隨著IP協(xié)議在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用以及CDMA移動通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展,，基于IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的CDMA2000系統(tǒng)的設(shè)計問題日益受到人們的關(guān)注。在設(shè)計基于IP的CDMA2000系統(tǒng)時，A接口的設(shè)計是關(guān)鍵,。由于系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P化,，并引入了控制與業(yè)務(wù)、傳送與接入分離的軟交換設(shè)計思想,，在IP上實現(xiàn)A接口協(xié)議與在傳統(tǒng)電路交換上實現(xiàn)A接口有所不同,，主要是需要設(shè)計信令與業(yè)務(wù)分離的A接口協(xié)議棧" title="協(xié)議棧">協(xié)議棧以及信令流、業(yè)務(wù)流在IP承載方式下的傳輸,。
1 IP架構(gòu)下CDMA2000系統(tǒng)A接口研究
　　A接口是無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的接口,。在CDMA2000系統(tǒng)中A接口包括：A1/A2、A3/A7,、A8/A9和A10/A11等接口,，它們滿足3GPP2 IOS4.1規(guī)范。A1/A2接口是CDMA2000系統(tǒng)移動交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的接口,，該接口秉承CDMAOne系統(tǒng),。A1接口用于傳輸MSC與BSC之間的信令信息；A2接口用于傳輸MSC與BSC之間的話音信息,。MSC與BSC之間的A1/A2接口,，傳統(tǒng)上稱之為A接口，下文中如不特殊聲明A接口即指此接口,。
1.1 基于IP的CDMA2000系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
　　目前CDMA系統(tǒng)模型有很多種,，這里結(jié)合一種基于IP架構(gòu)的CDMA2000系統(tǒng)討論A接口的設(shè)計。本系統(tǒng)采用多種無線傳輸與接入技術(shù),、IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟交換控制技術(shù)等,，其核心交換機(jī)制為IP交換機(jī)制，即利用統(tǒng)一的IP交換平臺在各功能部件間交換信令控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1(a),。
　　系統(tǒng)主要劃分為以下幾個模塊：
　　·無線接入單元WAU(Wireless Access Unit)：完成空中接口物理信道的收發(fā)處理，建立和維護(hù)與無線終端設(shè)備之間的無線通道連接,。
　　·無線接入服務(wù)器WAS(Wireless Access Server)：主要完成與WAU之間接口信令的處理和與CS的交互,，輔助CS實現(xiàn)電路型業(yè)務(wù)的無線資源管理與控制、移動性管理和呼叫控制功能,。
　　·呼叫控制服務(wù)器CS(Call Server)：主要完成無線資源和呼叫的控制與管理,，實現(xiàn)軟交換中媒體網(wǎng)關(guān)控制器的功能。
　　·電路媒體網(wǎng)關(guān)CMG(Circuit Media Gateway)：實現(xiàn)連接PSTN,、ISDN和PLMN的網(wǎng)關(guān)功能以及話音壓縮編解碼功能,。
　　·呼叫信令網(wǎng)關(guān)CSG(Call Signaling Gateway)：為系統(tǒng)中分布的各種應(yīng)用提供穩(wěn)定、可靠的信令支持,。
　　以及位置寄存器(LR),、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)(PDSN),、操作維護(hù)中心(OMC)等模塊。
1.2 A接口的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
　　A接口架構(gòu)如圖1(b)所示,，MSC與BSC之間的接口即為本文所研究的A接口,，包含信令和用戶業(yè)務(wù)兩個子接口，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)A接口中的A1/A2接口,。CS與WAS之間的接口構(gòu)成信令子接口;對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)A接口中的A1接口, 用于傳輸MSC與BSC之間的信令消息,；WAS業(yè)務(wù)部件與CMG之間以及兩個WAS業(yè)務(wù)部件之間構(gòu)成了業(yè)務(wù)子接口，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)A接口中的A2接口,，用于傳輸MSC與BSC之間的話音業(yè)務(wù)信息,。電路分配單元CDB在CS與CMG的控制關(guān)系中起輔助作用，負(fù)責(zé)選定路由,。

2 基于IP的A接口方案設(shè)計
2.1 A接口協(xié)議棧設(shè)計
　　傳統(tǒng)電路交換型CDMA系統(tǒng)中A1接口采用3GPP2的IOS4.1版本規(guī)范中規(guī)定的七號信令SCCP 0類和2類協(xié)議及MTP等作為低層傳輸協(xié)議,。基于IP的CDMA系統(tǒng)引入軟交換思想,，呼叫控制與業(yè)務(wù)承載分離,。而SCCP信令協(xié)議又無法分別交換控制和承載的信息，因此需要新的信令系統(tǒng)支持,。本系統(tǒng)的A接口采用TCP/IP協(xié)議作為低層傳輸協(xié)議,。
　　協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　信令和業(yè)務(wù)子接口協(xié)議棧的物理層,、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議均采用商售以太網(wǎng)交換機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,。傳輸層采用本系統(tǒng)的專利技術(shù)：RUDP協(xié)議代替了傳統(tǒng)的七號信令SCCP。信令子接口應(yīng)用層內(nèi)容基本對應(yīng)3GPP2的IOS4.1版本規(guī)范A1接口中的基站管理應(yīng)用部分(BSMAP)和直接傳遞應(yīng)用部分(DTAP),；業(yè)務(wù)子接口應(yīng)用層內(nèi)容以媒體數(shù)據(jù)為主,。
　　RUDP協(xié)議是“Reliable UDP”的簡稱，是一種自定義的,、為UDP引入可靠傳輸機(jī)制的簡化協(xié)議,。它兼顧有TCP的可靠性與UDP的高效性，是本系統(tǒng)可靠傳輸所采用的協(xié)議,。RUDP的基本思想是在UDP包頭內(nèi)加入兩個字節(jié)的協(xié)議頭,，即一個字節(jié)的前向序號和一個字節(jié)的后向序號。圍繞這兩個字節(jié)的協(xié)議頭,，RUDP協(xié)議采用了一套證實機(jī)制,、重發(fā)機(jī)制、序號對齊機(jī)制分別保證了RUDP通信的可靠性,、高效性和數(shù)據(jù)流的有序性,。RUDP協(xié)議技術(shù)保證了系統(tǒng)內(nèi)信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸性能要求。
2.2 信令子接口設(shè)計
2.2.1 信令連接建立方式
　　(1) 傳統(tǒng)的信令連接建立方式
　　傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)A1接口信令采用了七號信令SCCP的0類基本無連接業(yè)務(wù)和2類基本有連接業(yè)務(wù),。SCCP通過E1接口傳輸信令消息建立信令連接,。E1接口即一個PCM中繼電路,，可以同時容納32時隙" title="時隙">時隙×64kbps的語音數(shù)據(jù)。在32個時隙中,，第0時隙被用作幀同步信息，第16時隙作為SCCP的信令通道,，其余30個時隙被用作語音通道,。這樣，第16時隙就被信令消息全時獨占,，無論該時隙空閑與否,，均不允許其它消息(語音消息)使用，造成了資源浪費,。
　　(2) IP架構(gòu)下的信令連接建立方式
　　由于協(xié)議棧采用了TCP/IP傳輸協(xié)議,，因此在設(shè)計A1接口信令連接方式時取消了基于無連接方式的應(yīng)用，所有信令均基于有連接方式傳送,。
　　在A1接口上以目的設(shè)備ID(D_DID),、目的處理ID(D_CID)和源設(shè)備ID(S_DID)、源處理ID(S_CID)組成的四元組唯一標(biāo)識一個信令連接,。信令連接以一次握手的機(jī)制建立,。連接建立方首先發(fā)送源處理ID為空的連接起始建立消息，接收方進(jìn)行處理后回送的第一條消息為本次處理申請的處理ID,，雙方連接建立完成,。所有信令均基于有連接方式傳送，連接建立的流程如圖3所示,。

　　實體1與實體2之間由實體1發(fā)起一個基于連接的處理流程,，實體1首先申請?zhí)幚鞩D，在始發(fā)消息的信件頭D_DID中填對端實體2的設(shè)備ID,，D_CID填空,；S_DID填實體1的設(shè)備ID，S_CID填本地處理ID,。
　　實體2收到D_CID為空的始發(fā)消息,，確認(rèn)可以處理后申請?zhí)幚鞩D，向?qū)Ψ桨l(fā)送后續(xù)處理消息,，消息中D_DID,、D_CID置對方DID和CID，S_DID,、S_CID置本身DID和CID,。至此雙方信令連接成功。
2.2.2 消息及消息元素
　　繼承了標(biāo)準(zhǔn)BSAP協(xié)議中定義的大部分消息和消息元素,，并結(jié)合IP網(wǎng)絡(luò)特性增加,、刪除了部分消息和消息元素,。
　　(1) 由于A2接口上用戶業(yè)務(wù)基于IP傳輸，完全取消了A2接口電路的概念,，因此刪除所有地面電路管理類消息和電路識別碼CIC等消息元素,；因簡化了清除流程，而刪除呼叫處理類的清除請求消息,；
　　(2) 增加兩條用于呼叫建立的新消息,。
　　放語音通知：由CS發(fā)向WAS，用于向移動臺播放輔助語音,；
　　開始語音業(yè)務(wù)：由CS發(fā)向WAS,，用于向WAS通告呼叫對端的業(yè)務(wù)端口地址，開始接入通話狀態(tài),。
2.2.3 A1接口上的呼叫處理流程
　　以移動臺(MS)始發(fā)語音呼叫為例介紹呼叫建立流程,，并以BSC側(cè)發(fā)起為例介紹了呼叫清除流程。
　　(1) MS始發(fā)語音呼叫建立流程
　　流程建立如圖4(a)所示,。
　　a.MS發(fā)起語音呼叫,，WAS收到控制信道上傳來的始發(fā)消息，選定某個CS,，發(fā)送連接管理CM(Connection Management)業(yè)務(wù)請求消息,；
　　b.CS收到CM業(yè)務(wù)請求消息，確定能夠處理,，申請?zhí)幚鞩D后向WAS發(fā)送連接確認(rèn)消息,，建立IP虛連接；
　　c.CS根據(jù)WAS建議的業(yè)務(wù)選項,，發(fā)送指配請求消息,，請求WAS為MS指配無線業(yè)務(wù)信道；
　　d.WAS指示W(wǎng)AU與MS交互,，完成無線業(yè)務(wù)信道指配,，向CS發(fā)送指配完成消息，等待CS進(jìn)行后續(xù)呼叫處理,；
　　e.CS進(jìn)行呼叫接續(xù),，發(fā)現(xiàn)被叫為本局MS，進(jìn)行尋呼被叫流程,，在被叫開始振鈴后,，向WAS發(fā)送放語音通知，指示W(wǎng)AS通過帶內(nèi)音向主叫MS播放回鈴音,，提醒主叫MS等待被叫摘機(jī),；
　　f.CS收到被叫MS的應(yīng)答指示，向WAS發(fā)送“開始語音業(yè)務(wù)”消息，通告被叫MS的業(yè)務(wù)端口,，WAS收到后,，建立業(yè)務(wù)鏈路IP虛鏈接，開始交互語音數(shù)據(jù)包,，主被叫雙方進(jìn)入通話狀態(tài),。
　　在步驟e中如果CS進(jìn)行呼叫接續(xù)時發(fā)現(xiàn)被叫為外局MS或外網(wǎng)終端，則先通過CMG申請出局中繼電路,，將WAS端口與出局電路連接,，然后直接向WAS發(fā)送“開始語音業(yè)務(wù)”消息，通告出局電路的業(yè)務(wù)端口,。WAS收到后，與出局電路業(yè)務(wù)端口建立虛連接,，后續(xù)呼叫處理提示信息(如回鈴音等)由出局電路通過業(yè)務(wù)鏈路由帶內(nèi)音向主叫MS提供,。
　　(2) BSC側(cè)發(fā)起的呼叫清除流程
　　標(biāo)準(zhǔn)A接口協(xié)議中，無論是哪一側(cè)發(fā)起的呼叫清除,，都只能由MSC向BSC發(fā)送清除命令,。如果是BSC側(cè)發(fā)起的呼叫清除，則BSC必須先向MSC發(fā)送清除請求消息,，再由MSC通過發(fā)送清除命令指示BSC釋放相關(guān)專用資源(如地面電路),。
　　在IP架構(gòu)下，已取消了地面電路概念,，因此對呼叫清除流程進(jìn)行了簡化,，取消了清除請求消息，BSC側(cè)可以直接向MSC發(fā)送清除命令,。
　　BSC側(cè)發(fā)起的清除流程如圖4(b)所示,。

　　a.WAS收到移動臺發(fā)來的釋放指示或由于其他原因，首先釋放本次呼叫相關(guān)資源,，然后向CS發(fā)送清除命令,，指示CS清除本次呼叫；
　　b.CS收到WAS發(fā)來的清除命令,，釋放本次呼叫相關(guān)資源后,，向WAS發(fā)送清除完成消息，同時釋放處理ID,。WAS收到清除完成后也釋放處理ID,，完成整個信令連接的釋放。
2.3 業(yè)務(wù)子接口設(shè)計
2.3.1 IP包交換方式
　　因核心網(wǎng)絡(luò)基于IP架構(gòu),，故業(yè)務(wù)子接口采用IP包交換方式傳輸業(yè)務(wù)流,。IP包交換基于IP包格式的分組交換，是一種非面向連接或無連接的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。各種語音,、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都采用IP包的格式,，使用統(tǒng)一的以太網(wǎng)接口及協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)交換完成傳輸,。它可實現(xiàn)多種速率的交換,，能靈活支持帶寬不同的多種業(yè)務(wù)，并且只在發(fā)送時才占用網(wǎng)絡(luò)資源,，網(wǎng)絡(luò)資源可由各個業(yè)務(wù)共享,。
2.3.2 IP包交換下的業(yè)務(wù)流控制模型
　　業(yè)務(wù)子接口的資源實體包含WAS業(yè)務(wù)部件和CMG。WAS業(yè)務(wù)部件的業(yè)務(wù)端子稱為WAS端口,，它可以輸入輸出IP包媒體流,，完成無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的交互。CMG包括兩種業(yè)務(wù)端子：中繼端口和聲碼器" title="聲碼器">聲碼器,。中繼端口完成PCM語音流的輸入輸出,。聲碼器完成PCM流和IP包媒體流的轉(zhuǎn)換。這三種業(yè)務(wù)端子的不同組合衍生出不同的業(yè)務(wù)流控制模型,，完成用戶業(yè)務(wù)流在業(yè)務(wù)子接口上的傳輸,。
　　(1) WAS與WAS相同聲碼器編碼類型
　　主被叫雙方位于同一局且雙方聲碼器類型相同時，呼叫一方產(chǎn)生的業(yè)務(wù)包可以不經(jīng)CMG進(jìn)行編碼類型轉(zhuǎn)化而直接通過內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一方,。雙方業(yè)務(wù)端口均為WAS業(yè)務(wù)端口,。
　　(2) WAS與WAS不同聲碼器編碼類型
　　主被叫雙方位于同一局但雙方聲碼器類型不同時，呼叫一方產(chǎn)生的業(yè)務(wù)包必須經(jīng)本端聲碼器轉(zhuǎn)換為PCM語音流,，再通過將兩端聲碼器的PCM出口對接形成的IP隧道輸入到對端聲碼器中,；對端聲碼器將PCM語音流轉(zhuǎn)化為IP包，再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)往另一方的WAS端口,。
　　(3) WAS與中繼端口
　　主被叫雙方位于不同局且其中一方的業(yè)務(wù)端口為中繼端口,，或一方為漫游用戶、另一方的業(yè)務(wù)端口為中繼端口時,，需要一個聲碼器來完成IP包與PCM語音流的轉(zhuǎn)化,，且此聲碼器與中繼電路須處于同一CMG中。
　　(4) 中繼端口屬于相同CMG
　　呼叫雙方的業(yè)務(wù)端口皆為中繼端口并且屬于同一CMG時,，將兩中繼端口的PCM出口對接即可實現(xiàn)業(yè)務(wù)交互,。
　　(5) 中繼端口分屬不同CMG
　　呼叫雙方的業(yè)務(wù)端口皆為中繼端口但不屬于同一CMG時，雙方需要在各自中繼端口所屬CMG上申請一個聲碼器以完成PCM語音流與IP包的相互轉(zhuǎn)化,。一方發(fā)出的PCM語音流經(jīng)聲碼器轉(zhuǎn)化為IP語音包,，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交換后到達(dá)另一方所屬CMG的相應(yīng)聲碼器，再轉(zhuǎn)換為PCM語音流通過中繼端口發(fā)送出去,，反之亦然,。
　　通過對以上各種模型的分析可知，在無線IP環(huán)境下實現(xiàn)移動終端之間的話音業(yè)務(wù)時，業(yè)務(wù)流在A接口上無需經(jīng)過編碼類型轉(zhuǎn)換而以IP包方式直接交互,，節(jié)約了聲碼器資源,，避免了標(biāo)準(zhǔn)A2接口上固定的聲碼器－中繼－聲碼器連接模式中兩次編解碼變化對語音質(zhì)量的損失，從而提高了業(yè)務(wù)質(zhì)量,。
3 指配流程的改進(jìn)
　　(1) 標(biāo)準(zhǔn)指配流程描述
　　如上所述,，在設(shè)計A接口協(xié)議流程時，繼承了標(biāo)準(zhǔn)流程中的指配流程：即收到CM業(yè)務(wù)請求或?qū)ず繇憫?yīng)時,，WAS并不立即與MS建立無線業(yè)務(wù)信道,，而是收到CS的指配請求消息后，WAS才開始與MS交互并開始建立無線業(yè)務(wù)信道,。
　　(2) 弊端
　　在測試過程中,，WAS從收到MS初始信息到收到CS的指配請求最多可能需要6s。而CDMA無線環(huán)境是高時變系統(tǒng),，每時每刻都可能因為MS的移動或周邊環(huán)境的變化引起無線環(huán)境的變化,。這樣當(dāng)WAS收到CS指配請求、開始在MS始發(fā)消息帶來的無線環(huán)境參數(shù)指導(dǎo)下建立業(yè)務(wù)信道時,，以前的測量參數(shù)已不完全適合現(xiàn)在的無線環(huán)境,，這樣基站要俘獲MS只有加大功率反復(fù)搜索,，對設(shè)備資源和系統(tǒng)容量都有很大的負(fù)面影響,，同時系統(tǒng)呼損率較高。
　　(3) 改進(jìn)
　　鑒于上面的分析,，對指配流程進(jìn)行改進(jìn)：在不支持加密業(yè)務(wù)的前提下,，把業(yè)務(wù)信道建立的時機(jī)提前，即只要WAS收到MS的始發(fā)消息,，就開始俘獲MS建立業(yè)務(wù)信道,；待業(yè)務(wù)信道成功建立后，WAS再向CS發(fā)送A1接口呼叫建立消息,，這樣MS就不會在業(yè)務(wù)信道建立前的間隙逃脫,。實踐證明以上流程的修改顯著降低了系統(tǒng)的呼損率。
　　(4) 進(jìn)一步研究
　　指配流程在標(biāo)準(zhǔn)接口中有兩個作用：指配地面電路,、指配無線信道,。基于IP的CDMA2000系統(tǒng)取消了地面電路,，如果把無線信道的分配提前,，則指配流程就完全失去了意義，因此提出了取消指配流程的提前分配流程方案,。
　　以MS始發(fā)語音呼叫建立流程為例,，對這兩種實現(xiàn)方式做對比，如圖5所示。

　　在基于IP架構(gòu)的CDMA系統(tǒng)中設(shè)計實現(xiàn)A接口協(xié)議是一項創(chuàng)新性的工作,，目前國際,、國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織和研究機(jī)構(gòu)只有一些概念性的要求，尚無具體規(guī)范,。因此,，本文在這方面的工作具有一定的開拓價值。與傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)相比,，基于IP架構(gòu)的CDMA系統(tǒng)A接口協(xié)議設(shè)計簡化了信令流程,，提高了業(yè)務(wù)質(zhì)量，符合未來移動通信全I(xiàn)P化的發(fā)展趨勢,。目前本系統(tǒng)的A接口研發(fā)成果已通過系統(tǒng)測試,，運行狀況良好，表明A接口設(shè)計方案的正確性,。