田青峰，丁有志

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081;2.中國(guó)北方電子設(shè)備有限公司，北京100191)

0 引言

隨著各行業(yè)信息化建設(shè)的推廣，面對(duì)多樣化的評(píng)估應(yīng)用需求，各種大量移動(dòng)點(diǎn)的信息采集傳輸是一個(gè)關(guān)鍵的基礎(chǔ)需求。這一需求對(duì)傳輸系統(tǒng)的傳輸性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求。為了保證各類采集數(shù)據(jù)及時(shí)上傳和各種指令的準(zhǔn)確下達(dá)，擁有一套穩(wěn)定可靠的無(wú)線傳輸系統(tǒng)顯得尤為重要。

文中的案例是采集評(píng)估系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，支持的業(yè)務(wù)主要是大容量移動(dòng)短數(shù)據(jù)的傳輸，其特點(diǎn)是:“數(shù)量龐大、數(shù)據(jù)短小、位置隨機(jī)、發(fā)送頻繁、存在井噴?！蓖瑫r(shí)支持一定的語(yǔ)音和綜合數(shù)據(jù)的傳輸。

1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析

綜合使用需求及通信傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，要求通信系統(tǒng)要具備技術(shù)成熟、覆蓋面廣、系統(tǒng)處理容量大、支持終端移動(dòng)以及穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，才能滿足信息傳輸需求。通過對(duì)GSM技術(shù)、數(shù)字集群技術(shù)和CDMA技術(shù)等成熟技術(shù)的分析和比較，確定信息傳輸系統(tǒng)采用cdma2000_1x移動(dòng)通信技術(shù)，利用采用短信方式解決信息的傳輸。通過有針對(duì)性的設(shè)計(jì)及配置，滿足信息傳輸需求。

選擇cdma2000_1x移動(dòng)通信技術(shù)，基于以下原因:

(1)頻率資源

一種無(wú)線系統(tǒng)的使用，都必須有無(wú)委許可的頻率資源。CDMA系統(tǒng)在電信具有10 MHz的帶寬，同時(shí)，國(guó)內(nèi)有5 MHz的CDMA系統(tǒng)的行業(yè)使用許可(上行:835 ～840 MHz;下行:880～885 MHz)，可以支撐3個(gè)獨(dú)立的載頻。這是其他民用商用無(wú)線通信系統(tǒng)不具有的資源優(yōu)勢(shì)。

(2)系統(tǒng)容量

理論上，在使用相同頻率資源情況下，CDMA移動(dòng)網(wǎng)系統(tǒng)容量比GSM要大4～5倍，系統(tǒng)容量可靈活配置。在CDMA系統(tǒng)中，用戶的增加相當(dāng)于背景噪聲的增加，造成服務(wù)質(zhì)量下降。但對(duì)用戶數(shù)量并無(wú)限制，使用者可在容量和服務(wù)質(zhì)量之間折中考慮。另外多小區(qū)之間可根據(jù)用戶數(shù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。

(3)可擴(kuò)展性

CDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單。用戶按照不同的序列碼區(qū)分，相同的載波可以在相鄰的小區(qū)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。通過系統(tǒng)升級(jí)，使它成為cdma2000 1x/EV_DO Rev.A專網(wǎng)。cdma2000 1x/EV_DO最高速率為前向3.1 Mbps，反向最高速率為1.8 Mbps。將可以適度解決圖像、寬帶數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求。

(4)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，是當(dāng)今主流的商用技術(shù)，具有抗干擾性好、抗多徑衰落、保密安全性高、同頻率可在多個(gè)小區(qū)重復(fù)使用以及容量和質(zhì)量之間可做均衡取舍等屬性。

(5)實(shí)用性和穩(wěn)定性

系統(tǒng)是成熟的商用的系統(tǒng)，具有很高的穩(wěn)定性和可用性。CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，系統(tǒng)容量高，所需基站少，建網(wǎng)成本低。終端設(shè)備價(jià)格低廉，適宜大量應(yīng)用。

2 CDMA專網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

cdma2000_1x系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 cdma2000_1x系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

CDMA網(wǎng)絡(luò)主要設(shè)備包括認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)(AAA)、移動(dòng)臺(tái)(MS)、移動(dòng)軟交換中心(MSC)、歸屬位置寄存器(HLR)、歸屬代理(HA)、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)、短消息中心(SMC)、基站控制器(BSC)、基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)和拜訪位置寄存器(VLR)，系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)使用。

2.2 模式選擇

CDMA2000系統(tǒng)的短信業(yè)務(wù)可以由3種途徑實(shí)現(xiàn)，即可分別由接入信道、業(yè)務(wù)信道承載及其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載。

接入信道是用來(lái)傳遞信令的信道，短消息可以經(jīng)接入信道傳輸，但其長(zhǎng)度有限制。根據(jù)3GPP2協(xié)議，終端的MAX CAP SIZE最大可設(shè)置為7，此時(shí)接入信道消息最大可以承載的數(shù)據(jù)量約為110字節(jié)，傳遞時(shí)間為260 ms，每秒大約可以發(fā)送3.85條短消息。每載扇配置30個(gè)接入信道，則每站點(diǎn)(按3載扇、3扇區(qū)計(jì)算)能夠同時(shí)發(fā)送消息的能力為30×3×3×3.85=1039.5條/s。由于CDMA系統(tǒng)短消息接入為隨機(jī)接入，考慮到終端發(fā)起短信的時(shí)間不定，可能會(huì)發(fā)生碰撞，按照30%接入負(fù)荷計(jì)算，接入信道能夠傳輸?shù)亩绦艞l數(shù)在300條左右。

業(yè)務(wù)信道是系統(tǒng)用來(lái)傳遞話音、短消息、數(shù)據(jù)的通道。cdma2000_1x業(yè)務(wù)信道建立、發(fā)送、拆除時(shí)間為3～5 s，每載扇最大能同時(shí)支持40個(gè)用戶，則每站點(diǎn)(按3載扇、3扇區(qū)計(jì)算)能夠同時(shí)發(fā)送消息的能力為40×3×3/(3～5)=72～120條/s。

1x數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道建立、發(fā)送、拆除時(shí)間為5 s左右，每載扇最大能同時(shí)支持的用戶數(shù)不足40個(gè)用戶，則每站點(diǎn)(按3載扇、3扇區(qū)計(jì)算)能夠同時(shí)發(fā)送消息的能力40×3×3/(3～5)=72～120條/s。

綜合以上論述，CDMA專網(wǎng)基站采用3載頻、3載扇配置，短消息接入采用接入信道模式，可以實(shí)現(xiàn)300條/s的短數(shù)據(jù)傳輸能力。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

CDMA通信系統(tǒng)主要用于電信運(yùn)營(yíng)商。應(yīng)用場(chǎng)景與所建專網(wǎng)不同。運(yùn)營(yíng)商在短信應(yīng)用方面不存在密集區(qū)域用戶同時(shí)并發(fā)大量上行短信的應(yīng)用，主要面對(duì)的是下行大量短信發(fā)送，短信是在業(yè)務(wù)信道上承載的。短信傳輸無(wú)實(shí)時(shí)性要求。

專網(wǎng)短信應(yīng)用方式在局部存在密集用戶且有可能同時(shí)上行大量短信，且短信傳輸時(shí)延有一定要求，關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延在1 s內(nèi)。

為了使CDMA通信系統(tǒng)能夠適應(yīng)專網(wǎng)傳輸需求，在網(wǎng)絡(luò)和終端側(cè)均做了相應(yīng)的改進(jìn)?；緹o(wú)線信道資源配置方面，每載扇固定1條導(dǎo)頻信道，1條同步信道，1條尋呼信道，其他默認(rèn)為業(yè)務(wù)信道。

反向:每載扇配置30條接入信道，其他默認(rèn)為業(yè)務(wù)信道。并對(duì)接入消息長(zhǎng)度、接入消息前導(dǎo)報(bào)頭長(zhǎng)度、接入信道探測(cè)序列回退范圍、功率、短信有效字節(jié)等相關(guān)參數(shù)優(yōu)化，采用接入信道發(fā)送短消息方式。終端側(cè)修改短信發(fā)送格式，優(yōu)化短信幀結(jié)構(gòu)，去掉一些無(wú)效字符，確保短信字符數(shù)據(jù)凈荷在52 Bytes以內(nèi)。經(jīng)過改進(jìn)和優(yōu)化，CDMA通信系統(tǒng)能夠滿足信息傳輸需求。

3 性能驗(yàn)證

為了驗(yàn)證CDMA專網(wǎng)的性能是否滿足訓(xùn)練信息對(duì)容量和傳輸時(shí)延的要求，系統(tǒng)建成后進(jìn)行了專項(xiàng)測(cè)試。

3.1 傳輸時(shí)延驗(yàn)證

短信在網(wǎng)絡(luò)中傳輸流程如圖2所示。專用系統(tǒng)上行處理時(shí)延統(tǒng)計(jì)點(diǎn)為從空口收到終端發(fā)來(lái)短消息開始，到短消息中心將短消息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)結(jié)束，即點(diǎn)①到點(diǎn)②的時(shí)間，實(shí)際統(tǒng)計(jì)可以用點(diǎn)①到點(diǎn)③時(shí)間除以2估算。

圖2 cdma2000_1x短信傳輸流程示意圖

通過CDMA網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)維護(hù)系統(tǒng)界面可以監(jiān)測(cè)短信傳輸時(shí)間。經(jīng)過多次測(cè)試驗(yàn)證，短信在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸時(shí)間在300～500 ms之間。測(cè)試驗(yàn)證專用系統(tǒng)處理上行短信時(shí)間小于1 s。

3.2 系統(tǒng)容量驗(yàn)證

由于無(wú)法采用數(shù)千臺(tái)終端同時(shí)測(cè)試基站的容量。容量測(cè)試采用等效測(cè)試方法。關(guān)閉基站8個(gè)載扇，僅測(cè)試一個(gè)載扇的容量，然后將測(cè)試數(shù)據(jù)乘以9等效為整個(gè)基站的容量，測(cè)試框圖如圖3所示。

圖3 cdma2000_1x系統(tǒng)容量測(cè)試示意圖

驗(yàn)證方法如下:

測(cè)試設(shè)備控制多部終端并發(fā)短信，通過統(tǒng)計(jì)BSS的A1/A1p口(ADDS Transfer)消息，獲得短消息到達(dá)的時(shí)間間隔。統(tǒng)計(jì)從首條短信到達(dá)開始1 s內(nèi)收到的短信到達(dá)條數(shù)即可視為系統(tǒng)單載扇處理短信容量。

①測(cè)試儀器控制75部終端同時(shí)發(fā)送短信，在BSC側(cè)通過BSS維護(hù)臺(tái)進(jìn)行A1/A1p接口消息跟蹤，獲得全部終端的A接口信息;

②將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表，對(duì)消息類型進(jìn)行篩選，選擇ADDS Transfer消息;

③對(duì)數(shù)據(jù)排序，按照到達(dá)時(shí)間升序排序，從首條達(dá)到時(shí)間開始計(jì)算到1 s時(shí)收到“ADD Transfer”消息條數(shù)，即1 s內(nèi)并發(fā)短信條數(shù)。

總共進(jìn)行了5次測(cè)試，一秒鐘內(nèi)收到短信條數(shù)分別為 42、52、48、45、48。經(jīng)過換算，改進(jìn)后的 9 載扇的基站，處理短信的能力大于300條/s。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用表明，cdma2000_1x技術(shù)體制在民用市場(chǎng)上的大規(guī)模商用，千錘百煉，它的實(shí)用性、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和技術(shù)演進(jìn)及產(chǎn)業(yè)鏈的支持是一般專用系統(tǒng)或其他技術(shù)體制無(wú)法比擬的;通過合理的參數(shù)配置，構(gòu)建專網(wǎng)，作為一種安全可靠的大容量井噴短數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，滿足特殊的應(yīng)用需求是行之有效的技術(shù)途徑。

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