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CDPD技术简介

2/14/2005
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CDPD技术简介(曹春生) [摘要]CDPD(蜂窝数字分组数据网)被公认为目前最佳的无线数据格式。它是基于现 有蜂窝电话网以数字分组技术为基础、以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信 技术。本文对CDPD的网络结构、协议模型及其帧结构作一详细介绍。 [关键词]CDPD;网络结构;RF信道流;协议 1引言 随着计算机和通信技术的发展,无线移动数据通信在现代社会人们的流动中悄然兴 起。现代便携机、个人数字助理机(PDA)等的出现更为无线移动数据通信的实现提供 了有利条件,因此灵活、方便、高效的无线移动数据通信近几年来在国际上得到了迅速 的发展和应用,成为无线通信中的新热点。其中CDPD(蜂窝数字分组数据网)被公认为 目前最佳的无线数据格式。它是基于现有蜂窝电话网的以数字分组技术为基础、以蜂窝 移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。CDPD始于美国,1992年开始研究,1995 年中推出第一个商用CDPD网络,至今美国已基本实现全国覆盖。我国1995年开始可行性 研究,1996年上海建成试验网,1997年底原邮电部决定建设“中国公用无线数据通信网”。 采用CDPD技术。本文将详细介绍CDPD的网络结构、协议模型及帧结构。 2 CDPD的网络结构 CDPD由以下四部分组成:移动终端系统(MES)、移动数据基站(MDBS)、移动数 据交换系统(MDIS)和CDPD骨干网。 移动终端系统(MES):它由移动终端和CDPD无线Medem组成,CDPD无线Medem负责 管理无线链路和协议,通常,移动终端与无线Modem之间的通信采用标准的串口协议, 如:串行网际协议(SLIP )或点对点协议(PPP),MODEM接口有RS-232,PCMCIA和内 置PCI插槽型。 移动数据基站(MDBS):每个基站最多可安装六块信道板,每块信道板为移动终端 提供一个19.2kbps的空中接入,使移动终端进行全双工分组数据传输,同时它也负责频 谱监测、频率管理。它通过一根64kbps帧中继与交换机相联。 移动数据交换系统(MDIS):它由分组服务器和管理服务器组成。分组服务器负责 数据分组交换。管理服务器负责用户帐户、计费和移动性管理,移动性管理采用Ihternet 标准组织IETF,(Internet Engineering Task Force)制定的移动IP模式。 CDPD骨干网:它由通用的中间系统(IS)组成,它实质上是IP路由器。IS提供无连 接的数据报业务,根据每个分组的目的地址和当前的网络拓扑对分组进行路由。CDPD是 基于TCP/IP的开放系统,可方便接入Internet,还支持OSI标准协议CLNP(无连接的网 络协议)。 3 CDPD的协议模型 Um接口是CDPD的空中接口。Um接口上的通信协议有5层,自下而上依次为物理层、 MAC(媒体接入控制)层、LLC(逻辑链路控制)层。SNDCP(子网依赖结合协议)层和 网络层。 Um接口的物理层为射频接口部分,而物理链路则负责提供空中接口的射频信道。MES 与MDBS间靠一对30kHz的RF信道进行通信,从MDBS至MES的信道称正向信道,从MES至MDBS 的信道称反向信道,一对正、反向信道形成了一条CDPD信道流。信道流使用的调制方式 为GMSK(相对带宽BT=0.5),调制速率为19.2kb/s。物理层还与无线资源管理实体 (RRME)相接口,通过这个接口,RRME对RF信道对、传输功率电平和物理链路的通断进 行控制,并检测RF信道信号电平和估算它的通信能力。 MAC为媒体接入控制层。MAC层的主要作用是定义和分配空中接口的CDPD逻辑信道, 使得这些信道能被不同的移动台共享。CDPD的逻辑信道分广播信道和点对点业务信道, 广播信道又分为控制和管理两种,控制信道用于广播控制信息,管理信道用于广播无线 资源管理信息(如:信道流识别参数、小区配置参数、信道接人参数和信道质量评估参 数)。点对点业务信道用于单个MES与其服务MDIS间的信息传输。每个逻辑信道都分配了 一个叫临时设备识别号(TEI)的信道号,TEI=1为广播控制信道,TEI=0为广播管理信 道,TEI=16至2的27次方-1分配给点对点业务信道,它在点对点数据链路连接建立之前, 分配给与这次连接相对应的MES,该MES就用分配的TEI值发送并接收包含指定TEI值的帧。 MAC层通过一个依赖于执行的接口与RRME通信,通过这个接口 MAC层通知RRME,它是否与 当前所选的正向信道同步,并给RRME:传递有关所收到比特和块错误数的状态信息,因 此,RRME可评估一条给定CDPD信道的接收能力,并提供无线资源管理功能。 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于ITU-T建议Q.920和Q.921的无线链路协议, 称为移动数据链路协议(MDLP),在MES内实现的MDLP与位于它的服务MDIS中的对等MDLP 通信。LLC层负责在高层SNDCP(子网依赖结合协议)层的SNDC数据单元上形成LLC地址、 帧字段,从而生成完整的LLC帧。另外LLC可以实现一点对多点的寻址和数据的重发控制。 MDBS中的LLR层是逻辑链路转送层。这一层负责转送MES和MDIS之间的LLC帧。LLR层 对于MDLP数据单元来说是完全透明的,即不负责处理MDLP数据。 SNDCP层为子网依赖结合层。它的作用是完成传送数据的分组、打包、数据压缩, 确定TCP/IP地址和加密方式,提供SNDCP顶层多个网络层实体的复接。MES和MDIS间传 送的数据被分割为一个或多个NPDU(网络协议数据单元)数据包单元。NPDU数据包单元 生成后被放置到LLC帧内。 网络层的协议为TCP/IP和X.25协议。 4 CDPD的信道流 CDPD的信道流由MDBS与MES之间的一对正、反向信道构成,信道流传输LPDU帧数据 流。 在正、反向信道上,帧数据流划分为由274连续比特组成的段,每个段前置8比特色 码,形成一系列282比特(或47个6比特码字)固定长的连续不断的数据块,色码用于同 信道干扰检测,其中三比特用于标识MDB,由同一个MDIS控制的小区内发送的所有信道 流具有相同的值。色码的其它五个比特用于标识与同一个MDIS相连的MDBS上的小区,在 一个小区内,RF信道具有相同的色码值。 数据块用对称的(63,47)Reed-Solomon码进行纠错编码,生成378比特固定长的 RS编码块序列,其中信息段由47个6比特码字构成,校验段由16个6比特码字构成,这样, 每个编码块可纠正8比特的错码。然后再用生成多项式为g(x)=x9+x8+X5+x4+1的 9阶扰码器进行扰码,以减小在传输比特流中长“1”或长“0”串的可能性。正向信道 在扰码后与特定的42比特控制标志交织,每10个6比特码字含一个6比特的控制标志。控 制标志包含了反向信道的忙/闭状态、正向信道同步字、解码状态和MAC电平等信息。 反向信道则用7比特的连续指示标识与每个RS块交织,每9个6比特符号1比特,用来指示 反向传送脉冲是否结束,当为全“1”序列则表示后续有更多的RS块,当为全“0”序列 表明是最后的传输块。在反向信道上还要先发送:a)38比特的“0”和“1”交替的前 置码,它帮助MDBS检测发送的开始和捕捉定时同步; b)反向同步字RSW,它是一个22 比特格式,帮助捕捉块同步。 5CDPD的媒体接入规程 MES用一种时隙非连续的数字监测多址接入/冲突检测(DSMA/CD)算法接人反向 信道,此法类似于用于以太网的载波监测多址接人/冲突检测,但是在CDPD中,因为MES 不能直接监测反向信道的状态(因为它们使用不同的接收和发射频带),要应用不同的 冲突检测方法。 DSMA/CD利用正向信道流中的忙/闲和解码状态标志,忙/闲标志是一个5比特序 列,每60比特在正向信道发送1次(即每微时隙周期一次),这个标志给周期性的二进 制信息提供了表明反向信道忙/闲的微时隙解决途径。解码状态标志是一个5比特序列, 它用来指示MDBS是否成功地在反向信道上解码出前面的块,若解码成功,解码状态标 志为“00000”,若不成功则为“11111”。要发送的MES首先监测忙/闲标志位(该标 志每个微时隙更新一次),如果反向信道忙,MES延迟一个随机的微时隙后再监测忙/ 闲标志,这种接入方法称为非连续的,一旦监测到反向信道空闲,MES就开始发送,发 送只在一个微时隙边界处开始,所以接入方法使用了“时隙”这一术语。当MDBS一检测 到反向信道有发送时,它便对忙/闲标志置位,告知其它MES该信道忙。在MES开始一次 发送后,它检查收到的每个前向信道块的解码状态标志,并根据这一标志值恢复和中断 (挂起)发送,这一标志提供继续发送过程的“实时”信息。如果解码状态标志显示 MDBS到目前为止没遇到解码错误,MES就继续发送,否则,MES停止发送,待延迟一指数 形时间后再尝试重新接入反向信道。 6侦结构 对等LLC实体间的信息传输是通过一序列的帧或LPDU来实现的。地址段说明帧是命 令或响应(段C/R),并区分携带TEI值的帧的虚数据链路信道(换句话说,对点对点 链路,它识别要接收的命令帧和发送响应帧),扩展地址(EA)段用于说明地址段的长 度。 控制段说明帧的一般类型,它可以是下列之一:编号信息(I)、监测(S)和无编 号的(U)。S帧用于执行数据链路监测控制,例如,确认接收到正确的I帧或请求错误 帧重发。U帧用于提供附加的控制功能(即数据链响连接的建立和释放)和使用无确认 信息传输方式来传输数据。 7结束语 CDPD既可作为一个独立的蜂窝系统来实现,也可作为构建在现有蜂窝电话网的一个 分组交换系统来实现,这时它可充分利用现有的蜂窝设施实现快速的组网,且安装成本 比较低。在利用现有蜂窝电话网进行组网时,由于CDPD采用信道跳频技术,使得当正在 传输CDPD数据流的信道被话音业务占用时,能立即选择另一条空闲信道来继续CD-PD数 据流的传输。随着Internet的飞速发展,移动通信与Internet的结合已成必然,这为移 动数据通信提供了一个广阔的空间,移动数据通信必将成为移动通信发展的一个重要方 向。 摘自《移动通信》