CDMA2000+1x EVDO网络技术读书报告_卡耐基成功学读书报告
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目录
第一章 蜂窝移动通信..............................................................................................................5
1.1 蜂窝移动通信的发展史.............................................................................................5
1.1.1蜂窝移动通信系统...........................................................................................5 1.1.2 GSM和CDMA系统.............................................................................................6 1.1.3第三代蜂窝移动通信系统...............................................................................7 1.2 3G 技术标准演进.....................................................................................................7
1.2.1 WCDMA 技术标准演进......................................................................................7 1.2.2 CDMA2000 技术标准演进................................................................................8 1.3 1x EV-DO 提出背景...................................................................................................8 1.4 1x EV-DO 设计思想...................................................................................................8 1.5 1x EV-DO 发展情况.................................................................................................9
1.5.1标准化进展.......................................................................................................9 1.5.2市场前景...........................................................................................................9 1.5.3商用进展...........................................................................................................9
第二章 1x EV-DO 网络架.....................................................................................................10
2.1基本网络模型............................................................................................................10
2.1.1接入终端.........................................................................................................11 2.1.2无线接入网.....................................................................................................11 2.1.3分组核心网.....................................................................................................11 2.2终端控制....................................................................................................................12
2.2.1混合终端.........................................................................................................12 2.2.2无线接入网.....................................................................................................12 2.2.3核心网.............................................................................................................13 2.3网络发展....................................................................................................................13
2.3.1 IP 多媒体子系统..........................................................................................13 2.3.2全 IP 化.........................................................................................................13 2.4 相关 IETF 协议......................................................................错误！未定义书签。
2.4.1 PPP.................................................................................错误！未定义书签。
2.4.2 IP/IPSec.......................................................................错误！未定义书签。2.4.3 IKE.................................................................................错误！未定义书签。2.4.4移动 IP..........................................................................错误！未定义书签。2.4.5 UDP.................................................................................错误！未定义书签。2.4.6 TCP.................................................................................错误！未定义书签。2.4.7 RADIUS...........................................................................错误！未定义书签。
第三章 1x EV-DO 空中接口................................................................错误！未定义书签。
3.1空中接口概述...........................................................................错误！未定义书签。
3.1.1前向信道........................................................................错误！未定义书签。3.1.2反向信道........................................................................错误！未定义书签。3.2 MAC 层......................................................................................错误！未定义书签。
3.2.1 MAC 层协议功能...........................................................错误！未定义书签。3.2.2 MAC 层地址匹配...........................................................错误！未定义书签。3.2.3控制信道 MAC................................................................错误！未定义书签。3.2.4接入信道 MAC................................................................错误！未定义书签。3.2.5前向业务信道 MAC........................................................错误！未定义书签。3.2.6反向业务信道 MAC........................................................错误！未定义书签。
第四章 1x EV-DO层结构和协议..........................................................................................20
4.1安全层........................................................................................................................20
4.1.1协议功能.........................................................................................................20 4.1.2数据封装.........................................................................................................20 4.1.3安全协议.........................................................................................................20 4.1.4密钥交换协议.................................................................................................21 4.1.5加密协议.........................................................................................................21 4.1.6鉴权协议.........................................................................................................21 4.2连接管理....................................................................................................................21
4.2.1路径更新.........................................................................................................21 4.2.2分组合并.........................................................................................................22
4.2.3 开销消息管理.................................................................................................22
4.3会话层........................................................................................................................22 4.3.1会话管理...........................................................................................................22 4.3.2配置协商...........................................................................................................23 4.4流层............................................................................................................................23 4.5 应用层.......................................................................................................................23
4.5.1缺省信令应用.................................................................................................23 4.5.2缺省分组应用.................................................................................................23 4.6空中接口关键技术...................................................................错误！未定义书签。
4.6.1时分复用........................................................................错误！未定义书签。4.6.2自适应调制编码............................................................错误！未定义书签。4.6.3 HARQ...............................................................................错误！未定义书签。4.6.4多用户调度....................................................................错误！未定义书签。4.6.5速率控制........................................................................错误！未定义书签。4.6.6功率控制........................................................................错误！未定义书签。4.6.7虚拟软切换....................................................................错误！未定义书签。
第五章 1x EV-DO网络安全机制.........................................................错误！未定义书签。
5.1 1x EV-DO 网络安全机制概述..............................................错误！未定义书签。5.2空口安全机制...........................................................................错误！未定义书签。5.3接入鉴权...................................................................................错误！未定义书签。
5.3.1基于 MD5 算法的接入鉴权..........................................错误！未定义书签。5.3.2基于 CAVE 算法的接入鉴权........................................错误！未定义书签。5.4核心网鉴权...............................................................................错误！未定义书签。5.5核心网数据保护.......................................................................错误！未定义书签。第六章 全IP化CDMA 2000 网络...................................................错误！未定义书签。
6.1全IP 化CDMA2000网络概述..................................................错误！未定义书签。6.2 QoS 评价指标..........................................................................错误！未定义书签。6.3 QoS 服务模型...........................................................................................................30
6.3.1 IntServ 服务模型........................................................................................30 6.3.2 DiffServ 服务模型......................................................................................31
6.3.3 IntServ 和 DiffServ 混合模型................................................................31 6.4端到端的 QoS 体系结构..........................................................................................32
6.4.1端到端的 QoS 机制.......................................................................................32 6.4.2 IP QoS 机制..................................................................................................32 6.4.3承载层与传送层 QoS 机制...........................................................................32 6.5 1x EV-DO QoS 实现机制.......................................................................................33
6.5.1 1x EV-DO QoS 简介......................................................................................33 6.5.2 Release A 版本 QoS 介绍..........................................................................33
结论..........................................................................................................................................34 参考文献..................................................................................................................................35 致谢..........................................................................................................................................35
第一章 蜂窝移动通信
1.1 蜂窝移动通信发展历史
蜂窝移动通信是当今通信领域发展最为迅速的领域之一，它对人类生活及社会发展产生了重大影响。本节将简要回顾蜂窝移动通信的发展历史，由此引出蜂窝移动通信的提出背景、技术特点、标准发展及其面临的问题等。
1.1.1 蜂窝移动通信系统世纪70 年代末，美国开始大规模部署 AMPS 系统。AMPS 以优异的网络性能和服务质量获得了广大用户的一致好评。AMPS 在美国的迅速发展促进了在全球范围内对蜂窝移动通信技术的研究。到 20 世纪 80 年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的 ETACS系统、北欧的 NMT-450 系统、日本的 NTT/JTACS/NTACS 系统等。这些系统都是模拟制式的频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）系统，亦被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统。
1G系统的主要特征及使用地区见表1-1。
英国的 ETACS系统、北欧的 NMT-450 系统、日本的 NTT/JTACS/NTACS 系统等。这些系统都是模拟制式的频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）系统，亦被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统。第二代蜂窝移动通信系统
为了解决第一代蜂窝移动通信系统中存在的上述根本性技术缺陷，采用数字调制技术的第二代蜂窝移动通信系统或 2G系统。1992 年，欧洲开始铺设全球第一个数字蜂窝移动通信网络——GSM（Global System Mobile），由于其优良的性能，GSM在全球范围内迅速扩张，GSM用户数一度超过全球蜂窝系统用户总数的 70%。
1.1．2 GSM和CDMA系统
GSM可以工作在 900MHz 或1800MHz频段，使用 900MHz 频段的 GSM称为 GSM900；使用 1800MHz频段的 GSM称为 DCS1800。GSM采用 FDD 方式和 TDMA 方式，利用 200kHz载波带宽提供语音和低速数据业务。GSM标准体制较为完善，技术相对成熟，其不足之处是相对于模拟系统容量增加不多，无法和模拟系统兼容，不能提供分组数据业务等。为了弥补GSM提供分组数据业务能力的不足，基于 GSM开发了 GPRS（Generic Packet Radio Service）系统，GPRS 是架构于GSM上的无线网络，能提供较高速率的分组数据业务。IS-95 采用 FDD 方式和 CDMA 方式，利用 1.25MHz 载波带宽提供语音和低速数据业务。IS-95 系统中采用了扩频、RAKE 接收及功率控制等关键技术，具有良好的抗干扰特性，极大地提高了系统容量。由于CDMA 系统在提高系统容量和抗干扰及无线衰落等方面的明显优势，使得 CDMA 技术成为第三代移动通信的核心技术。总之，2G系统主要采用 TDMA 或CDMA 方式，具有频谱利用率高、保密性好和语音质量好的特点，既可以支持语音业务，也可以支持低速数据业务。无论是采用TDMA 技术的GSM，还是采用 CDMA 技术的 IS-95，其体制标准均较为完善，技术相对成熟。
1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统
在20 世纪 80 年代模拟蜂窝系统开始大规模商用时，多种制式的模拟蜂窝系统之间无法实现漫游。为了实行全球统一标准并能全球漫游，1985 年国际电信联盟（ITU）提出了未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）的概念。FPLMTS 是第三代移动通信系统的前身，其目的是实现任何人在任何时间、任何地点，能向任何人传送任何信息。1992 年世界无线电大会（WA R C）为 FPLMTS 确定了 2GHz 附近共 230MHz 的频谱。1994 年，ITU-R 和ITU-T 开始合作研究 FPLMTS，其中 ITU-R 负责无线接入技术的标准化；ITU-T 负责网络的标准化。为了解决 2G系统所面临的主要问题，同时满足对分组数据传输及频谱利用率更高的要求，1995年ITU 将FPLMTS 更名为国际移动电信 2000（IMT-2000），即第三代移动通信系统或 3G系统。1.2 3G 技术标准演进
3G技术的标准化工作由 3GPP（3rd Generation Partner Project）和 3GPP2 来推动和实施。3GPP 主要采用 WCDMA 和TD-SCDMA技术构筑新的无线接入网，核心网与无线接入网作为一个整体向前发展。3GPP2 主要采用 CDMA2000 技术构筑新的无线接入网，核心网与无线接入网分别独立向前发展。两种技术体制的核心网在现有的第二代移动通信网的核心网基础上平滑演进，以提供更加多样化的业务。目前，在世界范围内应用最为广泛的 3G 网络是CDMA2000 1x EV-DO 网络技术CDMA2000 和WCDMA 网络，其中 WCDMA 网络包括 WCDMA（FDD）和TD-SCDMA（TDD）两种无线技术标准。一方面 2G系统在提供高速、宽带、多媒体业务方面存在很大的限制，另一方面包含上述功能特性的 3G 系统却迟迟无法商用。为了满足高速数据业务发展的需要，针对 GSM开发了与之兼容的 EDGE 技术标准，在此基础上可以考虑向 WCDMA 的进一步演进；针对 IS-95 开发了与之兼容的 CDMA2000 1x技术标准，在此基础上可以考虑向CDMA2000 1x EV 的进一步演进。
1.2.1 WCDMA 技术标准演进
1、GSM/GPRS 向WCDMA 的技术演进
2、GSM/GPRS 向 WCDMA R99 演进
3、从 WCDMA R99 向 WCDMA R4 演进
4、从 WCDMA R4 向 WCDMA R5 演进
5、从 CDMA2000 1x 向 1x EV-DO 演进
6、从 CDMA2000 1x 向 1x EV-DV 演进
1.2.2 CDMA2000 技术标准演进
CDMA2000 1x完全后向兼容 IS-95。核心网部分增加了分组域以支持较高速率的分组数据业务；空中接口使用了前向快速功率控制、反向信道相干解调、快速寻呼、Turbo 码等关键技术，目的是改善无线传送的质量，提高频谱效率及系统容量。CDMA2000 1x具有 3G系统的部分功能，可以从 IS-95 进行平滑升级，两者的商用时间之间的间隔不太长，业界有时也将 CDMA2000 1x 作为 2.5G 系统看待。1x EV-DO 是一种专为高速分组数据传送而优化设计的 CDMA2000 空中接口技术，已经发展出 Release 0 和Release A等两个版本。其中，Release 0 版本可以支持非实时、非对称的高速分组数据业务；Release A版本可以同时支持实时、对称的高速分组数据业务传送。1.3 1x EV-DO 提出背景
在20 世纪90 年代后期，随着无线接入到因特网（Internet）需求的增长，对无线分组数据业务的需求也随之增长。以无线局域网为代表的无线接入技术虽然能提供较高的带宽，但是在安全性、计费和覆盖等方面的局限性，限制了它们的广泛应用。蜂窝移动通信网络可以提供广域的覆盖，具有良好的计费体系和安全架构，如果结合新的高速无线接入技术，在提供无线因特网业务方面将具有美好的应用前景。同时考虑到与以 ADSL 为代表的有线数据网络竞争的需要，要求这种新的蜂窝网络至少能提供与 ADSL 相比拟的数据带宽。、1.4 1x EV-DO 设计思想
1x EV-DO系统最初是针对非实时、非对称的高速分组数据业务而设计的。高速传送是对1x EV-DO系统设计的核心功能要求，高速意味着需要基于有限的带宽资源，利用蜂窝网络向移动用户提供类似于有线网络（如 ADSL）那样的高速数据业务。最初设计 1x EV-DO系统时，主要是为了提供网页浏览、文件下载等无线因特网业务，它们要么具有非实时的特点，对业务的 QoS 保证没有严格的要求；要么具有非对称的特点，要求前向链路的传送速率和吞吐量明显高于反向链路。在CDMA2000 1x 系统中，中低速数据业务和语音业务是码分复用的，8
共享基站发射功率、扩频码和频率资源。基站通过快速闭环功率控制技术补偿因信道衰落带来的影响，从而获得较高的频谱利用效率，对于中低速数据及语音业务而言，这是最佳的选择。1.5 1x EV-DO 发展情况
从1996 年高通公司开始研发 HDR技术，2000 年形成 1x EV-DO标准，2002 年1x EV-DO产品进入商用阶段，截止 2005 年初，全球已经建立起十多个 1x EV-DO商用网络，其市场化步伐逐渐加快。下面分别从标准化进展、商用进展和市场前景等 3 个方面来说明 1x EV-DO的发展情况。
1.5.1 标准化进展
1x EV-DO 作为因特网的无线延伸，最初是为了提供非对称的高速分组数据业务而设计的，迄今为止，1x EV-DO空中接口标准已经发展出 Release 0 和Release A两个版本，对应的TIA/EIA 标准分别是IS-856-0 和IS-856-A。IS-856-0 于2000 年10 月发布，它支持的前向单用户峰值速率为 2.4576Mbit/s，反向单用户峰值速率为153.6kbit/s，适合提供基于文件下载、网页浏览和电子邮件等非对称的分组数据业务。随着1x EV-DO 空中接口标准的发展，其 A 接口、终端技术规范及其新业务规范等也陆续制定出来，并不断发展。
1.5.2 市场前景
3G服务能否成功的关键，主要在于无线数据业务是否能够深入人心，所提供的内容服务能否对用户产生巨大的吸引力。日本、韩国和美国的运营商正是通过高质量的音乐片断和高清晰度的电影剪辑下载等丰富多彩的内容服务，使得数据业务的流量大幅度增长，极大提高了ARPU 值。一方面，3G服务要求网络具有较高的数据吞吐量，能够提供高速的数据服务，1x EV-DO的技术特性保证了这一点。1x EV-DO 可以支持 CDMA2000 1x提供的所有分组数据业务，对于速率和 QoS 要求严格的业务，1x EV-DO 能够提供更好的服务和用户体验。比如，对于无线数据接入业务，1x EV-DO 接入服务的水平已经接近时下流行的有线 ADSL 上网；对于无线数据增值业务，1x EV-DO 能够提供更高质量的流媒体服务和更快的音视频大文件下载服务。
1.5.3商用进展
3G服务需要运营商、系统厂家、终端厂家和内容服务商之间的紧密合作，并在较短的时间内解决其产业链上的问题。首先，运营商与系统厂家共同合作，在很短的时间内解决网络覆盖和系统稳定性的问题，运营商为移动流媒体等业务提供了一个覆盖良好的网络，从而可以支撑业务的开展；其次，运营商与终端厂家共同努力，提供多款可以支持移动流媒体等业务的手机；最后，运营商与内容提供商共同努力，在内容方面，针对移动流媒体等业务的特点，结合用户的使用习惯和爱好，共同开发并快速更新移动流媒体等业务的内容。
第二章 1x EV-DO 网络架构
2.1 基本网络模型
1x EV-DO网络可以看作多个逻辑实体及其相关接口的组合。逻辑实体表示某种功能或功能集合，与实现方式无关。不同逻辑实体之间通过接口相连并通过接口协议进行通信；接口协议定义了与之相连的逻辑实体之间进行通信的规则和信令集合。1x EV-DO网络参考模型如图 2-1 所示，它由分组核心网（Packet Core Network，PCN）、无线接入网（Radio Acce Network，RAN）和接入终端（Acce Terminal，AT）等三部分组成。PCN 通过 Pi 接口与外部 IP 网络（如因特网）相连，Pi 接口在 IS-835 标准中定义；RAN通过 A 接口与 PCN 相连，A 接口在 IS-878 标准中定义；AT通过空中接口或 Um 接口与 RAN相连，Um 接口在IS-856 标准中定义。
从网络结构上看，1x EV-DO与CDMA2000 1x基本一致，两者的主要差异在于 1x EV-DO作为数据业务专用网络，不支持电路型语音业务，因而不存在电路核心网。从接口协议上看，1x EV-DO 定义了新的 Um 接口协议，其 A 接口功能及其通信协议与CDMA2000 1x 大致相似；其核心网内部接口协议及其与外部 IP 网络之间的接口协议与CDMA2000 1x基本一致，均遵从CDMA2000无线IP 网络标准中的有关规定。下面结合 1x EV-DO 网络结构，分别介绍各个逻辑
实体的功能、接口及其相关协议；针对1x EV-DO与CDMA2000 1x混合组网，重点介绍了混合终端的接入鉴权方式；此外还简单介绍了1x EV-DO 网络所涉及到的重要IETF 协议。2.1.1 接入终端
接入终端是为用户提供数据连接的设备。它可以与计算设备（如个人电脑）连接，或自身为一个独立的数据设备（如手机）。
1、逻辑实体 ：UIM、MT2、TE2。
2、协议接口 ：Um 接口、Rm 接口。
2.1.2 无线接入网
RAN提供 PCN 与AT之间的无线承载，传送用户数据和非接入层面的信令消息，AT通过这些信令消息与PCN 进行业务信息的交互。RAN主要负责无线信道的建立、维护及释放，进行无线资源管理和移动性管理。
（1）逻辑实体：AN、AN-AAA、PCF。
（2）协议接口：A8/A9 接口、A10/A11 接口、A12 接口、A13 接口。2.1．3 分组核心网
PCN 构成与 CDMA2000 1x类似，同 1x EV-DO 终端接入因特网的方式有关。当使用简单IP 时，PCN 主要包含 PDSN 及AAA等功能实体；当使用移动 IP 时，PCN 还应增加外地代理（Foreign Agent，FA）和归属代理（Home Agent，HA）等功能实体。
（1）逻辑实体：PDSN、FA、HA、AAA。
（2）协议接口：R-P 接口、P-P 接口、Pi 接口。2.2 终端控制
2.2.1 混合终端
从逻辑功能上划分，混合终端由 UIM 和ME两部分组成。UIM 可用于存储混合终端用户在两网的接入鉴权参数及其算法，执行接入鉴权操作；ME由MT2 和TE2 组成。从具体实现来看，混合终端在两网的操作可以共天线、天馈等射频部分。由于两网的Um接口不同而分组域协议栈基本一致，故MT2 应该包含两套独立的基带模块，分别与两网进行无线通信；在网络协议栈中Um 以上的各协议层基于 IETF 协议，这部分协议层对应的网络通信与数据处理功能由混合终端中的同一套功能模块完成。当混合终端基于中继层协议模型实现时，Um 以上各协议层功能由 TE2 完成；当混合终端基于网络层协议模型实现时，Um 以上各协议层功能由MT2和/ 或TE2 完成。
2.2.2 无线接入网
CDMA2000 1x与1x EV-DO的无线接入网在逻辑功能上是独立的。两者的系统结构基本一致，都由基站与 PCF 组成。1x EV-DO基站对应于逻辑实体 AN，通常采用类似于 CDMA2000 1x基站的实现方式，由 BSC 实现基站控制器的功能，由 BTS 实现基站收发的功能，BSC 与BTS 之间可以是一对一或一对多的关系。CDMA2000 1x与1x EV-DO的无线接入网包括 A3、A7、A8/A9、A10/A11、A12 及A13等互操作协议接口。其中，两网的 A8/A9 和A10/A11 接口定义基本相同，其协议结构及功能相邻AN（或 BSC）之间的接口，用于传递不同 AN 之间切换的信令消息，该消息携带的参数用于恢复原空口会话和识别原 R-P 会话。在1x EV-DO网络中，由于不存在类似于 CDMA2000 1x的电路核心网，其接入鉴权功能无法由 MSC/VLR、HLR/AC 等逻辑实体来完成。鉴权成功后，AN-AAA 通过 A12 接口消息返回鉴权结果及用户标识 MNID（或IMSI），用作建立R-P 会话时的用户标识。针对机卡分离的 CDMA2000 1x/1x EV-DO 混合终端，3GPP2 规范 A.S0006 中提出了基于CAVE 算法的 CHAP 鉴权方案。该方案要求 AN-AAA 支持 CAVE 鉴权算法，同时要求修改空中接口 CHAP 鉴权消息的字段内容，以传递 CAVE 鉴权的参数和结果；为了实现两网共享CAVE 鉴权的共享加密随机数（Shared Secret Data，SSD），要求在 AN-AAA 与HLR/AC 之间增加 IS-41 协议接口。
2.2.3 核心网
CDMA2000 1x 核心网电路域基于 IS-41 协议，1x EV-DO 核心网基于 IP 协议，传统的MSC/VLR及HLR/AC 等不再参与 1x EV-DO数据呼叫过程，但在机卡分离的混合终端操作时，若采用基于 CAVE 算法的 CHAP 鉴权，并且 AN-AAA 接入鉴权失败，则 HLR/AC 可以参与1x EV-DO 接入鉴权。CDMA2000 1x与1x EV-DO 共用PCN。2.3 网络发展
1x EV-DO 作为因特网的无线延伸，采用简单 IP 或移动 IP 接入到因特网，提供诸如网页浏览、文件传送及视频流等业务应用。
2.3.1 IP 多媒体子系统
IMS 是用于提供多媒体业务呼叫控制功能的子系统，该子系统与用户的接入方式无关，并能为多种上层业务应用平台提供统一的呼叫控制。IMS 通常还具有多用户属性管理功能和媒体管理功能。IMS 与用户的接入方式无关。对于移动用户而言，可以通过蜂窝网络（如 1x EV-DO 网络）接入到多媒体子系统，由多媒体子系统提供对该用户所授权的业务；对于固定网络用户而言，可以通过 PSTN、因特网等接入到多媒体子系统，由 IMS 提供对该用户所授权的业务。而对于一般的接入业务或承载业务而言，则由承载网络提供。IMS 具有多用户属性管理功能。基于承载网络的现状，结合多媒体业务在QoS 及其用户管理方面的要求与限制，对承载网络的相关逻辑实体及其协议接口标准进行完善。
2.3.2 全 IP 化
1x EV-DO将无线接入技术与因特网技术融为一体，无线接入网采用高速无线接入技术，以提供分组数据的高速无线传送；核心网采用基于 IP 的协议架构，便于接入到因特网。当前，1x EV-DO无线接入网主要采用 AT M传输协议，提供可靠的传送和良好的 QoS 保证。不过，从系统可扩展性、节约网络建设成本等方面考虑，IP 传输逐渐从分组核心网向无线接入网渗透，并将最终成为无线接入网链路层协议的主流。在无线接入网的 IP 化方面，需要重点考虑 IP QoS 的保证、系统容量的改善、寻呼策略的设计等问题。现有研究结果表明，无线接入网的 IP 化将会给 1x EV-DO系统架构带来较大的变化。2.4 相关 IETF 协议
1x EV-DO 分组核心网逻辑实体及相关接口基于 IETF 协议集。本节简单介绍相关 IETF协议，比如 PPP、IPSec、IKE、移动 IP、隧道协议、传输协议（如 TCP、UDP）、RADIUS协议等。
2.4.1 PPP
PPP 协议是为在对等网络单元之间传送数据包而设计的链路层协议，封装来自更上层（如IP 层）的数据分组。PPP 的优点是协议简单，具备用户验证能力，可实现灵活计费及动态分配IP 地址以节约紧张的 IP 资源等。同样，PPP 协议适合于无线分组网传送，用于传送不同的QoS 业务分组；链路开销低，能提供用户和业务的鉴权功能。在PCN 中，PPP 连接 AT与PDSN，PDSN 作为NAS 使用。PPP 初始化过程包括三个阶段。一是 LCP 协商阶段，对PPP 链路的属性进行协商和配置。LCP 协商完成后，根据 LCP 协商的鉴权方式（CHAP 或PA P）执行鉴权操作，CHAP 支持三方握手鉴权，支持共享密钥，安全性较高；PA P 通过提供未加密的用户名和密码进行鉴权，安全性相对较低。NCP 协商是 PPP 初始化的第三阶段，由 NAS（如 PDSN）对用户的网络层协议（如 IP）及其属性进行协商和配置，比如为用户分配 IP 地址、TCP/IP 包头压缩算法等。NCP 协商完成后，PPP 连接建立起来。需要说明的是，用户接入PCN 的方式不同（如简单 IP 和移动IP），在PPP 初始化各阶段完成的功能也存在差异。
2.4.2 IP / IPSec
IP 是因特网的网络层协议，当前主要采用 IPv4。IP 主要提供路由机制，IP 地址是 IP 数据分组包头的一部分，用于标识因特网上的每个节点。IP 是面向无连接的协议，它采用尽力而为的传送方式。IP 也支持 QoS 机制，典型的 IP QoS 服务模型包括 IntServ 及DiffServ。IntServ采用资源预留协议（Resource reServation Protocol，RSVP）实现资源预留，DiffServ 通过设置IP 包头中的DSCP 标识IP 分组的优先级。IP 协议规定了数据分组在网络中传送的跳数，避免循环路由。当数据分组大小超过链路所支持的最大传送单元时，可以分段传送。IPv4 不具备诸如鉴权、加密及消息完整性保护等安全特性，这些安全特性由IP 层以上协议层（如IKE、IPSec 等）提供。IPSec 协议对 IP 数据分组提供安全保护。在数据通信前，通信双方先通过 IKE 进行预共享密钥的交换，实现密钥共享，并进行加密和解密，从而在通信双方之间建立起安全联盟；然后采 14
用 IPSec 协议对通信信息提供安全保护。
2.4.3 IKE
IKE 是一种安全密钥分发协议，它遵循 DH（Diffie-Hellman）密钥交换的步骤，在通信双方之间实现公共密钥（Public Key）和私有密钥（Secret Key）的生成与交换。DH 密钥交换存在一些缺点，它能产生和交换通信双方之间的私有密钥，但却无法提供用户之间相互鉴权功能。IKE 基于 DH 密钥交换步骤中生成的私有密钥，使用数字签名、公共密钥生成算法及预共享加密等安全机制，以实现消息鉴权或消息完整性保护的目的。
2.4.4 移动 IP 移动 IP 是一种网络层协议。当 MN采用移动 IP 接入到网络时，它不需要改变 IP 地址就可以实现附着点的变更。移动 IP 区分归属地址和转交地址（CoA）。归属地址是节点的永久性IP 地址，CoA 是该节点当前位置的IP 地址。与移动IP 相关的三类实体是：
（1）移动节点 MN。该节点可以改变其在因特网中的附着点。在 1x EV-DO 网络中，MN是指AT。
（2）归属代理 HA。它是与 MN 的归属链路接口的路由器。在移动 IP 注册期间，在 HA处保存 MN的归属地址与其 CoA 地址的绑定。HA截获所有送往 MN的归属地址的分组数据，并直接转发或通过隧道送往目的地CoA。
（3）外地代理 FA。它是与 MN的外地链路接口的路由器。CoA 对应于外地代理 FA的IP地址。2.4.5 UDP
UDP 是一种不可靠的、面向无连接的传输层协议，它提供基于端口号的复用业务及检错业务功能（后者可选）。每个业务流采用一对（IP 地址，端口号）标识。端口号标识上层协议，IP 地址与端口号的组合通常称为一个套接字（Socket）。UDP 包头包含源和目的端口号。检错功能是可选的，它用于保护分组包头及其净荷数据。
2.4.6 TCP
TCP 是一种可靠的、基于肯定应答的、面向连接的传输层协议。它提供基于字节流的顺序传送、复用及检错业务功能（后者必选）。
TCP 提供流控机制，以避免接收方缓冲区溢出和网络阻塞。流控使用滑动窗机制，发送方的未经应答确认的字节数由接收方广播窗口来控制。发送方可以发送的最大字节数受限于它自身维护的阻塞窗的大小。设置阻塞窗的目的是避免网络阻塞。阻塞控制机制基于可感知的网络状态来动态调整窗口的大小。
2.4.7 RADIUS
RADIUS 是一种应用层协议，它用在 NAS 与HAAA 之间（或通过 VAAA 及BAAA）交换鉴权、授权及配置信息。在 PCN 中，NAS 对应于 PDSN/FA，执行 RADIUS 客户端操作，HAAA 执行RADIUS 服务器功能，VAAA 及BAAA 作为HAAA 的代理客户端使用。为了对用户进行鉴权和授权，RADIUS 与PPP 配合使用。在移动 IP 情况下，RADIUS 还应该与移动IP 相关扩展配合使用。RADIUS 服务器执行用户鉴权和授权的方法是：NAS（如 PDSN/FA）向 MN（如 AT）发送移动 IP 鉴权随机数，收到鉴权响应后，NAS 向RADIUS 服务器（如 HAAA）发送 RADIUS接入请求消息；RADIUS 服务器对用户进行鉴权，鉴权成功后，向 NAS 发送 RADIUS 接入允许消息，以对用户进行授权操作，允许用户接入到网络（如PCN）。经过扩展后的 RADIUS协议支持从NAS 向RADIUS 服务器传送计费信息。RADIUS 协议也可以用于密钥的分发。
第三章 1x EV-DO 空中接口
3.1 空中接口概述
1x EV-DO是因特网的无线延伸，不是端到端的分组数据网络。为解决分组数据的无线传送问题所设计的1x EV-DO 空中接口，着重完成因特网的数据链路层和物理层功能。
3.1.1 前向信道
前向信道物理层将 MAC层分组按指定速率构造物理信道数据分组，根据对应的参数配置表对物理信道数据分组进行编码调制、序列重复、加扰、扩频、正交扩展、滤波、加载波等处理，最后从空中接口发送出去。
（1）前向信道结构：1x EV-DO 前向信道结构如图 3-4 所示，它由导频信道、MAC信道、业务信道和控制信道组成；MAC信道又分为反向活动（Reverse Activity，RA）子信道、反向功率控制（Reverse Power Control，RPC）子信道及DRCLock子信道。
（2）前向信道时隙结构：1x EV-DO前向以时分为主，以码分为辅；导频信道、MAC信道及业务/控制信道之间时分复用；RPC 子信道与 DRCLock子信道之间时分复用；不同用户的RPC/DRCLock子信道与RA子信道码分复用。（3）前向信道标识：1x EV-DO 系统支持多个同时处于会话激活状态的用户，为了区分不同用户，1x EV-DO系统采用 6bit 的MACIndex，作为与之通信的用户的标识或前向信道（MAC信道、业务信道和控制信道）的标识。
（4）前向信道物理结构：导频信道、MAC信道、业务信道、控制信道。（5）前向业务/控制信道的参数配置和时隙复用。3.1.2 反向信道
（1）反向信道结构 ：1x EV-DO 反向信道结构如图 3-12 所示。它包括接入信道和反向业务信道。接入信道由导频信道和数据信道组成；反向业务信道由导频信道、MAC信道、应答（ACK）信道及数据信道组成。
（2）接入信道物理结构：接入信道物理结构它由导频信道和数据信道组成。（3）反向业务信道物理结构：导频信道与RRI 信道、ACK信道、DRC信道、数据信道、反向业务信道时隙关系、反向业务信道性能分析。3.2 MAC 层
3.2.1 MAC 层协议功能
MAC层由控制信道 MAC协议、接入信道 MAC协议、前向业务信道 MAC协议和反向业务信道 MAC协议组成，它们分别规定了控制信道、接入信道和前反向业务信道的操作规则。控制信道 MAC协议规定了系统发送控制信息和开销（Overhead）信息所必须遵循的时序规则，以及终端的地址分配和接收控制信道MAC层数据分组所必须遵循的规则。接入信道MAC协议规定了终端在接入信道上发送信息的时序关系和功率参数。前向业务信道 MAC协议规定了终端在 DRC信道上发送数据和系统解读 DRC信道所遵循的规则，以及在固定速率和可变速率状态下前向业务信道的数据传送规则。反向业务信道MAC协议规定了反向业务信道传送速率的选择规则。3.2.2 MAC 层地址匹配
对于安全层发送的消息类数据分组，采用控制信道 MAC协议或接入信道 MAC协议进行封装，构造控制信道 MAC层数据分组或接入信道 MAC层数据分组。17
前向业务/ 控制信道数据分组的地址匹配过程如下：
（1）终端读取前向业务/控制信道数据分组的前缀，根据其中的信道标识 MACIndex判断该信道是控制信道还是业务信道。
（2）若为控制信道，则终端读取 MAC层数据分组包头中的 AT I Record，并计算出该数据分组所归属终端的地址标识UATI(r)。
（3）若为业务信道，则接收终端比较 MACIndex(r)与MACIndex(s)。若两者一致，则接收终端读取该 MAC层数据分组的净荷，并提交给 MAC层；否则，接收终端丢弃该 MAC层数据分组。
3.2.3 控制信道 MAC
（1）数据封装（Encapsulation）是指将来自上层的一个或多个数据分组进行组合，并添加包头（Header）或包尾（Tailer）及填充位（Pad）等，构成一个或多个本层数据分组的过程，一个或多个本层数据分组构成一个分组包囊。控制信道 MAC协议封装一个或多个安全层数据分组，并以数据分组或分组包囊的形式发送控制信道信息。控制信道 MAC层数据分组的 MAC层包头指定了安全层分组的长度和格式、连接层分组的格式以及接收该安全层分组的ATIRecord。ATIRecord 由AT I Ty p e 和UATI组成。
（2）控制信道消息在控制信道周期内以同步分组包囊（Synchronous Capsule，SC）或异步分组包囊（Asynchronous Capsule，AC）的形式发送，SC只能在特定时间传送，AC可以在控制信道周期内除发送 SC以外的任何时间发送。一个 SC可以包含一个或多个控制信道 MAC层数据分组；其中，同步消息携带系统定时和导频 PN偏置等参数；快速配置消息携带 SectorID、ColorCode和接入标识等参数；扇区参数消息携带用户位置、系统时间、邻区列表和子网掩码等参数。AC通常传送对特定终端的应答消息（Ack Meage）和RLP 控制信息。
3.2.4 接入信道 MAC
数据封装，接入信道 MAC协议封装一个安全层数据分组，并以数据分组或分组包囊的形式发送接入信道信息。从而构造一个或多个MAC层数据分组。接入信道 MAC层分组包囊的 MAC层包头指定了安全层分组的长度和格式、连接层分组的格式、ATIRecord 以及SeionConfigToken。SeionConfigToken 是在用户开机建立会话期间，系统为该用户分配的会话标识，在下次建立连接时终端 18
传送该标识，系统即启用该标记对应的会话配置。
（1）接入探针结构，1x EV-DO 接入信道以接入探针的形式发送接入数据。在每次发送接入探针时，先发送作为接入信道前缀的仅在 I 支路出现的导频信号，发送的持续时间由接入参数消息（Acce Parameter Meage）中的前缀长度字段 PreambleLength 给出；随后在 Q 支路发送接入信道数据分组，发送持续时间由接入信道分组包囊的最大长度字段CapsuleLengthMax 给出。
（2）接入探针序列结构，1x EV-DO 以探针序列的形式多次尝试接入。单次接入过程由 Ns个探针序列组成，单个探针序列包含 Np次接入探针。Ns的最大值由探针序列的最大值（ProbeSeqMax）给出，缺省值为 3；Np由单个探针序列包含的探针数（ProbeNumStep）给出，取值范围为0~15。
（3）接入过程，在接入之前，终端需要检验新收到的快速配置消息中 SectorSignature 和AcceSignature与终端的当前配置是否一致，若不一致，则必须更新终端的系统参数配置。
（4）接入信道长码掩码，1x EV-DO接入信道使用长码区分用户。长码由长码掩码与42 位寄存器的输出异或而成，寄存器的初始状态与系统的GPS 时间相关，长码掩码与系统及用户信息有关。
（5）主要消息及其关键参数，接入信道 MAC层消息主要包括接入参数消息和接入信道应答消息等。系统使用接入信道应答消息作为收到接入信道 MAC层数据分组的应答信号。接入参数消息携带接入信道周期、接入参数更新标识、功控参数、每个探针序列包含的最大探针数和前缀长度等参数。
3.2.5 前向业务信道 MAC 数据封装，前向业务信道 MAC协议封装一个安全层数据分组，并以 MAC层数据分组的形式发送前向业务信道信息。状态转移流程，在CDMA2000 系统中，终端无权决定前反向速率和选择与之通信的基站，相比之下，1x EV-DO终端则具有较大的自主性。
3.2.6 反向业务信道 MAC
（1）数据封装，反向业务信道 MAC协议封装一个安全层数据分组，并以数据分组的形式发送反向业务信道信息。反向业务信道数据分组的长度有 256、512、1024、2048 和4096bit等五种选项。
（2）反向业务信道速率控制，与CDMA2000 1x系统决定其反向业务信道传送速率不同，1x EV-DO终端根据前向约束自主决定反向业务信道的传送速率。CombineBusyBit、CurrentRate、速率转移概率、最小负载限制、MaxRate、反向链路速率控制算法。
（3）反向链路静默，1x EV-DO系统反向负载的估计精度直接影响到反向业务信道速率控制的准确性。
（4）反向业务信道长码，1x EV-DO 反向业务信道的长码在物理层由长码掩码与 42 位寄存器的输出异或而成，寄存器的初始状态与系统的GPS 时间相关，长码掩码则与系统及用户信息有关。
（5）主要消息及其关键参数，反向业务信道 MAC层消息主要包括反向业务信道应答消息（RTCAck Meag）广播反向速率上限消息（BroadcastRevRateLimit Meage）和单播反向速率上限消息（UnicastRevRateLimit Meage）等。
第四章 1x EV-DO层结构和协议
4.1 安全层
4.1.1 协议功能
安全层协议包括密钥交换协议、鉴权协议、加密协议和安全协议。其中，密钥交换协议生成空口鉴权和数据加密所需密钥；鉴权协议完成空口鉴权或消息完整性保护；加密协议完成数据加密；安全协议提供鉴权协议和加密协议所需要的公共变量（如 CryptoSync、时戳等）。
4.1.2 数据封装
若会话层配置为空的安全层或使用已配置的安全协议，则安全层数据分组的长度为零或没有包头和包尾，MAC层新增字段也指示了安全层是否存在包头和包尾。加密协议包头可包含加密协议所用的变量（如初始矢量），加密协议可增加包尾以隐藏明文的实际长度或由加密算法增加填充位。
4.1.3 安全协议
安全协议分为缺省安全协议和通用安全协议。缺省安全协议除在鉴权协议和 MAC层之间传递数据分组外，不提供任何业务功能。对于通用安全协议，发送方通过该协议提供空口鉴权和加密协议所需要的CryptoSync 或时戳，接收方根据该协议的包头信息计算出CryptoSync。每个安全层数据分组包含一个鉴权协议
数据分组，安全层数据分组可以包含安全协议包头或包尾。
4.1.4 密钥交换协议
密钥交换协议分为空（NULL）密钥交换协议和缺省密钥交换协议。空密钥交换协议不提供任何业务功能，它与空加密协议和缺省鉴权协议配合使用。在会话配置期间，AT和AN执行 DH密钥交换，产生公共会话密钥。
4.1.5 加密协议
1x EV-DO Release 0 空口安全层使用缺省加密协议，无加密和解密功能，不添加加密协议包头或包尾，即不修改安全层数据分组的净荷。在1x EV-DO的增强安全规范 IS-925 中引入了 AES 加密模式，利用 AES 对1x EV-DO空口数据进行加密保护。加密密钥由DH密钥交换协议生成。
4.1.6 鉴权协议
鉴权协议分为空鉴权协议和缺省鉴权协议。空鉴权协议除在加密协议和安全协议间传递数据分组外，不提供任何业务功能。缺省鉴权协议使用 SHA-1 算法计算消息摘要，并利用鉴权密钥对其进行加密得到数字签名，实现消息完整性保护功能，防止数据分组在空口传输时被破坏。在会话配置期间，DH密钥交换生成由 AN与AT共享的鉴权密钥。
4.2 连接管理
连接建立，连接状态协议支持正常呼叫连接建立和快速连接建立。正常呼叫连接的建立过程由终端通过连接请求消息发起。
连接关闭，在连接打开状态下，终端监听控制信道和前向业务信道。如果终端收到连接关闭消息或监管失败，终端将向系统发送连接关闭消息，并继续监听网络直到连接关闭后一段时间为止，这段时间被称为挂起时间。在这段时间内，如果终端收到寻呼消息，则可以快速建立连接。
4.2． 1 路径更新
路径更新协议完成对终端位置的跟踪、维护及其跨扇区移动时的无线链路维护等功能。在空闲状态时，路径更新协议指示终端实时测量导频集内导频强度的变化，并通过路径更新消息上报测得的导频强度值；基站收到该消息后，估计终端当前的无线环境，同时完成注册登记或位置更新。在连接状态，路径更新协议的作用主要表现为辅助完成导频集的管理。
4.2.2 分组合并
分组合并协议完成对会话层数据分组的合并/分解功能。对会话层数据分组的合并包含 A和B 两种格式。对于格式 A，每个连接层数据分组包含一个会话层数据分组，不包含包头和填充位；对于格式 B，每个连接层数据分组包含一个或多个会话层数据分组，每个会话层数据分组包含包头，必要时连接层数据分组也可以包含部分填充位。
4.2.3 开销消息管理
1x EV-DO系统开销消息包括快速配置消息和扇区参数消息。开销消息协议完成这些消息的发送、接收和监控功能。系统在每个控制信道周期内发送快速配置消息，在至少NOMPSectorParameters 个控制信道周期（常设为 12 个控制信道周期：5.12s）内发送扇区参数消息。在发送快速配置消息时，网络将SectorSignature 字段设为下一个扇区参数消息的SectorSignature 字段，并将AcceSignature 设为接入参数消息中的AcceSignature。4.3 会话层
在终端与系统进行数据通信之前，必须先建立会话。会话的过程包含会话协议的激活、地址分配和协议参数配置等几个阶段，对应的会话层协议包括会话管理协议（Seion Management Protocol，SMP）、地址管理协议（Addre Management Protocol，AMP）和会话配置协议（Seion Configuration Protocol，SCP）。SMP 完成会话协议的激活、会话的管理和关闭等功能；AMP为会话终端分配惟一性的地址标识 UATI；SCP 实现会话协议或其他协议及其属性的协商和配置。
4.3.1 会话管理
（1）终端捕获到网络后，进入空闲状态，监听系统的开销信息，完成系统配置更新，激活SMP，开始会话建立过程。
（2）终端 SMP 激活 AMP，AMP触发终端向系统发送 UATIRequest消息，请求系统为其分配 UATI。
（3）系统收到 UATIRequest消息后，根据一定算法计算出分配给该终端的 UATI，并发送UATIAignment消息。
（4）终端收到 UATIAignment消息后，根据该消息携带的 RATI或UATI 22
判断其归宿，若属于自身，则计算UATI=（UATI104|UATI024）及其对应的 UATISubnetMask；UATIAignment不包含 UATI104 和UATISubnetMask字段，则终端设置 UATI=（SectorID [127:24]|UATI024），UATISubnetMask设为扇区参数消息中的 SubnetMask。
（5）SMP 激活 SCP，SCP 触发终端与系统之间的配置协商过程。配置协商主要利用配置请求消息和配置响应消息等实现对空中接口不同协议层的各子协议及其属性的协商和配置。
（6）在会话过程中，若收到会话关闭消息（SeionClose Meage）、会话超时或终端离开网络，SMP 将负责关闭本次会话。3.6.2 地址分配 4.3.2 配置协商
SCP 负责空中接口各协议层的不同子协议及其属性的协商和配置，这种协商既可以由 AT发起，也可以由AN发起。会话配置协商可以由通用配置协议所定义的消息流程来实现，其基本流程是：发送方以配置请求消息发起协商请求，该消息指定了待协商的协议属性及其一个或多个可选值；接收方从配置请求消息所给出的协议属性的可选值中选择一个，并通过配置响应消息送往发送方；若接收方认为某一属性无合适的可选值，则接收方跳过此属性，发送方使用该属性的缺省值。4.4 流层
流层的主要功能是对不同 QoS 要求的业务应用打标识，连接层根据标识对不同优先级的业务分组进行合并重组。对来自应用层的数据分组，流层只在数据分组包头加上对应的流层标识。4.5 应用层
应用层主要为来自 1x EV-DO 空中接口各协议层和上层的多种应用而设置。应用层协议包括缺省信令应用协议和缺省分组应用协议。
4.5.1 缺省信令应用
缺省信令应用协议是为实现信令消息的路由、可靠传送、拆分、组合以及重序检测等功能而设计的，由信令网络协议（Signaling Network Protocol，SNP）和信令链路协议（Signaling Link Protocol，SLP）构成。
4.5.2 缺省分组应用
缺省分组应用协议是为实现分组数据应用在无线链路的可靠传送、移动性管理和流控功能而设计的，它由 RLP、流控协议（Flow Control Protocol，FCP）和位置更新协议（Locatin Update Protocol，LUP）组成。
无线链路协议 RLP 是为实现分组数据应用在无线链路的可靠性传送而设计的。它兼具重序检测和重传功能，有效地实现了无线链路的低差错率传送，为基于TCP/IP 的上层应用创造了条件。RLP 传送是针对字节流的分组数据传送。
流控协议是为实现分组数据应用的流控机制而设计的，包含关闭和打开两种状态。其中，在关闭状态下，缺省分组应用不收发任何 RLP 数据分组；在打开状态下，缺省分组应用可以收发RLP 数据分组。4.6 空中接口关键技术
1x EV-DO系统作为因特网的无线延伸，当初主要针对具有非对称性、突发性和较高的带宽要求的无线因特网业务而设计的，设计优化的主要目标是在保证可靠的无线传送的前提下，获得较高的系统容量和频谱效率。为了满足上述要求，1x EV-DO前向链路采用了时分复用、自适应调制编码、HARQ、多用户调度、功率分配和虚拟软切换等关键技术，1x EV-DO反向链路采用了速率控制和功率控 制机制。
4.6.1 时分复用
针对分组业务的突发性特点，前向链路采用时分复用方式，避免了码分导致的同扇区多用户干扰和低速用户分享系统功率导致的资源利用率下降。1x EV-DO 前向链路的时分复用体现在两个方面：
（1）不同的前向信道分时共享每个时隙，每种信道满功率发射。
（2）不同用户分享系统的时隙资源，在每个时隙内，系统只为特定的用户服务，多用户调度准则的选择取决于前向链路的优化目标。
4.6.2 自适应调制编码
1x EV-DO自适应调制编码技术的实现方法表现为：终端测量当前时隙前向导频的信号干扰噪声比,预测下一时隙内前向链路所能支持的最大传送速率，并通过DRC信道上报给基站；基站根据调度算法选择被服务用户，并按照该用户请求的数据速率选择调制和编码方式。影响自适应调制编码性能的主要因素包括：
（1）前向链路质量估计不准确：若对前向导频 SINR的估计过高，则对应的24
DRC请求速率较高，基站以该速率发送数据时，由于实际信道无法支持该速率，从而导致重传比率上升；若对前向导频 SINR的估计过低，则对应的 DRC请求速率较低，从而导致无线信道资源的浪费。
（2）多时隙分组传送时前向链路质量发生变化：多时隙传送期间，传送速率与前向链路实际支持的速率失配，将会导致无线资源的浪费。
4.6.3 HARQ
传统的ARQ技术（如停止等待 ARQ、后退N步ARQ和选择重传ARQ等）都有一个共同缺点：只对错误帧进行重传，本身没有纠错功能。为了节约系统资源，1x EV-DO系统采用了融合信道编码的检纠错功能与传统ARQ重传功能的HARQ技术。
4.6.4 多用户调度
时隙资源是 1x EV-DO 前向链路最宝贵的资源，为了提高时隙资源的利用率，1x EV-DO系统将前向链路时隙在多用户之间进行分配，在每个时隙内，根据特定的多用户调度准则选择被服务用户进行服务。
4.6.5 速率控制 前向链路速率控制
（1）导频 SINR 估计：在每个时隙，基站下发 192bit 的前向导频信号，终端通过相干积累计算前向导频的信噪比。
（2）信道预测：结合过去一段时间内前向导频的信噪比估计，预测下一个时隙内前向导频的信噪比。
（3）根据事先设置好的或者自适应调整的信噪比门限，用查表方法，获得下一个时隙内前向链路所能支持的最大传送速率。
反向链路速率控制 ：
（1）基站每帧测量反向链路的 ROT，并与事先设定好的门限比较，计算系统当前的负载水平。当ROT 超过设定的门限时，RAB=1；否则，RAB=0。
（2）基站通过前向MAC子信道RA将RAB下发给本扇区终端。
（3）终端合并其激活集内所有基站下发的 RAB，并指示反向业务信道 MAC协议按照规定的约束规则，选择反向业务信道的传送速率。
4.6.6 功率控制
前向链路功率分配原理及实现RA子信道的正确接收与否直接影响反向链路速率估计的精度，进而影响反向链路容量，因此需要优先对 RA 子信道分配功率；基站覆盖区域内的所有用户都要解调 RA 子信道，为了保证基站边缘处的用户能够正确解调 RA 子信道，要求为 RA 子信道分配固定比例的系统功率；要求在多个RPC子信道之间进行合理的功率分配；此外，不同用户所处的无线环境可能是时变的，因而需要动态调整多个RPC 子信道的发送功率。
反向链路功率控制原理 1.反向开环功控
终端对接入信道进行开环功控。终端测量前向导频的强度，如果导频强度较低，则表明前向链路的损耗较大。按照对称性原则，终端认为反向链路的损耗也较大，则增大发射功率；反之，减小发射功率。
2.反向内环功控
系统对反向业务信道进行内环功控。系统先测量反向业务信道的信噪比（如 Eb/No），并与事先设定的内环功控的信噪比门限进行比较，计算出功率控制比特，并通过RPC 子信道发送给终端；终端收到 RPC 比特后，调整反向业务信道的发射功率的高低。
3.反向外环功控
基站先对 RRI 信道进行译码，得到反向业务信道的传送速率；再对接收到的数据分组进行译码，计算出反向业务信道的分组差错率，并根据计算出的分组差错率与目标差错率，周期性地调整反向闭环功控的信噪比门限。
4.6.7 虚拟软切换
1x EV-DO 系统的设计目标之一是为了支持非对称的高速突发分组业务。在设计1x EV-DO系统时，一方面要保证突发数据传送所需要的较高的瞬时带宽；另一方面要通过多个用户分时共享基站发射的全功率以提高系统容量。因此，在综合平衡系统容量和降低信令开销等性能要求后，1x EV-DO 系统采用了虚拟软切换技术。虚拟软切换的原理是：在每个时隙内，终端连续测量激活集内所有导频的信噪比，从中选择信噪比最大的基站，作为自己的当前服务基站。终端发送 DRC信道，该 DRC信道由所选定服务基站的标识 DRCCover 调制，激活集中的所有基站从中获悉终端的当前服务基站信息。
第五章 1x EV-DO 网络安全机制
5.1 1x EV-DO 网络安全机制概述
1x EV-DO无线接入网安全机制包含空口安全机制和接入鉴权。由于无线链路是共享的，为了保证消息或数据在空口传送的安全，在 1x EV-DO 空口设置了安全层。1x EV-DO 网络是运营商专有网络，与因特网等公共数据网络不同，只有签约用户才被允许接入。为了节省空口信令开销，1x EV-DO网络要求用户在建立空口会话的同时，完成一次接入鉴权，并获得建立R-P 会话所需要的用户标识MNID（或IMSI）。1x EV-DO 分组核心网安全机制包含核心网鉴权和核心网数据保护（即 AAA鉴权）。核心网鉴权用于鉴别用户是否有权与核心网进行数据通信；核心网数据保护则为用户敏感信息（如密钥和鉴权参数等）提供加密和消息完整性保护功能，核心网数据保护通常用于移动 IP接入时，负责完成对FA与HA及HA-AAA 之间传递的信令和数据的保护。在上述安全功能中，有些是网络必须的，比如空口鉴权（或消息完整性保护）和核心网鉴权；有些安全功能是可选的，比如空口加密和接入鉴权。核心网数据保护通常用于移动 IP时。5.2 空口安全机制
1x EV-DO空口安全层协议包含密钥交换协议、安全协议、鉴权协议和加密协议。密钥交换协议根据 DH 密钥交换算法生成空中接口会话密钥，并由会话密钥生成空口消息完整性保护的密钥和空口数据加密的密钥；安全协议提供空口消息完整性保护或鉴权及数据加密所需要的 Cryptosync 和时戳；鉴权协议完成空口消息完整性保护功能；加密协议则完成空口数据的加密功能。在上述空口安全机制中，消息完整性保护或鉴权是必须的，对空口数据的加密功能是可选的。5.3 接入鉴权
接入鉴权发生在 AT与AN-AAA 之间，在 AT发起与 AN的PPP 连接时进行，它是网络对终端设备的鉴权，不需要用户参与。针对机卡不分的 1x EV-DO终端，IS-878 标准中建议采用 CHAP 鉴权协议和 MD5鉴权算法，要求 AT和AN-AAA 都支持 MD5算法，并保存所需要的鉴权参数（如 NAI 和鉴权密钥等）；如果AT是机卡分离的，则接入鉴权算法和鉴权参数通常存放在R-UIM 卡中。对于采用机卡分离的 CDMA2000 1x运营商，在建设 1x EV-DO网络时，为了节约建设成本，通常采用 CDMA2000 1x/1x EV-DO混合组网方式，鉴于机卡分离具有防盗打和恶
意“孖机”等优点，可以预见混合网建成后仍将采用机卡分离方式。1x EV-DO 要求使用集成 MD5算法的 R-UIM 卡，为了保证混合终端用户使用传统的 CDMA2000 1x R-UIM 卡能接入到 1x EV-DO 网络，3GPP2 规范 A.S0006 中提出了基于 CAVE 算法的 CHAP 鉴权，它要求 AN-AAA 支持 CAVE 鉴权算法，并修改 CHAP协议消息的部分字段，用以传递 CAVE 鉴权的参数和结果。这种鉴权方式不要求更换CDMA2000 1x的R-UIM 卡。一般来说，机卡一体或支持 IS-878 标准的 1x EV-DO终端使用基于 MD5算法的接入鉴权方式，使用传统的 CDMA2000 1x R-UIM卡或支持 3GPP2 规范 A.S0006 的混合终端使用基于CAVE 算法的接入鉴权方式。
5.3.1 基于 MD5 算法的接入鉴权
若AT和AN支持 CHAP 鉴权，则 AT初始接入系统时，在建立空口 PPP 连接的过程中，将CHAP 作为 LCP 协商的一个配置项，LCP 协商完成后，开始接入鉴权。
关于基于MD5算法的接入鉴权方式，要注意以下三点：
（1）AT与AN 之间的接入鉴权信令交互采用 CHAP 协议；AN 与AN-AAA 之间的接入鉴权信令交互采用RADIUS 协议。
（2）当用户漫游时，拜访地 AN-AAA 无权处理 AN发送来的接入鉴权请求，它将把该请求提交给归属地AN-AAA，由归属地AN-AAA 进行鉴权。
（3）AN-AAA 之间的通信可以采用IPSec 协议机制提供保护。
5.3.2 基于 CAVE 算法的接入鉴权
基于 CAVE 算法的鉴权方式主要用于混合终端，与基于 MD5算法的鉴权方式相比，基于CAVE 算法的鉴权方式重用了空口的 CHAP 鉴权协议流程和 A12 接口的 RADIUS 协议流程，将CAVE 鉴权结果和鉴权参数封装在标准规定的CHAP 鉴权消息中进行传递。在终端侧，两网的接入鉴权都由 R-UIM 卡完成，执行同一套 CAVE 鉴权算法，存放同一套CAVE 鉴权参数。对于混合终端用户接入其中一种网络，CDMA2000 1x新用户鉴权成功或老用户鉴权失败时，会相应改变 SSD。这时若不及时更新在另一网络鉴权实体中的 SSD，混合终端将无法成功接入到另一网络。鉴于此，基于 CAVE 算法的鉴权方式要求增加 AN-AAA与HLR/AC 之间的 IS-41 信令链路，实现 AN-AAA 与HLR/AC 之间的 SSD 动态更新或共享，28
此时AN-AAA 完成类似于 CDMA2000 1x核心网电路域中的 VLR 的功能。为了实现 AN-AAA与HLR 之间的 IS-41 协议接口，AN-AAA 应该支持 IS-41 协议与 RADIUS 协议信令的转换。基于 CAVE 算法的接入鉴权信令流程与基于 MD5算法的接入鉴权信令流程基本一致，只是鉴权消息所携带的鉴权参数存在差异以及基于 CAVE 算法的接入鉴权增加了 SSD 共享的信令流程。5.4 核心网鉴权
核心网鉴权是 AT与PDSN-AAA或HAAA 之间的鉴权，需要用户的参与（比如需要用户输入密码）。采用简单 IP 接入时，核心网鉴权与 AT、PDSN 和PDSN-AAA有关；采用移动IP 接入时，核心网鉴权与AT、HA和HAAA 有关。采用简单 IP 接入时，核心网鉴权在用户发起与 PDSN 的PPP 会话时进行，将PA P 或CHAP作为 PPP-LCP 协商的一个选项。若支持PA P 鉴权，则PDSN-AAA基于 NAI 和User Paword鉴别用户的合法性；若支持CHAP 鉴权，则PDSN-AAA 基于NAI、CHAP Paword 和CHAP-Challenge等参数进行鉴权。5.5 核心网数据保护
1x EV-DO 核心网数据保护的原理与CDMA2000 1x相同（见IS-835 标准）。在1x EV-DO 核心网，一般采用因特网密钥交换（Internet Key Exchange，IKE）协议在PDSN、HA以及 HAAA 之间建立安全联盟，然后通过 IPSec 提供它们之间的信息安全保护。IPSec 提供了一种标准的、健壮的以及包容广泛的机制，通过它为 IP 及其上层协议（如UDP 和TCP）提供安全保证。IPSec 可保障主机之间、安全网关（如路由器或防火墙）之间或主机与安全网关之间数据分组的安全。IPSec 可以通过 ESP 或AH来实现。其中，AH可证明数据的起源地、保障数据的完整性以及防止数据分组的重播。ESP 除具有 AH 的所有能力之外，还可以对数据分组进行加密，以增加置信度。IPSec 提供的安全服务需要用到共享密钥，以执行它所肩负的数据验证及/或加密任务。共享密钥可以通过人工加入或通过 IKE 实现。IKE 用于验证 IPSec 参与各方的身份、协商加密算法及生成共享密钥等。
第六章 全IP 化CDMA2000 网络
6.1全IP 化CDMA 2000网络概述
全IP 化是CDMA2000 网络的发展趋势，这一趋势首先在核心网的演进中得
到体现。3GPP2 定义了基于全 IP 的CDMA2000 核心网结构，其中借鉴了 IETF 有关 IP 网络的传送、控制和管理机制，并引入了IMS 以支持实时多媒体业务。多媒体业务对 CDMA2000 网络提出了不同于传统数据应用的 QoS 要求。CDMA2000 网络除了要考虑因特网所面临的 IP QoS 保证问题，还要考虑无线传播特性和用户移动性等对业务QoS 的影响。1x EV-DO Release 0 版本最初是为了提供非实时的高速分组数据业务而设计的，对 QoS业务缺乏明确的功能需求；在 Release 0增强中增加了对业务或用户的优先级区分功能；在Release A中设计了端到端的QoS 业务体系，以支持实时多媒体业务。6.2 QoS 评价指标
由于网络带宽的限制、网络处理传送延迟或网络拥塞等原因，数据分组在网络中传送时会造成传送延迟和延迟抖动，使得用户听到的话音或看到的图像会出现不连贯甚至中断的现象。在评价业务服务质量时，也常常从带宽、延迟及延迟抖动等方面进行分析。带宽表示通信系统在单位时间内传送的平均数据量，它反映了系统的传送能力，有时也作为系统容量的主要评价指标。CDMA 系统带宽受限于空中接口带宽，而空中接口带宽是动态变化的，它与用户或业务的种类、无线传播环境以及无线资源分配机制等密切相关。端到端的延迟是实时业务 QoS 的关键评价指标，它包括接入层面的延迟和非接入层面的延迟。接入层面的延迟主要包含链路层和物理层的传送处理延迟，非接入层面的延迟主要包括网络传送延迟和媒体格式转换处理延迟等。数据传送中的延迟抖动也会严重影响实时业务的质量。比如，语音分组以近似等间隔从源端发出，但在网络传送过程中的排队和处理延迟会存在差异，使其不再是等间隔的到达目的端。差错率表示一段时间内传送出错的数据分组占所传送数据分组的比率，它是衡量信道传送可靠性的关键指标，业务数据的传送形式不同，差错率的表现形式也存在差异，常用的差错率如误帧率、误包率及误比特率等。6.3 QoS 服务模型
IETF 提出了 IntServ（Integrated Service）和 DiffServ 服务模型，两者可以独立使用，也可以配合使用。IntServ 用于网络边缘，DiffServ 用于核心网络节点，IntServ 与DiffServ相结合可以提供端到端的QoS 保证。
6.3.1 IntServ 服务模型
IntServ 模型定义了为提供端到端的 QoS 保证，对网络元素进行控制和实现这些控制的行为。根据应用对延迟的要求，IntServ 模型把因特网提供的服务分为尽力而为型服务、质量保证（Guaranteed Service）型服务以及可控负载（Controlled-load Service）型服务等，并且定义了这些服务的资源共享方式和为了保证QoS 而采用的策略。IntServ 模型通过 RSVP 在数据流的发送端和接收端之间实现端到端的资源预留。由发送端或中间路由节点向下一个中间路由节点或接收端发送携带数据流 QoS 要求的 PAT H 分组；接收端或中间路由节点收到 PAT H 分组后，保存该 PAT H 分组中的路径状态信息，并沿着与源路径相反的方向发送一个 RESV 分组，该 RESV 分组中包含对资源预留的描述信息；当接收端或中间路由节点收到 RESV 分组时，通过准入控制决定是否有足够的资源满足 QoS 要求。如果有，就进行资源预留和存储数据流的状态信息，并将 RESV 分组转发给下一个路由器节点或接收端。当接收端和发送端之间所有的路由节点均成功进行资源预留时，端到端的连接就建立起来，接着可以进行数据流的传送。当数据流传送完毕，路由器可以立即释放先前设置的预留资源。RSVP 对资源的预留是端到端的，它涉及到主机和路由器等网络元素。6.3.2 DiffServ 服务模型
为了满足实际应用对网络可扩展性的要求，通过简化网络内部节点的服务机制和服务对象，IETF 提出了 DiffServ服务模型。该模型在内部节点只进行简单的调度转发，而流监控与状态维护在边界节点进行；内部节点对流聚集（Stream Aggregate）进行传送控制，对单流的控制只在网络边界进行。
边界节点根据流规格（Profile）及其 QoS 要求，将进入网络的流聚合成不同的流聚集。这种聚集信息存储在 IP 数据分组包头的 DSCP 字段中，内部节点根据 DSCP 设置对数据分组进行调度转发，其外部行为称为 PHB（Per Hop Behavior）。边界节点对单流进行聚集和内部节点对聚集流进行转发通过 DSCP 协同起来。
6.3.3 IntServ 和 DiffServ 混合模型
IntServ 服务模型能够提供端到端的 QoS 保证，但是难以用于大型骨干网络；DiffServ服务模型可扩展性好，但是难以提供端到端的 QoS 保证。可以将两者结合起来，共同实现整个网络的端到端的 QoS 保证。IETF 文档 RFC 2998 31
中描述了一种在 DiffServ网络上实施 IntServ的框架，描述了在 IntServ 体系架构下 DiffServ网络支持端到端的 QoS 的方法。在该框架中，端到端的 QoS 通过在一个或多个 DiffServ区组成的端到端的网络中应用 IntServ 模型来提供。DiffServ区被看作连接 IntServ 路由器和主机的虚链路，从而实现 IntServ 区与 DiffServ区之间的无缝互操作。为了实现这一功能，要求 DiffServ区的边界节点必须支持 IntServ 服务模型，在DiffServ区内部则使用标准的 PHB 来调用这些服务。注意，DiffServ区可以透传 RSVP 消息，也可以对RSVP 消息进行处理。6.4 端到端的 QoS 体系结构
多数移动业务是端到端的，系统必须提供从外部网、分组核心网、无线接入网以至终端的整体 QoS 解决方案，才能提供端到端的 QoS 保证。3GPP2 定义了基于 IP 的端到端的 QoS业务体系结构，如图 7-3 所示。它是一个多层次的 QoS 业务体系结构：在应用层描述端到端的QoS 业务要求，在网络层描述 IP QoS 业务要求，在承载层和传输层则描述了底层承载和传送的QoS 要求。在不同的QoS 业务层次之间，存在QoS 参数的映射和传递。
6.4.1 端到端的 QoS 机制
端到端的 QoS 对应于端到端的 QoS 业务体系结构的第一层。通信双方的应用层协商业务的端到端的QoS 参数属性，并通过相应的业务数据流、控制流或状态流发送给传送网络层。
6.4.2 IP QoS 机制
IP QoS 业务对应于端到端的 QoS 业务体系结构的第二层。在 CDMA2000 网络中，要求在终端与核心网实现IP QoS。网络侧可以考虑采纳 DiffServ 或IntServ 服务模型，终端侧要求支持对 IP QoS 属性的协商和识别功能。
6.4.3 承载层与传送层 QoS 机制
承载层 QoS 位于端到端的 QoS 体系结构的第三层，它包括外部网承载、分组核心网承载和无线接入网承载三部分，无线接入网主要采用了以下QoS 控制机制：
（1）准入控制：根据业务的 QoS 要求和系统可用资源来判断是否可以满足该业务的要求，要求对系统负载情况有准确的了解。
（2）负载控制：分组业务的突发性给准入控制带来困难，可能导致准入控制不准确；终端移动也会造成系统负载的变化。当系统负载发生变化，需要通过负载控制机制来调整系统的负载。
（3）功率控制：快速精确的功率控制是实现 CDMA 系统高效工作的基础，CDMA 系统的大容量，通话高质量，终端低功耗等许多特性都和功率控制密切相关。功率控制可以克服同频干扰和远近效应，提高网络服务质量。
（4）无线资源管理或预留：为了保证某些高级业务用户的接入和服务质量，可以为其预留资源，比如预留一部分无线资源给软切换。
（5）调度策略：根据业务或用户的优先级决定输出的先后顺序，优先级通常与业务或用户的类型、QoS 要求、对应无线链路的质量、系统可用资源量或队列长度等因素有关。
6.5 1x EV-DO QoS 实现机制
6.5.1 1x EV-DO QoS 简介
1x EV-DO Release 0 版本是为了提供对非实时的高速分组数据业务而开发的，系统优化的目标是容量的最大化，它不具有QoS 业务提供能力。在美国高通公司提出的Release 0 增强版本中，引入了用户间和用户内多种业务优先级的区分功能，并通过软件升级实现，但是缺乏对端到端的QoS 业务的支持。1x EV-DO Release A 版本是为了提供高速实时多媒体分组数据业务而开发的，要求提供端到端的 QoS 业务。
6.5.2 Release A 版本 QoS 介绍
与Release 0 相比较而言，Release A的QoS 得到了较大的增强。结合 1x EV-DO 互操作规范IS-878-A 及CDMA2000 无线 IP 网络规范 IS-835-D，Release A版本提出了完整的 QoS架构。
（1）空中接口 QoS 处理
1x EV-DO分组核心网引入了 IP 流的概念，以支持多种 IP QoS 业务。具体实现时，将每种业务看成是由一个或多个 IP 流复合而成的，这样对业务的 QoS 支持就转化为对相应 IP 流的QoS 支持。一个 IP 流是一系列共享某特定 IETF 协议实例的数据分组集合。
（2）RAN QoS 处理
在多 IP 流及多 RLP 流情况下，RAN前反向 QoS 处理中要解决以下问题：IP 流与 A10连接之间的映射关系；A10 连接与 A8连接之间的映射关系；A8连接与 RLP 流之间的映射关系。
（3）PDSN QoS 处理
在呼叫建立阶段，当PDSN 收到包含 TFT 信息的终端 Resv 消息时，PDSN 分析该流对应的R-P 连接是否建立。
（4）QoS 申请过程
a.建立起主业务实例（1x EV-DO 系统不支持业务实例，改用IP 流）。b.PDSN 向AAA发送接入请求消息。
c.AAA向PDSN 返回用户所支持的QoS 规格。
d.PDSN 将QoS 用户规格（QoS User Profile）发送给RAN。e.终端向基站发送流QoS 请求消息（Flow QoS Request Meage）。f.基站执行QoS 鉴权及准入控制，以决定空中接口是否支持该流。g.如果空中接口支持该流，基站将向终端发送 QoS 授权消息。h.终端收到QoS 授权消息后，向基站发送确认消息。
i.如果要求建立新的空中接口连接，则需要建立一个新的 A10 连接。j.PDSN 向PCF 返回A11 注册应答消息。
k.终端向PDSN 发送资源预留请求消息，该消息携带了该流的TFT 信息。l.PDSN 返回资源预留确认消息。
结论
本文简略的介绍了，蜂窝移动通信、1x EV-DO 网络架构、1x EV-DO 空中接口、1x EV-DO层结构和协议、1x EV-DO 网络安全机制、全IP 化CDMA2000 网络，从这些方面可以看出蜂窝移动通信发展历史，从GSM采用 FDD 方式和 TDMA 方式到CDMA2000采用FDD和CDMA方式俩看，无论是采用TDMA 技术的GSM，还是采用 CDMA 技术的 IS-95，其体制标准均较为完善，技术相对成熟。如今第三代移动通信系统或 3G系统，市场前景好商用进展迅速发展，CDMA 2000 1x EV-DO 网络1x EV-DO 作为因特网的无线延伸，最初是为了提供非对称的高速分组数据业务而设计的，迄今为止，1x EV-DO 空中接口标准已经发展出Release
0 和Release A 两个版本，对应的TIA/EIA 标准分别是IS-856-0 和IS-856-A。随着多媒体数据业务的发展，各种新的业务形式不断出现，对系统带宽和QoS 保证等方面的要求也不断提高。由于存在反向链路带宽和QoS 保证等方面的局限性，1x EV-DO Release0 系统难以满足业务发展的相关要求。随着1x EV-DO 空中接口标准的发展，其A 接口、终端技术规范及其新业务规范等也陆续制定出来，并不断发展。
参考文献
1、陈泽强，周华，付景兴等译.WCDMA 技术与系统设计——第三代移动通信系统的无线接入（原书第3 版）.北京：机械工业出版社，20052、WCDMA 技术概述.华为技术通信有限公司技术文档，20033、CDMA 1x/EV-DO 鉴权方案分析和建议.中国联合通信有限公司技术分析报告，20034、林闯，单志广，任丰原编著.计算机网络的服务质量（QoS）.北京：清华大学出版社，20045、1x EV-DO 业务分析.中国联合通信有限公司，2004 CDMA2000 1x EV-DO 网络技术
致谢
在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下解决了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师——宋建华老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我对进行论文的修正和改进，在此向帮助和指导过我的宋老师表示最衷心的感谢！
感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作；感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。
由于学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
