無線通信技術(shù)之CDPD PK GPRS

GPRS的英文全稱為General Packet Radio Service，翻譯成中文就是通用分組無線業(yè)務(wù)的意思，這種無線業(yè)務(wù)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，它是利用而"分封交換"（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。GPRS采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個(gè)時(shí)隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)164kb／8.GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。GPRS技術(shù)能讓通信永遠(yuǎn)在線，GPRS的實(shí)時(shí)功能可以使諸如新聞標(biāo)題、比賽成績、交通路況等重要數(shù)據(jù)均可在語音呼叫之外的一個(gè)獨(dú)立的信道自由進(jìn)出而不影響正常的通話，GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到115K，其上網(wǎng)速度比家用電腦使用的56．6kbp s調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)速率還要快；其收費(fèi)方式是以流量的多少計(jì)算費(fèi)用，用戶只需按實(shí)際傳送的數(shù)據(jù)量付費(fèi)。

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CDPD的英文全稱為Cellular Digital Packet Data，中文的意思為蜂窩式數(shù)字分組數(shù)據(jù)，這種技術(shù)是由美國移動(dòng)通信公司（AMCI）等八大公司聯(lián)合推出蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)通信（CDPD）系統(tǒng)的一種無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)規(guī)范，這種規(guī)范是以數(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。CDPD是一個(gè)新型的無線廣域網(wǎng)系統(tǒng)，它與現(xiàn)在市面上所見的無線局域網(wǎng)不同的是，該通信網(wǎng)絡(luò)的工作在800兆頻段之間，該頻段具有一定的穿透和繞射能力，干擾較少。該網(wǎng)絡(luò)所能達(dá)到的信道速率為19.2Kbps，去掉分組數(shù)據(jù)打包以及信道復(fù)用的一些開銷，對(duì)用戶來說數(shù)據(jù)傳輸速率一般為5-10Kbps，最高可以達(dá)到15Kbps左右。使用CDPD技術(shù)組成的通信系統(tǒng)，采用全雙工的通信方式，所以它可以同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，另外該通信網(wǎng)絡(luò)通過FEC前向糾錯(cuò)和自動(dòng)反饋重發(fā)技術(shù)，保證在其網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

原理

GPRS網(wǎng)絡(luò)并不是一種全新的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只是在原有的GSM通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加一些重要節(jié)點(diǎn)，如GGSN（Gateway GPRSSupporting Node，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）和SGSN（Serving GSN，服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）組合成的另外一種網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)保留了GSM網(wǎng)絡(luò)的所有特點(diǎn)。而新增加的GSN節(jié)點(diǎn)是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以完成移動(dòng)臺(tái)和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。GSN可以是一種類似于路由器的獨(dú)立又備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。GSN有兩種類型：一種為SGSN（Serving GSN，服務(wù)GSN），另一種為GGSN（Gateway GSN，網(wǎng)關(guān)GSN），SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文獻(xiàn)中，把GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP／IP或X.25網(wǎng)絡(luò)。CDPD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則是一個(gè)獨(dú)立于GSM的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要要基站、交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)三部分組成。每個(gè)基站最多可安裝六塊信道板，每塊信道板為移動(dòng)終端提供一個(gè)19.2Kbps的空中接入，使移動(dòng)終端進(jìn)行全雙工分組數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)它也負(fù)責(zé)頻譜監(jiān)測、頻率管理。它通過一根64Kbps幀中繼與交換機(jī)相聯(lián)接。基站上的電路所有組件可以熱插拔，更換元器件不會(huì)影響服務(wù)。CDPD交換機(jī)主要由兩部分組成，它們是分組服務(wù)器和管理服務(wù)器。其中分組服務(wù)器負(fù)責(zé)分組數(shù)據(jù)交換，管理服務(wù)器負(fù)責(zé)用戶帳戶管理以及計(jì)費(fèi)信息管理。交換機(jī)中的每個(gè)模塊都是雙個(gè)的，互為熱備份，如一個(gè)模塊發(fā)生故障，自動(dòng)切換到另一個(gè)。而網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)CDPD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，網(wǎng)絡(luò)的任一部分發(fā)生故障，就馬上能觀察到，并能遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)置和修改。CDPD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是建立在TCP/IP基礎(chǔ)上的一種開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將開放式接口、高傳輸速度、用戶單元確定、空中鏈路加密、空中數(shù)據(jù)加密、壓縮數(shù)據(jù)糾錯(cuò)和重發(fā)和運(yùn)用世界標(biāo)準(zhǔn)的IP尋址模式無線接入有力的結(jié)合在一起，提供同層網(wǎng)絡(luò)的無縫連接、多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

功能

盡管GPRS和CDPD都是屬于無線技術(shù)的范疇，但這兩種技術(shù)的功能是完全不一樣的，其中GPRS技術(shù)側(cè)重于為個(gè)人用戶服務(wù)，而CDPD則是為各級(jí)用戶提供一種平臺(tái)服務(wù)，具體表現(xiàn)在：

GPRS技術(shù)包含點(diǎn)對(duì)點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)是為兩個(gè)用戶或者多個(gè)用戶之間發(fā)送多分組的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)要求有建立連接、數(shù)據(jù)傳送以及連接釋放等工作程序；點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)可以根據(jù)某個(gè)業(yè)務(wù)請求者的要求，把單一信息傳送給多個(gè)用戶。該業(yè)務(wù)又可以分為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多信道廣播業(yè)務(wù)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)群呼業(yè)務(wù)和IP多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)中的各個(gè)數(shù)據(jù)分組彼此互相獨(dú)立，用戶之間的信息傳輸不需要端到端的呼叫建立程序，分組的傳送沒有邏輯連接，分組的交付沒有確認(rèn)保護(hù)，是由IP協(xié)議支持的業(yè)務(wù)；GPRS除了提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、GSM短消息業(yè)務(wù)和各種GPRS電信業(yè)務(wù)。

CDPD適用的業(yè)務(wù)種類很多，例如在商業(yè)金融交易領(lǐng)域，如持卡購物、證券交易、電子銀行、金融保險(xiǎn)、POS系統(tǒng)等，都可用上CDPD系統(tǒng)。使用CDPD系統(tǒng)時(shí)，用戶無需進(jìn)行復(fù)雜的布線，無需經(jīng)過漫長的撥號(hào)交易等待，對(duì)于一些臨時(shí)性商業(yè)活動(dòng)，可在銀行取得實(shí)時(shí)的信用卡驗(yàn)證。與此同時(shí)，CDPD還可幫助實(shí)現(xiàn)"流動(dòng)銀行"；進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)用CDPD作為您公司遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的通信手段，可節(jié)省經(jīng)費(fèi)、提高反映時(shí)間、提高服務(wù)水平。主要應(yīng)用范圍：供電部門的變壓器設(shè)備、排水系統(tǒng)的泵站設(shè)備、氣象數(shù)據(jù)采集設(shè)備、大街上的販賣機(jī)、大樓電梯的監(jiān)控等，CDPD還可滿足對(duì)各類營業(yè)場合的財(cái)務(wù)、倉購以及住宅區(qū)的安全防范需求；在交通運(yùn)輸行業(yè)，如汽車調(diào)度、路由導(dǎo)引，車流量測控、車輛GPS自動(dòng)定位跟蹤、汽車防盜、出租車移動(dòng)刷卡消費(fèi)等場合，都可使用CDPD系統(tǒng)。CDPD與GPS技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)定位、報(bào)警、調(diào)度和管理，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)跟蹤車輛位置、多文檔界面、全面的車輛信息、方便的查詢方式、靜態(tài)漂移的解決、歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及回放功能等；進(jìn)行移動(dòng)辦公，現(xiàn)代的生活節(jié)奏是快速的，許多工作或業(yè)務(wù)都需要在辦公室以外的地方進(jìn)行，如交警、工商、稅務(wù)人員、新聞?dòng)浾?、律師、房地產(chǎn)代理、保險(xiǎn)經(jīng)紀(jì)、銀行經(jīng)理、行政官員等，他們需要利用移動(dòng)數(shù)據(jù)終端查詢主機(jī)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，訪問及控制，實(shí)現(xiàn)新聞采訪的文件傳遞、現(xiàn)場辦公服務(wù)等等；進(jìn)行無線炒股，現(xiàn)在人們有各種方法了解股市行情，但沒有一種象CDPD炒股那樣能同時(shí)具備：較高的傳輸速率、完備的信息查詢、全面的圖形顯示、方便的使用攜帶以及低廉的通信費(fèi)用等特點(diǎn)。

綜合

通過上面的分析，我們對(duì)GPRS與CDPD的概念以及技術(shù)特點(diǎn)都有了一定的了解。為了能更好地了解這兩種技術(shù)的異同，筆者特意從下面幾個(gè)方面進(jìn)行一下比較：

1、通信速度

GPRS通信所能達(dá)到的傳輸速度要比CDPD通信要高，不過GPRS通信的高速是通過犧牲信道資源來獲取的。如果GSM一個(gè)載頻中的8個(gè)信道全部被GPRS占用，傳輸速率可達(dá)到115kbit／s（理論上的無干擾情況）；如果僅占用一個(gè)信道，除去協(xié)議及糾錯(cuò)等信息外，真正用于傳輸數(shù)據(jù)的只有14kbit／s。而現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用都是一些低速數(shù)據(jù)，CDPD所具有的19.2kbit／s已足夠90％以上的應(yīng)用需求。

2、投資成本

每一種通信網(wǎng)絡(luò)都有自己的建設(shè)成本，如果投資成本較高的話，可能會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。經(jīng)過測算，在GSM網(wǎng)絡(luò)中每發(fā)展一個(gè)用戶的成本約為2000元，GRPS用戶的成本是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模決定的。一般來說，在CDPD的建網(wǎng)初期，基站數(shù)不會(huì)很多，加上必須的交換機(jī)與網(wǎng)管的投資，平攤到每個(gè)用戶的成本約為2500～3000元左右。隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)模及網(wǎng)絡(luò)容量的擴(kuò)大，用戶成本會(huì)顯著降低。

3、使用情況

到目前為止，GPRS的標(biāo)準(zhǔn)仍沒有規(guī)范化，在歐洲仍處于實(shí)驗(yàn)階段，真正投入商用更是需要一段時(shí)間。并且GPRS并非是在GSM網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的最終技術(shù)。在GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)技術(shù)演進(jìn)過程中，從電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、HSCSD、GPRS、EDGE到最終的IMT-2000，這些技術(shù)并非都會(huì)實(shí)現(xiàn)，某些僅僅會(huì)成為過渡技術(shù)。而CDPD從1992年開始出現(xiàn)到現(xiàn)在，技術(shù)已經(jīng)很成熟，并有了一套完整的CDPD規(guī)范，各個(gè)運(yùn)營商可以根據(jù)這個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用。在許多國家和地區(qū)，CDPD在很多領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。在CDPD未出現(xiàn)以前，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者只能選擇專用網(wǎng)絡(luò)。目前在美國乃至全世界，CDPD已成為最具競爭力的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

4、通信頻率

GPRS與GSM共用頻段，可用頻段在900MHz有9MHz，1800MHz為10MHz。GSM采用TDMA/FDMA多址工作方式，每個(gè)頻道有8個(gè)時(shí)隙（8信道）。依據(jù)小區(qū)用戶數(shù)量（密度），GSM可采用不同的小區(qū)頻率復(fù)用方式。CDPD是工作在AMPS頻段，只有1MHz頻段。由于GPRS可用頻段寬，因此GPRS每個(gè)小區(qū)內(nèi)可用于數(shù)據(jù)的信道數(shù)遠(yuǎn)大于CDPD，容易滿足組建公網(wǎng)對(duì)信道數(shù)的需要。

5、通信資源

GPRS是通過占用GSM的語音信道來傳輸數(shù)據(jù)，這勢必給本已擁塞的GSM帶來更大的負(fù)擔(dān)，數(shù)據(jù)用戶的發(fā)展也會(huì)因語音用戶而受到限制。不僅如此，GPRS對(duì)共享信道的用戶數(shù)也有一定的限制，同時(shí)只能有幾個(gè)用戶共享信道。而CDPD作為一個(gè)專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，它的用戶數(shù)可以達(dá)到很多，對(duì)于每一個(gè)PS，可以有15000個(gè)用戶登記注冊，對(duì)于一個(gè)群，用戶數(shù)更是多達(dá)十幾萬個(gè)，而且同時(shí)可有二十幾個(gè)用戶共享信道，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。我們知道，GPRS的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一是拿出200kHz（8個(gè)信道）帶寬中的14個(gè)信道，另一個(gè)是使用專用信道。采用方式一會(huì)減少20％的話音容量，方式二則需拿出2.4MHz的頻段。GPRS數(shù)據(jù)用戶容量受話務(wù)量限制；而CDPD網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)注冊15000用戶／PS。

6、通信終端

目前只有Ericsson有GPRS的終端產(chǎn)品。而CDPD發(fā)展到今天，開發(fā)終端產(chǎn)品的廠商已經(jīng)有根多。隨著適于各種應(yīng)用的終端產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，終端的價(jià)格已呈現(xiàn)出了很快的下降趨勢。比之GPRS，CDPD的終端有著很大的價(jià)格優(yōu)勢。

7、通信編碼

GPRS采用卷積編碼，推薦四種編碼方式：CS-1～CS-4[CS-1(碼率1/2)；CS-2(碼率2/3)]，通過減少糾錯(cuò)比特適應(yīng)不同傳輸信道質(zhì)量要求。例如CS-1和CS-2編碼糾錯(cuò)能力強(qiáng)，適用傳輸信道質(zhì)量比較差的電路。CS-3和CS-4（無糾錯(cuò)）編碼糾錯(cuò)能力差，適用傳輸信道質(zhì)量好的電路使用，使用靈活方便。CDPD信道FEC編碼只有一種Reed-Solomon，不如GPRS靈活。

8、通信安全

GRPS雖然也能對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，但加密驗(yàn)證機(jī)制沒有CDPD網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)，CDPD采用RC4加密技術(shù)，40位的密鑰，正反信道采用不同的密鑰，同時(shí)系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)密鑰管理，即網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)分配的隨機(jī)地址。服務(wù)器一端的密鑰與你的無線MODEM的密鑰匹配，你才能夠登錄上網(wǎng)。每次開機(jī)注冊時(shí)的密鑰都不相同。