承载ＩＰ业务的蜂窝数字分组数据ＣＤＰＤ网

承载ＩＰ业务的蜂窝数字分组数据ＣＤＰＤ网

北方交通大学

张 强 钟章队

2001年04月12日

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。其中ＣＤＰＤ（蜂窝数字分组数据）被认为是较佳的无线数据格式之一。它是基于现有的蜂窝

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。

ＣＤＰＤ由英国ＢＴ Ｃｅｌｌｎｅｔ公司提出，１９９２年开

始研究，１９９５年在美国推出了第一个商用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年上海建成实验网，１９９７年底原邮电部决定建设“中国

公共无线数据通信网”，并采用ＣＤＰＤ技术。１９９８年我国开始在北京、上海、广州、深圳、

长沙等５个城市采用ＣＤＰＤ技术，使用国家无线电管理委员会规定的频段，组建公共移动数据网

络。建成的网络已开始推出一些应用，如深圳的ＣＤＰＤ网络开发了ＧＰＳ（全球定位系统）车辆

监控系统、违章车辆查询系统、无线证券系统等应用。广东还开发了移动上网、移动炒股、移动记

者终端、交警移动查车，以及路灯自动监控等多种应用。

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。

２．１ 移动终端系统（ＭＥＳ）

它通常由移动终端和ＣＤＰＤ无线调制解调器组成。ＣＤ

ＰＤ无线调制解调器负责管理无线接口协议，完成分组数据的传输和ＣＤＰＤ网络的接入。移动终

端与无线调制解调器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），调制解调器接口有ＲＳ－２３２、ＰＣＭＣＩＡ和内置ＰＣＩ插槽型。

２．２ 移动数据基站（ＭＤＢＳ）

移动数据基站的任务是，通过空中接口和移动数据终端进行全双

工分组数据传输，同时也负责频谱检测、频率管理。基站可根据需要规定每个小区的信道数，每条

信道可为移动终端提供１９．２ｋｂｉｔ ／ ｓ的空中接入。移动数据基站还通过帧中继与移动数

据交换系统相连。

２．３ 移动数据交换系统（ＭＤＩ

Ｓ）

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Ｉｎｔｅｒｎｅｔ标准组织Ｉ

ＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）指定的移动ＩＰ模

式。

２．４ ＣＤＰＤ骨干网

它由通用的中间系统（ＩＳ）组成，它实际上是ＩＰ路由器。Ｉ

Ｓ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选择。Ｃ

ＤＰＤ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

ＭＥＳ和ＭＤＩＳ之间的ＣＤＰＤ分层协议模型如图１所示。Ｕ

ｍ接口是ＣＤＰＤ的空中接口。Ｕｍ接口上的通信协议，至上而下依次为物理层、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。

width="376" height="168">

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、反向信道形成一条

ＣＤＰＤ信道流。信道流使用的调制方式是ＧＭＳＫ（相对带宽ＢＴ＝０．５），调制速率为１

９．２ｋｂｉｔ ／ ｓ。物理层还与无线资源管理实体（ＲＲＭＥ）相接口，通过这个接口，ＲＲ

ＭＥ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、信道接入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１３４２１７７２

７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ＭＥ

Ｓ，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Ｃ

ＤＰＤ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内的

ＭＤＬＰ与它所在的服务ＭＤＩＳ中的ＭＤＬＰ进行对等通信。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、帧字节，从而生成完整的ＬＬＣ

帧。另外ＬＬＣ层可以实现一点对多点的寻址和数据的重发控制。

ＭＤＢＳ中的ＬＬＣ层是逻辑链路转送层。这一层负责转

送ＭＥＳ和ＭＤＩＳ之间的ＬＬＣ帧。ＬＬＣ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 ／ Ｉ

Ｐ和Ｘ．２５协议。

４ ＣＤＰＤ空中接口中的信道

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８ｂｉｔ色码，形成一系列２８２ｂｉｔ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３ｂｉｔ用于标识ＭＤＩＳ，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。色码的其他５ｂｉｔ用于标识与同一个ＭＤＩＳ相连的ＭＤＢＳ上的小

区，在同一个小区内，ＲＦ信道具有相同的色码值。

数据块用对称的（６３，４７）Ｒｅｅｄ＿Ｓｏｌｏｍｏ

ｎ码进行纠错编码，生成３７８ｂｉｔ固定长的ＲＳ编码块序列，其中信息段由４７个６ｂｉｔ码

字构成，校验段由１６个６ｂｉｔ码字构成，这样，每个编码块可纠正８ｂｉｔ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码字的４２ｂｉｔ控制标志交织，

每１０个６ｂｉｔ码字含一个６ｂｉｔ的控制标志。控制标志包含了反向信道的忙 ／

闲状态、正向信道同步字、解码状态和ＭＡＣ电平等信息。

在反向信道上要先发送：１）３８ｂｉｔ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；２）反向同步字（ＲＳＷ），它是一

个２２ｂｉｔ格式，帮助捕捉块同步。反向信道则用７ｂｉｔ的连续指示标识与每个ＲＳ块交织，

每个６ｂｉｔ符号１ｂｉｔ，用来指示反向传送脉冲是否结束，当为全“１”序列则表示还有待传

的ＲＳ块，当为全“０”序列则表明是最后的传输块。

５ ＣＤＰＤ的检测和接入规程

ＭＥＳ用一种数字监测多址接入 ／ 冲突检测（ＤＳＭ

Ａ ／ ＣＤ）算法接入反向信道，此法类似于用于以太网的载波监听多址接入 ／ 冲突检测。因

为ＭＥＳ接收和发射频带的不同，所以它只能监听正向信道的状态，也就是说在ＣＤＰＤ中要应用

不同的冲突检测方法。ＤＳＭＡ ／ ＣＤ利用正向信道流中的忙 ／ 闲标志，表明反向信道的忙

闲。忙 ／ 闲标志是一个５ｂｉｔ序列，每６０ｂｉｔ在正向信道发送１次。ＤＳＭＡ ／ ＣＤ

利用正向信道流中的解码状态标志，来指示ＭＤＢＳ是否成功地在反向信道上解码出前面的码块。

解码状态标志是一个５ｂｉｔ序列，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首先检测忙 ／ 闲标志位（该标志每６０ｂｉ

ｔ更新一次），如果反向信道忙，ＭＥＳ延迟一个随机的时隙长度后再检测忙 ／ 闲标志，一旦监

听到反向信道空闲，ＭＥＳ就开始发送，发送只在一个６０ｂｉｔ时隙边界处开始。当ＭＤＢＳ检

测到反向信道有发送时，它便对忙 ／ 闲标志置位，告知其他ＭＥＳ该信道忙。在ＭＥＳ开始一次

发送后，它检查收到的前向信道块的解码状态标志，并根据这一标志值继续或中断发

送。

６ 结束语

ＣＤＰＤ既可作为一个独立的蜂窝系统来实现，也可以作

为构建在现有蜂窝通信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备实现快速

的组网，且安装成本较低。另外在一些无线专网中，也可以对其空中接口中的信令作适当修订，完

成专网的无线数据业务。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。