GPRS与CDPD的技术比较及区别

GPRS与CDPD的技术比较及区别时间：2010-12-2820:56:15来源：作者：1.GPRS和CDPD有着极其相似的网络结构和服务方式。从着眼点上看，二者都是在现有的蜂窝移动通信网络上进行必要的软/硬件升级后向用户提供永远在线的分组交换数据服务（虽然也考虑到X.25业务，但实际上主要是IP）。CDPD基于AMPS/DAMPS网络，共用AMPS频率(800MHz)，共享AMPS/TDMA网上的一些设备和网络设施；GPRS则基于GSM网络，共用GSM频率(900/1800MHz)，共享GSM网络的绝大部分基础设施。CDPD的标准化工作略微早于GPRS，1993年，美国移动通信公司（AMCI）等八大公司联合推出蜂窝数字分组数据通信（CDPD）系统的技术规范1.0版本，开始在已有的AMPS蜂窝移动电话网上提供分组交换数据业务，1995年CDPD系统版本升级至1.1。虽然GPRS早在1992年就开始酝酿，但是直到1998年才基本完成标准制定工作。1996年中国电信总局数据通信局计划启动移动数据通信业务，当时主要可选的系统类型里面，实际上只有CDPD是现实可用的，GPRS尚无标准可言，而另外一些移动分组交换网络如Mobitex(主要由Ericsson研制并生产)、ARDIS(Motorola与IBM合作)及DataTAC(Motorola)等系统，在系统性能、标准化等方面远不如CDPD，所以CDPD其实是当时中国电信移动数据通信系统的唯一选择，1997年开始，在北京、上海、广州、深圳、厦门和长沙等六城市启动了CDPD网络建设工程。由于当时的移动数据需求并不足够旺盛，同时没有AMPS基础网络的情况下，CDPD的投资略显高昂，所以CDPD在中国及全球的推广并不热烈，应用较为有限。相比之下，随着GSM网络的不断扩容和普及，GSM在全球移动通信行业中的霸主地位日益确定，相应地GPRS标准逐渐得到重视，在标准化程度、兼容性和厂家支持等多方面开始超过CDPD。GPRS的标准化工作于1997年(SMG#24)取得重大进展，10月份ETSI发布了GSM02.60GPRSphase1业务描述，次年又有GPRS阶段2及大量的阶段3的相关规范出台(注：此GPRS之Phase与GSM之Phase并非一谈，请读者注意区别)。至此，CDPD与GPRS的前途优劣之比较结果迥异，CDPD朝着自然消亡之路继续（一个现象就是去年在它的首页中写出了域名拍卖广告，不知道目前怎样了。），而GPRS成为移动数据通信系统中最大的亮点。（有人说WAP是最大的亮点，我笑笑说那应该是指应用而非网络而言，而且正是由于WAP以超过网络基础承受力的宣传攻势去迎合了互联网的泡沫效应，才导致了各界对当前WAP极度失望的悲惨结果。我不知道是否有朝一日也会打出域名拍卖告示？）CDPD、GPRS与其它几种更早的分组交换移动数据通信系统在标准化受支持程度上的简单比较如右上图所示。关于中国的CDPD运行状况，可以上海邮电移动数据通信有限公司和深圳市数据通信局的两个CDPD网络作代表，读者可访问其主页。2.网络数据处理能力分别以Nokia的GPRS系统和Lucent的CDPD系统为例，GPRS的SGSN（服务GPRS支持节点）和CDPD的MD-IS（移动数据中介系统）对分组数据的处理能力和随着用户数增加网络扩展能力的比较见下表：注：在几家典型的GPRS设备中，Ericsson的SGSN系统容量较之Nokia更大，MotorolaSGSN的容量则较Nokia小。Lucent之外的其它厂商CDPD系统容量不得而知，未能列出。另：对于上面提及的GPRS容量具体数值，目前各个厂家也仍然在进行扩展，故请以相对的角度作对比。GPRS扩容方式：初期用户数少和用户密度低时，一个SGSN可以接入30个BSC，一个SGSN的平均吞吐量是：16Mbit/s，可以接入5万用户。随着用户数和用户密度的增加，一个SGSN可以接入10个BSC，每个MSC可以配置一个SGSN，3个SGSN的平均吞吐量是：48Mbit/s可以接入15万用户。通过减少一个SGSN接入的BSC的数量和增加SGSN的数量实现网络扩容。CDPD扩容方式：一个MD-IS最多可以接入30个MDBS（移动数据基站），每个基站最多可以接入6个19.2Kbit/sRF信道。随着用户数和用户密度的增加，增加MD-IS接入的PS的数量（最多8个）和基站的数量（最多30个），以及增加每个基站的信道数量（最多6个）实现网络扩容。两个系统的扩容方法都是十分方便的。但是GPRS的SGSN的吞吐量远大于CDPD的PS的吞吐量，一个SGSN的吞吐量大约是一个（8个）PS的吞吐量的20倍（2.5倍）。3.无线接口和业务能力技术比较GPRS和CDPD系统的无线基本参数、业务和网络能力及QoS比较见下表：1)工作频段我国国家无委已分配的移动数据工作频段是821-825，866-870MHz。由于CDPD是工作在AMPS频段，只有1MHz(824-825，869-870)频段与我国国家无委分配的移动数据工作频段重合，所以我国CDPD可用频段只有1MHz，此外，国家无委还为适合于CDPD的需求把原定的25kHz频道间隔改为了30kHz。CDPD采用13小区频率复用，平均每个小区只能有2-3个19.2Kbit/s频道可用。GPRS与GSM共用频段，可用频段在900MHz有9MHz，1800MHz为10MHz。GSM采用TDMA/FDMA多址工作方式，每个频道有8个时隙（8信道）。依据小区用户数量（密度），GSM可采用不同的小区频率复用方式。由于GPRS可用频段宽，因此GPRS每个小区内可用于数据的信道数远大于CDPD，容易满足组建公网对信道数的需要。2)无线接口参数从两个系统工作频段比较看出：由于我国CDPD每个小区的可用信道数量少，只有2-3个19.2Kbit/s频道可用。每个频道的数据率只有12-13kbit/s，容量较低。而且CDPD采用DSMA/CD（数字侦听多路访问/有碰撞检测）随机占用信道方式，当RF信道加载60%时，用户数据率仅有2.8Kbit/s。基于上述原因CDPD仅适合纵向应用（突发数据应用），不适合横向应用，即CDPD仅适合专用（集团用户）移动数据网应用。由于GPRS每个小区可用于数据的信道数多，如果取一个频道用于数据传送时，采用CS-2信道编码方案时最高数据率达13.4×8=107.2kbit/s。由于GPRS小区内信道数量多，数据又允许多时隙工作，数据率高，而且GPRS用户数据吞吐量（在R，Gi参考点测量）可以经过协商确定，网络通过设置服务优先级来保证，用户最高数据平均吞吐量可达到111Kbit/s（网络设置协商数据平均吞吐量等级为19级）。所以GPRS既适合纵向应用又适合横向应用（Web浏览，FTP文件传送等大数据量应用），即GPRS能满足公众移动数据网应用的需求。GPRS和CDPD系统采用了相同的调制技术：GMSK调制；都采用了ARQ检错重发、数据加密、移动站功率控制技术。在信道FEC编码上：GPRS采用卷积编码，推荐四种编码方式：CS-1～CS-4[CS-1(码率1/2)；CS-2(码率2/3)]，通过减少纠错比特适应不同传输信道质量要求。例如CS-1和CS-2编码纠错能力强，适用传输信道质量比较差的电路。CS-3和CS-4（无纠错）编码纠错能力差，适用传输信道质量好的电路使用，使用灵活方便。CDPD信道FEC编码只有一种Reed-Solomon，不如GPRS灵活。GPRS同频道干扰(C/I=9dB)和邻频道干扰(C/I=-9dB)保护比是对电话的要求，考虑到数据比电话要求的误码率门限值高，两个系统在相同的BLER（块差错率）5%比较时，GPRS同频道和邻频道干扰保护比略优于CDPD（C/I=17dB，C/I=-16dB），是由于GPRS比CDPD频道占用带宽宽。GPRS基站接收灵敏度（参考灵敏度-104dBm）低于CDPD（-116dBm静态），原因之一是GSM不同信道类型对应的误码率极限值不同（见GSM技术体制），同时由于CDPD采用了空间分集技术提高了接收机灵敏度。3)网络业务和性能网络业务：GPRS支持的点对点网络业务有无连接网络业务(如IP)和面向连接的网络业务(如X.25)两种，分别由SGSN和GGSN传输层/网络层协议UDP/IP和TCP/IP通过GTP隧道运载。CDPD支持的点对点网络业务只有无连接网络业务一种，是由MD-IS传输层/网络层协议UDP/IP支持的业务。因此GPRS比CDPD支持的网络业务能力更强。GPRS支持点对多点组播业务和点对多点PTM群呼业务两种。CDPD仅支持点对多点组播业务一种，点对多点群呼业务CDPD未开发。因此GPRS比CDPD支持点对多点业务能力更强。与电路交换(CS)业务关系：由于GPRS是在我国已建成的GSM电话网基础上组建的，因此，GPRS用户能共享GSM电话业务,短消息业务,部分补充业务及与CS配合工作能节省网络资源。由于我国没有AMPS网络，因此CDPD移动数据网要求全部重建，与电路交换(CS)业务无关。服务质量QoS：GPRS设置服务优先级三级可以协商确定，设置传输时延等级三级可以协商确定，设置传输可靠性等级三级，还设置用户吞吐量（在R和Gi参考点测量）等级19级（平均吞吐量等级：协商值，0.22，0.4…44和111Kbit/s）可以协商确定。使运营者能为用户提供多种有效的服务。CDPD没有上述功能。4.组网1)无线部分：GPRS基站系统中的BTS与GSM共用，共用频率，只进行软件更新，利用现有的已建成基站覆盖区工作。基站系统中的控制部分增加链路层的MAC（媒质接入控制）功能和RLC（无线链路控制）功能即增加新的PCU（分组控制单元）。GPRS移动站A,B和C三级要求重新开发。由于我国原本没有AMPS网络，CDPD的基站系统和覆盖区及移动站要求全部重建和开发。因此CDPD建网成本远高于GPRS网络。2)骨干（广域）网络组成：GPRS要求在GSM网络中增加SGSN（服务GPRS支持节点）和GGSN（网关GPRS支持节点）。在同一个PLMN中，一个服务区内的SGSN通过Gn接口与另一个服务区内的SGSN直连，组成GPRS骨干网。在不同的PLMN中，两个PLMNGPRS骨干网通过BG（边界网关）互连，即一个PLMNGPRS骨干网中的SGSN/GGSN通过Gp接口的BG与另一个PLMNGPRS骨干网中的SGSN/GGSN互连，实现两个不同运营者GPRS网互连。在CDPD中，一个服务区内的MD-IS（移动数据中介系统）通过路由器（IS中介系统）与另一个服务区内的MD-IS实现互连，组成CDPD广域网络。3)与外部数据网互连：GPRS通过GGSN节点朝Gi接口方向与因特网和X.25网互连，GGSN有路由功能。GPRS网与外部数据网互连时通常要求设置防火墙，用于安全目的。CDPD的MD-IS通过路由器与因特网互连，由路由器完成路由功能。MD-IS通过路由器网关与X.25网互连，路由器网关有协议转换功能。CDPD与外部数据网互连也要求设置防火墙。总体上说GPRS和CDPD与外部数据网互连方式是十分相似的，不同点是GPRS网内（系统内）通过设置GGSN完成路由功能，而CDPD需要外加路由器，网内（系统内）没有设置路由器。4).骨干网寻址（IP地址）：基于不同的全球漫游性能考虑，GPRS骨干网络可能使用合法IP地址以便方便地与全球其它GPRS运营商签署漫游，而CDPD网络骨干网络一般推荐使用内部的IP地址空间，采用RFC1597文件规定的保留IP地址，使用其中的10.0.0.0—10.255.255.255A类地址字段。5)用户寻址（IP地址）：两个网络与因特网互连时要求使用合法的因特网IP地址。IP地址的获取方法：如果GPRS运营商同时是ISP，则运营商可根据自己的需求制订IP分配策略；如果GPRS不是ISP，则合法的IP地址可以由ISP提供