用的。在3GPP2,短消息的标准是C.S0015-0,事实上它是直接引用美国很早以前就发布的IS637标准。这个标准规定了短消息的应用层结构以及在空中接口上的传送方法。在网络上,短消息利用ANSI-41消息传送。
  
  6 定位
  定位业务是非常具有CDMA特色的业务之一。在CDMA系统中,为了软切换的需要,移动台需要不停地扫描来自不同基站的信号,并计算这些信号的时延。而时延可以转换为与基站的距离。如果能够接收到多个基站的信号,就可以确定移动台的相对位置。除了这个技术以外,在室外条件下,还可以使用GPS定位技术以提高精度。所以,CDMA系统中采用的定位技术叫做“混合定位技术”。
  
  在无线接口上,支持上述两个关键技术的标准是3GPP2 C.S0022,对应的美国标准是IS801。在网络部分,有多个标准与C.S0022配合。除了用于美国紧急呼叫业务的以外,最主要的一个是3GPP2 N.P0013,对应的美国标准为IS881。这个标准主要规定了定位系统的网络结构,及其网络实体间的信令。它规定定位系统由两个功能实体构成,其中定位实体(PDE)负责实现具体的定位操作;而移动定位中心(MPC)负责接口功能,对外提供位置信息,并保证安全和个人隐私。
  
  在应用部分的标准还不完善,正在制定的标准有智能网第三阶段的标准。它主要规定了智能网如何使用定位信息提供业务。在3GPP2,这个标准是N.P0011,对应的美国标准为IS843。定位部分的标准也同样适用于IS-95A系统和cdma2000系统。
  
  7 分组数据
  CDMA数据业务的最大特点是充分利用IP技术。在分组数据领域,3GPP2实际上仅仅制定了一个标准文件——P.S0001。与GSM系统中GPRS多达数千页文件不同,3GPP2制定的这个标准文件仅仅是63页!
  
  这份文件仅说明了几个基本的内容:
  
  • 分组网络的参考模型,它由PDSN/FA、RADIUS和HA等有限的几个功能实体构成。
  
  • 引用IETF已经发布IP标准的特殊要求。
  
  • 为了解决无线系统计费的特殊要求,定义了话单的格式。
  
  除了上述内容以外,所有的具体协议都直接引用IP标准,从而将分组网络构建在IP技术基础上。综上所述,CDMA系统的标准体系采用了一种非常具有自己特点的方式。这种方式的一个重要原则是将各个部分相对独立开来,从而保证在演进的过程中能够平滑过渡。