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移动通信原理与系统
1.5.7.2 4.7.2 CDMA2000 1x的体系结构

4.7.2 CDMA2000 1x的体系结构

CDMA2000 1x系统采用模块化的结构,各模块按照自己的技术发展道路向前演进,这种方式的优点在于它的平滑演进能力。当某个部分有重大技术进步时,可以仅修改相关部分,而其他部分保持不变。CDMA2000 1x的网络结构如图4.16所示。

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图4.16 CDMA2000 1x的网络结构

1.无线部分

CDMA2000 1x无线部分为移动台(MS)和核心网(CN)之间提供和管理传输通道,特别是包括了MS与CDMA系统的功能实体之间的无线接口管理。主要包括基站控制器(BSC)和基站收发信机(BTS)。

其中,BTS主要负责收发空中接口的无线帧,分配资源和用于用户的功率及Walsh码;控制CDMA2000 1x网络和用户单元的接口,也控制直接与网络性能有关的许多方面。BSC主要负责对其所管辖的多个BTS进行管理,将话音和数据分别转发给移动交换中心MSC和分组控制功能PCF,也接收分别来自MSC和PCF的话音和数据。

2.核心网电路域部分

电路域部分为移动用户提供传统的基于电路交换技术的服务,如话音业务、电路数据业务等,并提供这些服务所必需的呼叫控制、用户管理、移动性管理等功能。从IS-95演进到CDMA2000 1x,主要增加了高速分组数据业务,对原有的电路域部分基本保持不变。其主要的功能实体包括:移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)。

3.核心网分组域部分

分组域部分为移动用户提供基于IP技术的分组数据服务,包括分组控制单元(PCF)、分组数据服务节点(PDSN)、认证、授权和计费(AAA)、归属代理(HA)。

(1)分组数据服务节点(PDSN)

PDSN为移动用户提供分组数据业务的管理与控制功能,它至少要连接到一个基站系统,同时连接到外部公共数据网络。PDSN主要有以下功能:

·建立、维护与终止与移动台的PPP连接,转发用户数据;

·为简单IP用户终端分配一个动态IP地址;

·为移动IP业务提供外地代理(FA)的功能。FA负责提供隧道出口,并将数据解封装后发往MS;

·接收到的来自PCF的计费信息及自身采集的计费信息合成用户数据记录,通过RADIUS协议送往RADIUS服务器;

·与靠近基站侧的分组控制功能(PCF)共同建立、维护及终止第二层的连接。

(2)归属代理(HA)

归属代理主要用于为移动用户提供分组数据业务的移动性管理和安全认证,包括:·对移动台发出的移动IP的注册信息进行认证;

·在外部公共数据网与外地代理(FA)之间转发分组数据包;

·建立、维护和终止与PDSN的通信并提供加密服务;

·从AAA服务器获取用户身份信息;

·在使用移动IP业务时,HA鉴别来自移动终端的移动IP注册,分配归属IP地址。

(3)认证、授权和计费(AAA)

AAA负责管理用户,包括用户的权限、开通的业务、认证信息、计费数据等内容。目前AAA采用的主要协议是远程鉴权拨号用户业务(RADIUS)协议,所以AAA也可以直接叫RADIUS服务器。这部分功能与固定网使用的RADIUS服务器基本相同,仅增加了与无线部分有关的计费信息。

根据在网络中所处位置的不同,AAA的功能有:

·业务提供网络的AAA服务器负责在PDSN和归属网络之间传递认证和计费信息;

·归属网络的AAA服务器对移动用户进行鉴权、授权与计费;

·中介网络(Broke Network)的AAA服务器在归属网络与业务提供网络之间进行消息的传递与转发。

(4)分组控制单元(PCF)

PCF主要负责与分组数据业务有关的无线资源的控制。当分组要到达一个处于不可达状态的MS时,PCF将分组数据进行缓存并且请求无线网络来寻呼MS,同时它也收集、发送与计费相关的空中链路信息到PDSN。PCF与BSC和PDSN进行交互来执行切换。

PCF是CDMA2000 1x系统中为了支持分组数据而新增加的部分,因此,它可以看作分组域的一个组成部分。但大多数厂商在开发产品的时候,将它与BSC做在一起。

4.短消息业务部分

短消息是CDMA2000 1x系统中非常稳定的一个部分。从技术上来说,短消息技术已经是一个成熟的技术,其本身已经不再继续发展。因此,从网络结构上来看,无论在IS-95 CDMA中,还是在CDMA2000 1x中,这个部分都是完全相同的。唯一的不同点实际上是在无线接口上,由于短消息业务量在不断增加,原有的寻呼信道已经不能满足业务量的需求,所以CDMA2000 1x增加了新的控制信道类型以便更好地传递控制信息和短消息。

5.无线智能网部分

CDMA2000的智能网部分也比较活跃,到目前为止已经经历了三个发展阶段。

第一阶段确立了移动智能网的基本框架体系,第二阶段制定了包括预付费业务、虚拟专用网业务在内的一系列业务,第三阶段主要是定位业务和智能网业务的结合。

智能网部分的技术发展仍然遵循了CDMA2000技术发展的一贯原则,即独立于其他组成部分的发展。这三个阶段的智能网技术都可以提供给各种无线接口使用,包括IS-95CD-MA和CDMA2000 1x。其主要的功能实体包括:

(1)业务交换点(SSP)

SSP是移动通信网与智能网的连接点,它可提供智能网的功能集。SSP主要包括:

·呼叫控制(CCF)。负责接收客户的呼叫,并完成呼叫建立和呼叫保持等基本接续过程。

·业务交换(SSF)。负责接收和识别智能业务的呼叫,并向业务控制点报告及接收业务控制点发来的控制命令。

·业务控制点(SCP)。智能网的核心部件,主要功能是存储用户数据和业务逻辑;根据SSP送来的查询信息,查询数据库并进行各种译码;根据SSP报来的呼叫事件启动不同的业务逻辑,向相应SSP发出呼叫控制指今,从而实现各种智能业务的呼叫。移动智能网所提供的所有业务控制功能都集中在SCP之中,SCP与SSP之间利用移动智能网的标准接口和协议进行通信。

·智能外设(IP)。协助完成智能业务的特殊资源。通常具有各种语音功能,如语音合成、播放录音通知、接收双音多频拨号及语音识别等。

6.WAP部分

WAP是目前移动通信中广泛使用的浏览器技术,在CDMA2000 1x系统中也使用这项技术。目前系统中使用的WAP有两个版本:1.x系列和2.x系列。这两个版本都可以通过电路型数据和分组型数据传递到用户端。

在CDMA2000 1x网络中,WAP网关处于分组域,位于移动承载网络与Internet应用服务器之间,提供浏览业务和MMS、流媒体等数据业务的承载。在实际运营中,WAP业务系统需要包括AAA/RADIUS服务器和管理、业务支撑系统,以实现认证、鉴权和计费。另外,为实现操作维护、统计、网管、监控等功能,WAP网关需要连接网管平台。

7.定位部分

定位业务是CDMA2000 1x系统新增加的业务之一。为了支持这个新的业务,需要分析和计算移动台发送给网络的很多信息,其中包括全球定位系统(GPS)卫星信息和信号传播时延信息。因此,新增加了一个负责具体定位和计算的网络功能实体PDE(Position De-termining Entity,定位实体)。另外,为了对用户的位置信息进行有效的管理,防止涉及个人隐私的信息落入不恰当的人手中,系统中还增加了移动位置中心(MPC,Mobile Position Center),其是定位操作流程的控制管理中心和位置信息的控制管理中心。

由于CDMA2000 1x系统是后向兼容IS-95系统,所以IS-95可平滑向CDMA2000 1x演进,除增加核心分组域部分和定位部分外,原有的交换和基站部分可以通过更换部分硬件和进行软件升级来完成。

·核心分组域部分:增加一系列功能实体,如PCF、PDSN/FA、RADIUS和HA等。

·定位部分:增加MPC和PDE功能实体。

·无线部分:为支持分组数据业务和定位业务,需对MSC、BSC和BTS等的软件进行升级。硬件方面,为支持CDMA2000 1x空中接口标准,需更换无线信道卡等。

CDMA2000 1x的网络结构中有以下一些接口:

(1)Um接口:BTS通过Um接口与MS交互信息。

(2)Abis接口:BTS通过Abis接口连接到BSC,BTS包括一个或多个小区。

(3)A接口:BSC通过A接口与核心网及其他BSC交换信息。图4.17给出了A接口的网络参考模型,它包括4个部分:

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图4.17 A接口的网络参考模型

①A1/A2/A5

这是BSC和MSC间的接口。其中A1是控制信令部分,它使用No.7信令中的MTP和SCCP作为承载。A2是语音部分,采用64kbit/s PCM电路。A5是电路型数据,它在64kbit/s PCM电路的基础上定义了一个简单的协议,用来传输数据。在这个接口中,CD-MA2000 1x在IS-95的基础上增加了相关的控制信令,从而保证CDMA2000 1x平滑过渡。

②A3/A7

该接口是两个BSC间的接口,以支持两个BSC间的软切换。其中A3接口传递业务信息,而A7接口传递控制信令信息。

③A8/A9

这是BSC和PCF间的接口。A8传递业务、A9传递信令。大多数厂商都将PCF和BSC做在一个物理实体中。

④A10/A11

这是PCF和PDSN间的接口。实际上,这个接口是CDMA2000 1x系统中无线部分和分组部分的连接点,所以,这个接口也被称为R-P接口。在这个接口中,A10负责传递业务,而A11负责传递信令。

A1、A2、A5、A3、A7接口传输实时性要求高的电路型业务及其信令。物理层采用传统的电路传输技术,如T1/E1、DS0链路、T3、OC3链路;数据传输层采用No.7信令系统或ATM技术。A8、A9、A10、A11接口传输用户的分组业务数据及其信令,采用IP技术传输。