“CDMA1X+多媒體”數(shù)據(jù)通信

　　摘要：本文首先簡(jiǎn)單介紹了基于G網(wǎng)與C網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，給出了CDMA1X上多媒體數(shù)據(jù)通信的測(cè)試結(jié)論，分析了其中的原因，并在最后簡(jiǎn)單涉及了針對(duì)現(xiàn)有的CDMA1X上開(kāi)展終端技術(shù)研究，尤其是多媒體技術(shù)的研究，和產(chǎn)品原型開(kāi)發(fā)的意義。


　　關(guān)鍵詞：GPRS, CDMA1X, CDMA1XEV-DO, CDMA1XEV-DV

　　1、GPRS、CDMA1X的數(shù)據(jù)通信技術(shù)

　　第二代移動(dòng)數(shù)據(jù)通信目前主要有兩種，基于G網(wǎng)的GPRS和基于C網(wǎng)的CDMA1X數(shù)據(jù)通信。

　　GPRS的全稱(chēng)為“通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)”，是基于G網(wǎng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，可以通過(guò)“分組”的形式把數(shù)據(jù)資料傳送到用戶(hù)手上。它具有永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、語(yǔ)音數(shù)據(jù)自由切換等特點(diǎn)，可以通過(guò)手機(jī)收發(fā)電子郵件、瀏覽信息、在線游戲等。它是通過(guò)捆綁語(yǔ)音信道的方式獲得較大的數(shù)據(jù)帶寬，由于信道捆綁的數(shù)量有限(限于頻率資源)，因此帶寬無(wú)法保證，通常在20Kbps-40Kbps，且?guī)�寬變化大，無(wú)QoS。目前全世界已有上百個(gè)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)通了GPRS系統(tǒng)，但是，由于速率低和缺乏業(yè)務(wù)等原因而使終端處于閑置狀態(tài)。

　　中國(guó)聯(lián)通也早就開(kāi)始了GPRS試驗(yàn)。但自從把精力投入到C網(wǎng)的建設(shè)中之后，聯(lián)通就放棄了GPRS，因?yàn)閺膶?shí)際應(yīng)用中他們發(fā)現(xiàn)，雖然同屬于從第二代向第三代過(guò)渡的通信技術(shù)，CDMA1X (簡(jiǎn)稱(chēng)1X)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　從技術(shù)角度看，CDMA1X在IS-95A的基礎(chǔ)上：

　　擴(kuò)充原有信道：CDMA1X保留了IS-95系列中的原有信道，同時(shí)對(duì)前向及反向信道進(jìn)行擴(kuò)充，提供了豐富的信道結(jié)構(gòu)，從而可以支持153.6kbit／s的高速數(shù)據(jù)，并提高了話(huà)音與數(shù)據(jù)容量。

　　引入新的編碼方式：采用可變長(zhǎng)度的信道碼(Walsh)，使補(bǔ)充業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)速率在Release0下最高可達(dá)153.6kbit／s(前向)／76.8kbit／s(反向)。另外，對(duì)不同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用不同的前向編碼保護(hù)(卷積碼、Turbo碼)，使數(shù)據(jù)的傳送更為可靠。MAC(媒體接入控制)、QoS和Turbo碼的支持，保證了數(shù)據(jù)應(yīng)用的可靠性。

　　快速前向功率控制：IS-95中只對(duì)反向信道進(jìn)行快速功率控制，在CDMA1X中增加了快速前向功率控制。在前向業(yè)務(wù)信道中引入最大達(dá)每秒800次的快速功率控制，多達(dá)七種模式，以適應(yīng)不同語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的要求，從而減小了前向信道的平均功率需求，增加了系統(tǒng)容量。

　　反向相干解調(diào)：在CDMA1X中反向信道中增加了導(dǎo)頻信道，從而為基站解調(diào)反向信道提供了相位參考，節(jié)省了前向發(fā)射功率，從而增加了系統(tǒng)容量。

　　多種無(wú)線配置：對(duì)于CDMA1X而言，設(shè)置了前向五種、反向四種無(wú)線配置(RC1-5／RC1-4)，既充分考慮了向下兼容IS-95A／B，又滿(mǎn)足了高速數(shù)據(jù)的需求。

　　完善的體系結(jié)構(gòu)：CDMA1X建立了分層體系，并使各層功能模塊化，以適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)、功能發(fā)展的需求。物理層上，信道種類(lèi)增至25種，不僅使信道的效率得到提高(DCCH、QPCH等)，還考慮了對(duì)未來(lái)新技術(shù)(如天線發(fā)射分集、波束賦形及并行業(yè)務(wù)等)的接口。更為豐富的幀結(jié)構(gòu)(從5ms到160ms)可適用于不同業(yè)務(wù)需求。物理層以上，更加完善了不同應(yīng)用的保障機(jī)制，豐富了消息內(nèi)容以及數(shù)據(jù)、話(huà)音等業(yè)務(wù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

　　CDMA1X源自IS-95，勝于IS-95。有關(guān)的測(cè)試結(jié)果顯示：1X系統(tǒng)的話(huà)音業(yè)務(wù)容量是IS-95系統(tǒng)的2倍，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量是IS-95的3.2倍，性能提高的幅度相當(dāng)可觀。

　　另外，1X技術(shù)的無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)接口采用成熟和開(kāi)放的IETF協(xié)議，支持Simple IP和移動(dòng)IP的Internet/Intranet的接入方式，真正實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)接入的移動(dòng)性。專(zhuān)家們表示，未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必然是向全I(xiàn)P的分組網(wǎng)方向演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)與IP的真正融合，最終形成一個(gè)全I(xiàn)P多業(yè)務(wù)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)話(huà)音、視頻、電子商務(wù)等多種業(yè)務(wù)都將由移動(dòng)IP網(wǎng)來(lái)承載。

　　在無(wú)線接口方面，為進(jìn)一步加強(qiáng)CDMA1X的競(jìng)爭(zhēng)力，3GPP2從2000年開(kāi)始在CDMA1X基礎(chǔ)上制定1X的增強(qiáng)技術(shù)，即1XEV標(biāo)準(zhǔn)。目前專(zhuān)家把1XEV的發(fā)展分為了兩個(gè)階段，第一階段將以發(fā)展1XEV-DO為主，第二階段則以1XEV-DV為發(fā)展目標(biāo)。

　　CDMA1XEV-DO (Data Only)技術(shù)采用與話(huà)音分離的信道傳輸數(shù)據(jù)，目前高通公司提出的HDR (High Data Rate)技術(shù)已成為該階段的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。平均速率為650Kbps、峰值速率為2.4Mbps的HDR技術(shù)，在1.25MHz帶寬內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率甚至高于另一種3G技術(shù)WCDMA在5MHz帶寬內(nèi)所能提供的數(shù)據(jù)速率。據(jù)悉，HDR已經(jīng)正式被3GPP2采納為CDMA1XEV-DO唯一標(biāo)準(zhǔn)。

　　在隨后的第二階段中發(fā)展的CDMA1XEV-DV (Data and Voice)技術(shù)，數(shù)據(jù)信道與話(huà)音信道將合二為一，可提供4.8Mbps甚至更高的吞吐量。現(xiàn)在各家廠商已經(jīng)提出了多種候選方案，如1XTREME、LAS-CDMA等。目前專(zhuān)家們普遍認(rèn)為1XEV-DO已經(jīng)具備商用化條件，而更先進(jìn)的1XEV-DV還不成熟。

　　2、測(cè)試結(jié)論與原因分析

　　我們基于CDMA1X擴(kuò)充數(shù)據(jù)信道作了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的“視頻+音頻”通信測(cè)試。時(shí)間段涵蓋了8：00am到9：00pm，測(cè)試軟件有兩個(gè)：一個(gè)是NetMeeting，一個(gè)是Portrait。NetMeeting基于H.323標(biāo)準(zhǔn)，在局域網(wǎng)上的協(xié)同辦公方面用得很廣泛。Portrait是微軟亞洲研究院新推出的主要著眼于視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊粋�(gè)可視通信軟件，支持多種圖像分辨率，甚至支持灰度圖像與輪廓傳輸。

　　測(cè)試結(jié)論可以歸納為：

　　視頻/圖像傳輸幀率在1~5F/s之間，單幅176X144圖像質(zhì)量可以接受，PSNR在32dB左右。

　　語(yǔ)音和視頻/圖像同時(shí)傳輸時(shí)，圖像質(zhì)量勉強(qiáng)可以接受，幀率很低，有明顯的馬賽克，但語(yǔ)音不連貫，無(wú)法分辨講話(huà)人。

　　同時(shí)我們也通過(guò)調(diào)整不同的語(yǔ)音編碼方式測(cè)試了CDMA1X擴(kuò)充數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)帶寬，發(fā)現(xiàn)CDMA1X的數(shù)據(jù)帶寬變動(dòng)很大，但通常只傳語(yǔ)音時(shí)，通信質(zhì)量還可以接受。

　　分析在CDMA1X上無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸有QoS保證的多媒體信息的原因有2個(gè)：

　　第一個(gè)原因，我們傳輸?shù)亩嗝襟w信息，包括視頻/圖像與語(yǔ)音，都是捆綁在一起走擴(kuò)充數(shù)據(jù)信道，而不是語(yǔ)音數(shù)據(jù)走語(yǔ)音信道，視頻/圖像數(shù)據(jù)走擴(kuò)充數(shù)據(jù)信道。

　　與IS-95不同，cdma1X支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多種幀長(zhǎng)，不同類(lèi)型信道分別支持不同幀長(zhǎng)。前向基本信道、前向?qū)Ｓ每刂菩诺馈⒎聪蚧�本信道、反向�(qū)Ｓ每刂菩诺啦捎?ms或20ms幀，前向補(bǔ)充信道、反向補(bǔ)充信道采用20ms、40ms或80ms幀，話(huà)音信道采用20ms幀。前面已經(jīng)提到：補(bǔ)充業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)速率在Release0下最高可達(dá)153.6kbit／s(前向)／76.8kbit／s(反向)。以80ms幀長(zhǎng)為例，分配給1幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為：153.6K*80/1000=12Kbit，如果在1秒內(nèi)申請(qǐng)到3幀以上，那么多媒體信息的傳輸應(yīng)該是有保證的。而實(shí)際情況是不能保證每次都申請(qǐng)到80ms這樣的長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀，每秒申請(qǐng)到的幀數(shù)隨小區(qū)內(nèi)CDMA1X話(huà)音、數(shù)據(jù)的接入量變化很大。換言之，CMA1X實(shí)際能夠提供的帶寬情況不適合視頻/圖像與語(yǔ)音都捆綁在一起走數(shù)據(jù)信道，如果語(yǔ)音數(shù)據(jù)走語(yǔ)音信道，視頻/圖像數(shù)據(jù)走數(shù)據(jù)信道，那么結(jié)論會(huì)大不一樣。

　　第二個(gè)原因，我們目前使用的視頻/圖像壓縮方法對(duì)帶寬的壓力也很大，需要尋求一種編碼方法能夠適應(yīng)：大范圍帶寬變化，同時(shí)具有良好的QoS控制機(jī)制。

　　3、基于CDMA1X的多媒體數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前景

　　現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力只有一個(gè)：寬帶通信，而且是寬帶多媒體通信。載體因?yàn)閮?nèi)容需求而發(fā)展，內(nèi)容因?yàn)檩d體成長(zhǎng)而延拓。21世紀(jì)是多媒體技術(shù)的世紀(jì)，無(wú)論是現(xiàn)在的2G，還是隨后的3G、4G等，多媒體數(shù)據(jù)通信都是技術(shù)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、業(yè)務(wù)運(yùn)作與市場(chǎng)開(kāi)拓的軸心。

　　前面已經(jīng)提到：3GPP2從2000年開(kāi)始在CDMA1X基礎(chǔ)上制定1X的增強(qiáng)技術(shù)，即1XEV標(biāo)準(zhǔn)。1XEV又可分為第一階段的1XEV-DO，第二階段的1XEV-DV。CDMA1XEV-DO (Data Only)技術(shù)采用與話(huà)音分離的信道傳輸數(shù)據(jù)，CDMA1XEV-DV (Data and Voice)技術(shù)采用數(shù)據(jù)信道與話(huà)音信道將合二為一，可提供4.8Mbps甚至更高的吞吐量。

　　目前專(zhuān)家們普遍認(rèn)為CDMA1XEV-DO已經(jīng)具備商用化條件，也就是說(shuō)基于CDMA1XEV – DO，語(yǔ)音數(shù)據(jù)走語(yǔ)音信道，視頻/圖像數(shù)據(jù)走擴(kuò)充數(shù)據(jù)信道。語(yǔ)音可以象現(xiàn)在打CDMA1X電話(huà)一樣有質(zhì)量保證，視頻/圖像質(zhì)量可以“接受”。當(dāng)然現(xiàn)有的多媒體處理技術(shù)也需要做配套的“變臉”，視頻數(shù)據(jù)需要和音頻數(shù)據(jù)分開(kāi)傳送，需要研究新的音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)的同步方式等。當(dāng)CDMA1XEV-DV技術(shù)成熟的時(shí)候，真正的移動(dòng)多媒體時(shí)代就真的來(lái)了。

　　CDMA1X的重要特征就是“著眼于平滑過(guò)渡”，是可以預(yù)期的技術(shù)，我們也由此可以預(yù)期可以預(yù)期的將來(lái)。因此“CDMA1X + 多媒體”痛并快樂(lè)著。

　　主要參考文獻(xiàn)

　　1.楊大成 等編著.cdma2000 1x移動(dòng)通信系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社 2003.6