CDMA移動網絡的發展演進

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移動網絡的發展演進方向

移動數據業務增長迅速，其流量已趕超語音業務，成為未來運營商收入增長的主要來源。為適應帶寬不斷增長的移動數據業務需求，3GPP和3GPP2推出了新一代的無線技術——LTE和UMB，LTE目前完勝，成為新一代移動通信技術的主流。

3GPP從2004年開始在R8版本的標準中研究LTE技術，接著提出了完整的新一代網絡演進架構——EPS。LTE通過采用OFDM/MIMO等一系列先進技術，在20 MHz帶寬上實現目標吞吐量下行不低于100 Mbit/s、上行不低于50 Mbit/s。EPS的核心網絡為EPC網絡，其采用扁平化、全IP網絡架構，簡化了信令消息，縮短了業務時延。

為在更大的帶寬上提供移動數據業務，并融入3GPP強勁的產業鏈，CDMA運營商也普遍選擇了向LTE演進的目標。

然而，與歷史上任何一種革命性的技術發展歷程類似，LTE技術成熟和規模應用，體現其商用價值，需要經過一個很長的發展過程[1]。在相當長的時間，CDMA運營商需要依托已有成熟的cdma2000 1x和EV-DO網絡，通過引入1x增強和EV-DO Rev B等技術來擴大網絡規模和容量，從而在向LTE演進的過程中贏得主動，規避演進的風險。

目前，國內cdma2000網絡規模隨著用戶和業務的發展進入了一個高速成長期，在2年的建設運營期間，創造了移動寬帶用戶發展速度的新紀錄，充分體現了成熟的cdma2000技術強大的市場競爭力。

2 CDMA移動網絡發展演進中的重要問題

當前，全球主流的移動運營商都已經把LTE作為移動網絡的演進目標。但對于CDMA/EV-DO和WCDMA/HSPA網絡運營商來說，兩者向LTE的演進是有差別的，即需要分別考慮與CDMA/EV-DO和WCDMA/HSPA協同提供業務。

CDMA/EV-DO與LTE屬于不同的標準組織，因此從CDMA向LTE演進要比從WCDMA/TD-SCDMA/GSM向LTE演進復雜，其涉及兩個標準組織共同來定義兩個網絡之間的互操作接口和協議。

同時，移動網絡演進對終端提出了新的要求和挑戰，更強的處理能力、更高的電池容量、更多的天線設計、更多頻段和制式的支持成為發展的方向。

此外，移動互聯網和物聯網等應用的迅猛發展，使得移動網絡IP地址匱乏問題凸現，將IPv6引入移動網絡迫在眉睫，運營商需考慮如何分步驟實施。

2.1 數據業務的互操作

對于CDMA運營商而言，LTE網絡在很長時間內只是作為熱點覆蓋的補充。當用戶離開LTE網絡時，需要EV-DO網絡來彌補LTE網絡覆蓋的不足，以保證業務的連續性。

現有的EV-DO網絡與未來的LTE網絡是兩張疊加的網絡，需要通過一個統一的數據錨點，才有可能從業務層面維持業務不中斷。鑒于此，將對現有的EV-DO網絡進行一定的改造，使之與LTE接入具有統一的鑒權認證方式、統一的IP地址分配規則、統一的數據網關、統一的用戶簽約規則等，以保證業務層面的連續。但是，現有的EV-DO接入和LTE接入是不同標準組織的產物，為了讓兩種接入技術能夠在網絡層面耦合并完成業務連續的切換，可以借助以下手段。

首先，EV-DO網絡需要升級到eHRPD網絡，即將AN升級到eAN，并提供HSGW以接入到LTE的核心網EPC。EPC提供統一的數據錨點——PDN Gateway，為同一個終端的接入分配IP地址，這樣IP會話在LTE接入和eHRPD接入之間進行切換時可以保證IP地址不變，從而實現業務數據流的連續性。PDN Gateway同時還提供計費能力，業務流是固定的，不論是LTE接入還是eHRPD接入，計費是統一的，不受影響。此外，EPC還提供統一的用戶數據庫，提供統一的業務簽約和鑒權。這樣的網絡架構，為解決兩個不同接入技術之間的移動性管理提供了可能。

其次，為了滿足某些實時業務的切換性能要求，在LTE網絡和eHRPD網絡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網絡切換到eHRPD網絡的預注冊，從而減少業務從LTE網絡切換到eHRPD網絡的時延；另一方面，兩網之間的用戶面接口緩存了從LTE網絡切換到eHRPD網絡時的數據流，減少了丟包。當然，增加接口在帶來性能提升的同時，也使得網絡設備和組網技術相對復雜，運營商需要結合實際的業務需求綜合考慮并進行取舍。

2.2 語音業務的承載

語音業務是移動網絡的基礎業務，并且是服務質量要求較高的業務，即便是在未來的寬帶無線互聯網時代，語音業務依然是移動網絡必不可少的重要業務。在引入LTE網絡后，同時需要保證語音業務的優先級和QoS。

EPS網絡能夠提供端到端的QoS保障機制，理論上，EPS網絡本身就可以提供語音業務，即VoIP。然而，目前的LTE系統主要追求在熱點的高速率，在干擾控制和覆蓋能力上有明顯缺陷，加上IMS規模部署復雜等因素，在LTE上承載VoIP在很長時間內都難以成為現實。

cdma2000 1x網絡的電路域可以承載可靠、優質的電路語音業務，而且網絡覆蓋全、容量大，可以提供具有保障的、無縫切換的業務體驗。國內的CDMA網絡中的TDM交換設備剛剛被淘汰，新的軟交換設備采用IP技術，設計容量大，網絡部署靈活，是一張全新的移動網絡。因此，在部署LTE網絡后，對于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網絡提供語音業務并保障語音業務的優先級。

對這類解決方案的總體要求如下：對cdma2000 1x網絡的改造盡量少；能夠提供高質量的語音業務；終端的成本盡量低。

目前的解決方案包括通過建立LTE與1x之間的網絡隧道和通過增加終端的接收機來實現1x網絡的待機，前者將會增加兩網互通的復雜性，后者將會增加終端的復雜性。因此，運營商需要端到端分析這兩種方式的利弊，結合自身的網絡發展策略，選擇合適的方案來解決語音業務承載問題。

2.3 移動網絡演進對終端的要求

終端的發展和成熟是影響LTE技術能否規模商用的關鍵因素，隨著移動網絡的演進，未來的終端需要更強大的處理能力的軟硬件平臺和更復雜的射頻電路設計支持高速率、更多的頻段支持能力實現漫游、更多的模式支持實現在多種網絡之間互操作。

對比傳統的通信技術，LTE技術提供更高速率的數據業務，且OFDM技術涉及大量的浮點運算，因此LTE技術對終端芯片的處理能力、能耗以及成本都構成了新的挑戰。目前移動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手持終端的規模商用需求，需要等待小于28 nm工藝基帶芯片技術的成熟。目前，高通已宣布推出LTE終端芯片MDM9600/9200，暫只針對數據卡終端應用，針對手持終端的芯片需要等到2012年后才能推出。

對于射頻硬件部分，由于LTE引入了MIMO技術，因此要求終端的多個天線之間盡量不相關，在終端內部有限的空間通過合理的天線設計獲得這種不相關性也有相當的難度。

另外，LTE在全球沒有統一的頻段，未來將在多個頻段（包括 700 MHz、2.1 GHz、2.6 GHz等）運營，出于對國際漫游的需求，終端必須支持多個頻段。同時，LTE覆蓋一定是從熱點開始部署，為保證用戶體驗的連續性，終端需支持多種網絡制式，以實現各種不同網絡之間的互操作。

2.4 IPv4向IPv6演進

互聯網的大規模發展，使得公有IPv4地址匱乏問題日益突出。據統計，全球IPv4地址存量預計于2011年耗盡，地區代理IPv4地址存量將于2012年耗盡。雖然目前仍可通過私有IPv4地址復用、NAT44等過渡技術暫緩地址緊缺的趨勢，但隨著互聯網規模的繼續擴大，物聯網、智能電網等新興業務的規模發展，有限的IPv4地址空間將無法滿足新興業務所產生的龐大地址需求。中國互聯網的規模發展與公有IPv4地址短缺的矛盾，使得中國的電信運營商向下一代互聯網演進更加迫切。

經過近8年的發展，目前IPv6技術標準和設備已趨于成熟，并得到了業界的廣泛認同，而中國政府將其作為下一代互聯網的基礎協議納入國家產業規劃。因而，IPv6獲得發展的產業基礎和政策環境已經具備，而物聯網等業務的興起為IPv6發展提供了較好的契機。

現有IPv4向IPv6的演進是一項系統工程，涉及終端芯片、操作系統及應用軟件，還有接入網、承載網（包含固定網和移動網）、業務網和各種應用，涉及面廣，影響面大，同時要兼顧投入產出比，因此，IPv6不可能一夜之間替換IPv4，兩個網絡將長期共存。如何平穩地從IPv4向IPv6演進是下一代互聯網發展的關鍵問題，隨著固定寬帶網拉開向IPv6演進的帷幕，移動互聯網也將面臨如何向IPv6演進的問題。

CDMA網絡向IPv6演進，需要綜合考慮無線網、核心網、業務網等，并分階段分批進行。CDMA無線網設備以及Abis接口主要涉及設備互連，A接口主要承載電路域業務，對IP地址需求較少；R-P接口雖然承載分組域業務，但其基于GRE隧道技術，可實現IPv4或IPv6流量的透明傳輸，因此可以暫緩考慮演進。核心網電路域屬于封閉網絡，對向IPv6演進的需求也不急迫；核心網分組域直接面向用戶和應用提供IP服務，需要在向IPv6演進過程中優先考慮，盡早實現IPv6終端的接入及業務承載。業務網比較復雜，可能涉及第三方平臺，不在運營商控制范圍內，需通過各種策略激勵其向IPv6演進。

3 結束語

隨著移動通信技術和互聯網技術的融合，CDMA網絡應與時俱進，不斷發展演進。在CDMA網絡的發展演進過程中，應立足現有的成熟技術，穩步發展增強，保持網絡的競爭力，為用戶帶來優質、可靠的業務體驗。

1 胡樂明.CDMA運營商EV-DO與LTE共存發展的網絡演進策略.電信科學,2010（2）：1～4