CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)

熊尚坤，李文苡，林奕琳，林衡華

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)方向

移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長迅速，其流量已趕超語音業(yè)務(wù)，成為未來運(yùn)營商收入增長的主要來源。為適應(yīng)帶寬不斷增長的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，3GPP和3GPP2推出了新一代的無線技術(shù)——LTE和UMB，LTE目前完勝，成為新一代移動(dòng)通信技術(shù)的主流。

3GPP從2004年開始在R8版本的標(biāo)準(zhǔn)中研究LTE技術(shù)，接著提出了完整的新一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)——EPS。LTE通過采用OFDM/MIMO等一系列先進(jìn)技術(shù)，在20 MHz帶寬上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)吞吐量下行不低于100 Mbit/s、上行不低于50 Mbit/s。EPS的核心網(wǎng)絡(luò)為EPC網(wǎng)絡(luò)，其采用扁平化、全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡化了信令消息，縮短了業(yè)務(wù)時(shí)延。

為在更大的帶寬上提供移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并融入3GPP強(qiáng)勁的產(chǎn)業(yè)鏈，CDMA運(yùn)營商也普遍選擇了向LTE演進(jìn)的目標(biāo)。

然而，與歷史上任何一種革命性的技術(shù)發(fā)展歷程類似，LTE技術(shù)成熟和規(guī)模應(yīng)用，體現(xiàn)其商用價(jià)值，需要經(jīng)過一個(gè)很長的發(fā)展過程[1]。在相當(dāng)長的時(shí)間，CDMA運(yùn)營商需要依托已有成熟的cdma2000 1x和EV-DO網(wǎng)絡(luò)，通過引入1x增強(qiáng)和EV-DO Rev B等技術(shù)來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和容量，從而在向LTE演進(jìn)的過程中贏得主動(dòng)，規(guī)避演進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，國內(nèi)cdma2000網(wǎng)絡(luò)規(guī)模隨著用戶和業(yè)務(wù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)高速成長期，在2年的建設(shè)運(yùn)營期間，創(chuàng)造了移動(dòng)寬帶用戶發(fā)展速度的新紀(jì)錄，充分體現(xiàn)了成熟的cdma2000技術(shù)強(qiáng)大的市場競爭力。

2 CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進(jìn)中的重要問題

當(dāng)前，全球主流的移動(dòng)運(yùn)營商都已經(jīng)把LTE作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)目標(biāo)。但對(duì)于CDMA/EV-DO和WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，兩者向LTE的演進(jìn)是有差別的，即需要分別考慮與CDMA/EV-DO和WCDMA/HSPA協(xié)同提供業(yè)務(wù)。

CDMA/EV-DO與LTE屬于不同的標(biāo)準(zhǔn)組織，因此從CDMA向LTE演進(jìn)要比從WCDMA/TD-SCDMA/GSM向LTE演進(jìn)復(fù)雜，其涉及兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織共同來定義兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的互操作接口和協(xié)議。

同時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)對(duì)終端提出了新的要求和挑戰(zhàn)，更強(qiáng)的處理能力、更高的電池容量、更多的天線設(shè)計(jì)、更多頻段和制式的支持成為發(fā)展的方向。

此外，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的迅猛發(fā)展，使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP地址匱乏問題凸現(xiàn)，將IPv6引入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)迫在眉睫，運(yùn)營商需考慮如何分步驟實(shí)施。

2.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互操作

對(duì)于CDMA運(yùn)營商而言，LTE網(wǎng)絡(luò)在很長時(shí)間內(nèi)只是作為熱點(diǎn)覆蓋的補(bǔ)充。當(dāng)用戶離開LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要EV-DO網(wǎng)絡(luò)來彌補(bǔ)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不足，以保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

現(xiàn)有的EV-DO網(wǎng)絡(luò)與未來的LTE網(wǎng)絡(luò)是兩張疊加的網(wǎng)絡(luò)，需要通過一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)錨點(diǎn)，才有可能從業(yè)務(wù)層面維持業(yè)務(wù)不中斷。鑒于此，將對(duì)現(xiàn)有的EV-DO網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定的改造，使之與LTE接入具有統(tǒng)一的鑒權(quán)認(rèn)證方式、統(tǒng)一的IP地址分配規(guī)則、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、統(tǒng)一的用戶簽約規(guī)則等，以保證業(yè)務(wù)層面的連續(xù)。但是，現(xiàn)有的EV-DO接入和LTE接入是不同標(biāo)準(zhǔn)組織的產(chǎn)物，為了讓兩種接入技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)層面耦合并完成業(yè)務(wù)連續(xù)的切換，可以借助以下手段。

首先，EV-DO網(wǎng)絡(luò)需要升級(jí)到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，即將AN升級(jí)到eAN，并提供HSGW以接入到LTE的核心網(wǎng)EPC。EPC提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)錨點(diǎn)——PDN Gateway，為同一個(gè)終端的接入分配IP地址，這樣IP會(huì)話在LTE接入和eHRPD接入之間進(jìn)行切換時(shí)可以保證IP地址不變，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的連續(xù)性。PDN Gateway同時(shí)還提供計(jì)費(fèi)能力，業(yè)務(wù)流是固定的，不論是LTE接入還是eHRPD接入，計(jì)費(fèi)是統(tǒng)一的，不受影響。此外，EPC還提供統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)庫，提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)簽約和鑒權(quán)。這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為解決兩個(gè)不同接入技術(shù)之間的移動(dòng)性管理提供了可能。

其次，為了滿足某些實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的切換性能要求，在LTE網(wǎng)絡(luò)和eHRPD網(wǎng)絡(luò)之間還可以增加控制面和用戶面接口。一方面，通過控制面接口完成終端從LTE網(wǎng)絡(luò)切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)的預(yù)注冊(cè)，從而減少業(yè)務(wù)從LTE網(wǎng)絡(luò)切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延；另一方面，兩網(wǎng)之間的用戶面接口緩存了從LTE網(wǎng)絡(luò)切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)的數(shù)據(jù)流，減少了丟包。當(dāng)然，增加接口在帶來性能提升的同時(shí)，也使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和組網(wǎng)技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)營商需要結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)需求綜合考慮并進(jìn)行取舍。

2.2 語音業(yè)務(wù)的承載

語音業(yè)務(wù)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，并且是服務(wù)質(zhì)量要求較高的業(yè)務(wù)，即便是在未來的寬帶無線互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，語音業(yè)務(wù)依然是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)必不可少的重要業(yè)務(wù)。在引入LTE網(wǎng)絡(luò)后，同時(shí)需要保證語音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)和QoS。

EPS網(wǎng)絡(luò)能夠提供端到端的QoS保障機(jī)制，理論上，EPS網(wǎng)絡(luò)本身就可以提供語音業(yè)務(wù)，即VoIP。然而，目前的LTE系統(tǒng)主要追求在熱點(diǎn)的高速率，在干擾控制和覆蓋能力上有明顯缺陷，加上IMS規(guī)模部署復(fù)雜等因素，在LTE上承載VoIP在很長時(shí)間內(nèi)都難以成為現(xiàn)實(shí)。

cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)的電路域可以承載可靠、優(yōu)質(zhì)的電路語音業(yè)務(wù)，而且網(wǎng)絡(luò)覆蓋全、容量大，可以提供具有保障的、無縫切換的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。國內(nèi)的CDMA網(wǎng)絡(luò)中的TDM交換設(shè)備剛剛被淘汰，新的軟交換設(shè)備采用IP技術(shù)，設(shè)計(jì)容量大，網(wǎng)絡(luò)部署靈活，是一張全新的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。因此，在部署LTE網(wǎng)絡(luò)后，對(duì)于LTE的手持終端用戶，通過一些解決方案，可以利用已有的cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)提供語音業(yè)務(wù)并保障語音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

對(duì)這類解決方案的總體要求如下：對(duì)cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)的改造盡量少；能夠提供高質(zhì)量的語音業(yè)務(wù)；終端的成本盡量低。

目前的解決方案包括通過建立LTE與1x之間的網(wǎng)絡(luò)隧道和通過增加終端的接收機(jī)來實(shí)現(xiàn)1x網(wǎng)絡(luò)的待機(jī)，前者將會(huì)增加兩網(wǎng)互通的復(fù)雜性，后者將會(huì)增加終端的復(fù)雜性。因此，運(yùn)營商需要端到端分析這兩種方式的利弊，結(jié)合自身的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略，選擇合適的方案來解決語音業(yè)務(wù)承載問題。

2.3 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)對(duì)終端的要求

終端的發(fā)展和成熟是影響LTE技術(shù)能否規(guī)模商用的關(guān)鍵因素，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，未來的終端需要更強(qiáng)大的處理能力的軟硬件平臺(tái)和更復(fù)雜的射頻電路設(shè)計(jì)支持高速率、更多的頻段支持能力實(shí)現(xiàn)漫游、更多的模式支持實(shí)現(xiàn)在多種網(wǎng)絡(luò)之間互操作。

對(duì)比傳統(tǒng)的通信技術(shù)，LTE技術(shù)提供更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且OFDM技術(shù)涉及大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，因此LTE技術(shù)對(duì)終端芯片的處理能力、能耗以及成本都構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。目前移動(dòng)通信終端基帶芯片主流采用的45 nm工藝在功耗和成本上均不能滿足LTE手持終端的規(guī)模商用需求，需要等待小于28 nm工藝基帶芯片技術(shù)的成熟。目前，高通已宣布推出LTE終端芯片MDM9600/9200，暫只針對(duì)數(shù)據(jù)卡終端應(yīng)用，針對(duì)手持終端的芯片需要等到2012年后才能推出。

對(duì)于射頻硬件部分，由于LTE引入了MIMO技術(shù)，因此要求終端的多個(gè)天線之間盡量不相關(guān)，在終端內(nèi)部有限的空間通過合理的天線設(shè)計(jì)獲得這種不相關(guān)性也有相當(dāng)?shù)碾y度。

另外，LTE在全球沒有統(tǒng)一的頻段，未來將在多個(gè)頻段（包括 700 MHz、2.1 GHz、2.6 GHz等）運(yùn)營，出于對(duì)國際漫游的需求，終端必須支持多個(gè)頻段。同時(shí)，LTE覆蓋一定是從熱點(diǎn)開始部署，為保證用戶體驗(yàn)的連續(xù)性，終端需支持多種網(wǎng)絡(luò)制式，以實(shí)現(xiàn)各種不同網(wǎng)絡(luò)之間的互操作。

2.4 IPv4向IPv6演進(jìn)

互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展，使得公有IPv4地址匱乏問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球IPv4地址存量預(yù)計(jì)于2011年耗盡，地區(qū)代理IPv4地址存量將于2012年耗盡。雖然目前仍可通過私有IPv4地址復(fù)用、NAT44等過渡技術(shù)暫緩地址緊缺的趨勢(shì)，但隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等新興業(yè)務(wù)的規(guī)模發(fā)展，有限的IPv4地址空間將無法滿足新興業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的龐大地址需求。中國互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模發(fā)展與公有IPv4地址短缺的矛盾，使得中國的電信運(yùn)營商向下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)更加迫切。

經(jīng)過近8年的發(fā)展，目前IPv6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備已趨于成熟，并得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)同，而中國政府將其作為下一代互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議納入國家產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。因而，IPv6獲得發(fā)展的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和政策環(huán)境已經(jīng)具備，而物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的興起為IPv6發(fā)展提供了較好的契機(jī)。

現(xiàn)有IPv4向IPv6的演進(jìn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及終端芯片、操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，還有接入網(wǎng)、承載網(wǎng)（包含固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)）、業(yè)務(wù)網(wǎng)和各種應(yīng)用，涉及面廣，影響面大，同時(shí)要兼顧投入產(chǎn)出比，因此，IPv6不可能一夜之間替換IPv4，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)將長期共存。如何平穩(wěn)地從IPv4向IPv6演進(jìn)是下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵問題，隨著固定寬帶網(wǎng)拉開向IPv6演進(jìn)的帷幕，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)也將面臨如何向IPv6演進(jìn)的問題。

CDMA網(wǎng)絡(luò)向IPv6演進(jìn)，需要綜合考慮無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)等，并分階段分批進(jìn)行。CDMA無線網(wǎng)設(shè)備以及Abis接口主要涉及設(shè)備互連，A接口主要承載電路域業(yè)務(wù)，對(duì)IP地址需求較少；R-P接口雖然承載分組域業(yè)務(wù)，但其基于GRE隧道技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)IPv4或IPv6流量的透明傳輸，因此可以暫緩考慮演進(jìn)。核心網(wǎng)電路域?qū)儆诜忾]網(wǎng)絡(luò)，對(duì)向IPv6演進(jìn)的需求也不急迫；核心網(wǎng)分組域直接面向用戶和應(yīng)用提供IP服務(wù)，需要在向IPv6演進(jìn)過程中優(yōu)先考慮，盡早實(shí)現(xiàn)IPv6終端的接入及業(yè)務(wù)承載。業(yè)務(wù)網(wǎng)比較復(fù)雜，可能涉及第三方平臺(tái)，不在運(yùn)營商控制范圍內(nèi)，需通過各種策略激勵(lì)其向IPv6演進(jìn)。

3 結(jié)束語

隨著移動(dòng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，CDMA網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展演進(jìn)。在CDMA網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進(jìn)過程中，應(yīng)立足現(xiàn)有的成熟技術(shù)，穩(wěn)步發(fā)展增強(qiáng)，保持網(wǎng)絡(luò)的競爭力，為用戶帶來優(yōu)質(zhì)、可靠的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

1 胡樂明.CDMA運(yùn)營商EV-DO與LTE共存發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略.電信科學(xué),2010（2）：1～4