CDMA移动网络的发展演进

熊尚坤，李文苡，林奕琳，林衡华

（中国电信股份有限公司广东研究院 广州 510630）

1 CDMA移动网络的发展演进方向

移动数据业务增长迅速，其流量已赶超语音业务，成为未来运营商收入增长的主要来源。为适应带宽不断增长的移动数据业务需求，3GPP和3GPP2推出了新一代的无线技术——LTE和UMB，LTE目前完胜，成为新一代移动通信技术的主流。

3GPP从2004年开始在R8版本的标准中研究LTE技术，接着提出了完整的新一代网络演进架构——EPS。LTE通过采用OFDM/MIMO等一系列先进技术，在20 MHz带宽上实现目标吞吐量下行不低于100 Mbit/s、上行不低于50 Mbit/s。EPS的核心网络为EPC网络，其采用扁平化、全IP网络架构，简化了信令消息，缩短了业务时延。

为在更大的带宽上提供移动数据业务，并融入3GPP强劲的产业链，CDMA运营商也普遍选择了向LTE演进的目标。

然而，与历史上任何一种革命性的技术发展历程类似，LTE技术成熟和规模应用，体现其商用价值，需要经过一个很长的发展过程[1]。在相当长的时间，CDMA运营商需要依托已有成熟的cdma2000 1x和EV-DO网络，通过引入1x增强和EV-DO Rev B等技术来扩大网络规模和容量，从而在向LTE演进的过程中赢得主动，规避演进的风险。

目前，国内cdma2000网络规模随着用户和业务的发展进入了一个高速成长期，在2年的建设运营期间，创造了移动宽带用户发展速度的新纪录，充分体现了成熟的cdma2000技术强大的市场竞争力。

2 CDMA移动网络发展演进中的重要问题

当前，全球主流的移动运营商都已经把LTE作为移动网络的演进目标。但对于CDMA/EV-DO和WCDMA/HSPA网络运营商来说，两者向LTE的演进是有差别的，即需要分别考虑与CDMA/EV-DO和WCDMA/HSPA协同提供业务。

CDMA/EV-DO与LTE属于不同的标准组织，因此从CDMA向LTE演进要比从WCDMA/TD-SCDMA/GSM向LTE演进复杂，其涉及两个标准组织共同来定义两个网络之间的互操作接口和协议。

同时，移动网络演进对终端提出了新的要求和挑战，更强的处理能力、更高的电池容量、更多的天线设计、更多频段和制式的支持成为发展的方向。

此外，移动互联网和物联网等应用的迅猛发展，使得移动网络IP地址匮乏问题凸现，将IPv6引入移动网络迫在眉睫，运营商需考虑如何分步骤实施。

2.1 数据业务的互操作

对于CDMA运营商而言，LTE网络在很长时间内只是作为热点覆盖的补充。当用户离开LTE网络时，需要EV-DO网络来弥补LTE网络覆盖的不足，以保证业务的连续性。

现有的EV-DO网络与未来的LTE网络是两张叠加的网络，需要通过一个统一的数据锚点，才有可能从业务层面维持业务不中断。鉴于此，将对现有的EV-DO网络进行一定的改造，使之与LTE接入具有统一的鉴权认证方式、统一的IP地址分配规则、统一的数据网关、统一的用户签约规则等，以保证业务层面的连续。但是，现有的EV-DO接入和LTE接入是不同标准组织的产物，为了让两种接入技术能够在网络层面耦合并完成业务连续的切换，可以借助以下手段。

首先，EV-DO网络需要升级到eHRPD网络，即将AN升级到eAN，并提供HSGW以接入到LTE的核心网EPC。EPC提供统一的数据锚点——PDN Gateway，为同一个终端的接入分配IP地址，这样IP会话在LTE接入和eHRPD接入之间进行切换时可以保证IP地址不变，从而实现业务数据流的连续性。PDN Gateway同时还提供计费能力，业务流是固定的，不论是LTE接入还是eHRPD接入，计费是统一的，不受影响。此外，EPC还提供统一的用户数据库，提供统一的业务签约和鉴权。这样的网络架构，为解决两个不同接入技术之间的移动性管理提供了可能。

其次，为了满足某些实时业务的切换性能要求，在LTE网络和eHRPD网络之间还可以增加控制面和用户面接口。一方面，通过控制面接口完成终端从LTE网络切换到eHRPD网络的预注册，从而减少业务从LTE网络切换到eHRPD网络的时延；另一方面，两网之间的用户面接口缓存了从LTE网络切换到eHRPD网络时的数据流，减少了丢包。当然，增加接口在带来性能提升的同时，也使得网络设备和组网技术相对复杂，运营商需要结合实际的业务需求综合考虑并进行取舍。

2.2 语音业务的承载

语音业务是移动网络的基础业务，并且是服务质量要求较高的业务，即便是在未来的宽带无线互联网时代，语音业务依然是移动网络必不可少的重要业务。在引入LTE网络后，同时需要保证语音业务的优先级和QoS。

EPS网络能够提供端到端的QoS保障机制，理论上，EPS网络本身就可以提供语音业务，即VoIP。然而，目前的LTE系统主要追求在热点的高速率，在干扰控制和覆盖能力上有明显缺陷，加上IMS规模部署复杂等因素，在LTE上承载VoIP在很长时间内都难以成为现实。

cdma2000 1x网络的电路域可以承载可靠、优质的电路语音业务，而且网络覆盖全、容量大，可以提供具有保障的、无缝切换的业务体验。国内的CDMA网络中的TDM交换设备刚刚被淘汰，新的软交换设备采用IP技术，设计容量大，网络部署灵活，是一张全新的移动网络。因此，在部署LTE网络后，对于LTE的手持终端用户，通过一些解决方案，可以利用已有的cdma2000 1x网络提供语音业务并保障语音业务的优先级。

对这类解决方案的总体要求如下：对cdma2000 1x网络的改造尽量少；能够提供高质量的语音业务；终端的成本尽量低。

目前的解决方案包括通过建立LTE与1x之间的网络隧道和通过增加终端的接收机来实现1x网络的待机，前者将会增加两网互通的复杂性，后者将会增加终端的复杂性。因此，运营商需要端到端分析这两种方式的利弊，结合自身的网络发展策略，选择合适的方案来解决语音业务承载问题。

2.3 移动网络演进对终端的要求

终端的发展和成熟是影响LTE技术能否规模商用的关键因素，随着移动网络的演进，未来的终端需要更强大的处理能力的软硬件平台和更复杂的射频电路设计支持高速率、更多的频段支持能力实现漫游、更多的模式支持实现在多种网络之间互操作。

对比传统的通信技术，LTE技术提供更高速率的数据业务，且OFDM技术涉及大量的浮点运算，因此LTE技术对终端芯片的处理能力、能耗以及成本都构成了新的挑战。目前移动通信终端基带芯片主流采用的45 nm工艺在功耗和成本上均不能满足LTE手持终端的规模商用需求，需要等待小于28 nm工艺基带芯片技术的成熟。目前，高通已宣布推出LTE终端芯片MDM9600/9200，暂只针对数据卡终端应用，针对手持终端的芯片需要等到2012年后才能推出。

对于射频硬件部分，由于LTE引入了MIMO技术，因此要求终端的多个天线之间尽量不相关，在终端内部有限的空间通过合理的天线设计获得这种不相关性也有相当的难度。

另外，LTE在全球没有统一的频段，未来将在多个频段（包括 700 MHz、2.1 GHz、2.6 GHz等）运营，出于对国际漫游的需求，终端必须支持多个频段。同时，LTE覆盖一定是从热点开始部署，为保证用户体验的连续性，终端需支持多种网络制式，以实现各种不同网络之间的互操作。

2.4 IPv4向IPv6演进

互联网的大规模发展，使得公有IPv4地址匮乏问题日益突出。据统计，全球IPv4地址存量预计于2011年耗尽，地区代理IPv4地址存量将于2012年耗尽。虽然目前仍可通过私有IPv4地址复用、NAT44等过渡技术暂缓地址紧缺的趋势，但随着互联网规模的继续扩大，物联网、智能电网等新兴业务的规模发展，有限的IPv4地址空间将无法满足新兴业务所产生的庞大地址需求。中国互联网的规模发展与公有IPv4地址短缺的矛盾，使得中国的电信运营商向下一代互联网演进更加迫切。

经过近8年的发展，目前IPv6技术标准和设备已趋于成熟，并得到了业界的广泛认同，而中国政府将其作为下一代互联网的基础协议纳入国家产业规划。因而，IPv6获得发展的产业基础和政策环境已经具备，而物联网等业务的兴起为IPv6发展提供了较好的契机。

现有IPv4向IPv6的演进是一项系统工程，涉及终端芯片、操作系统及应用软件，还有接入网、承载网（包含固定网和移动网）、业务网和各种应用，涉及面广，影响面大，同时要兼顾投入产出比，因此，IPv6不可能一夜之间替换IPv4，两个网络将长期共存。如何平稳地从IPv4向IPv6演进是下一代互联网发展的关键问题，随着固定宽带网拉开向IPv6演进的帷幕，移动互联网也将面临如何向IPv6演进的问题。

CDMA网络向IPv6演进，需要综合考虑无线网、核心网、业务网等，并分阶段分批进行。CDMA无线网设备以及Abis接口主要涉及设备互连，A接口主要承载电路域业务，对IP地址需求较少；R-P接口虽然承载分组域业务，但其基于GRE隧道技术，可实现IPv4或IPv6流量的透明传输，因此可以暂缓考虑演进。核心网电路域属于封闭网络，对向IPv6演进的需求也不急迫；核心网分组域直接面向用户和应用提供IP服务，需要在向IPv6演进过程中优先考虑，尽早实现IPv6终端的接入及业务承载。业务网比较复杂，可能涉及第三方平台，不在运营商控制范围内，需通过各种策略激励其向IPv6演进。

3 结束语

随着移动通信技术和互联网技术的融合，CDMA网络应与时俱进，不断发展演进。在CDMA网络的发展演进过程中，应立足现有的成熟技术，稳步发展增强，保持网络的竞争力，为用户带来优质、可靠的业务体验。

1 胡乐明.CDMA运营商EV-DO与LTE共存发展的网络演进策略.电信科学,2010（2）：1～4