cdma2000-1x系統(tǒng)中的短消息業(yè)務(wù)與控制信道

cdma2000-1x系統(tǒng)中的短消息業(yè)務(wù)與控制信道

一、短消息業(yè)務(wù)概述

　　短消息作為一項(xiàng)極具吸引力和人氣的增值業(yè)務(wù)，愈來愈成為以話音業(yè)務(wù)為主導(dǎo)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要賣點(diǎn)。 種類繁多的數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)是基于短消息這種移動(dòng)數(shù)據(jù)通信手段的，如手機(jī)銀行、手機(jī)證券、信息點(diǎn)播、移動(dòng)OICQ業(yè)務(wù)、無線電子郵件、無線數(shù)據(jù)和傳真等。我們?cè)谶@里把這些業(yè)務(wù)統(tǒng)稱為短信息業(yè)務(wù)。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明：目前全球1個(gè)月的短信息發(fā)送量已達(dá)到150億條。率先開展此項(xiàng)業(yè)務(wù)的歐洲，每天發(fā)送的短消息為2000萬條，GSM運(yùn)營(yíng)商8％至20％的收入來自短消息。短信息業(yè)務(wù)像風(fēng)暴一樣席卷歐洲大陸。在中國(guó)，兩大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正逐步實(shí)現(xiàn)短消息的互連互通。短消息和基于短消息的各種新業(yè)務(wù)層出不窮。短信息服務(wù)具有開通方便、收費(fèi)低廉、內(nèi)容豐富、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，迅速獲得了移動(dòng)用戶的青睞。據(jù)預(yù)測(cè)，至2005年底，中國(guó)移動(dòng)用戶將達(dá)到3.84億，無線數(shù)據(jù)用戶達(dá)1.87億。短信所蘊(yùn)涵的巨大的潛在商機(jī)受到運(yùn)營(yíng)商們的高度重視。

　　現(xiàn)有短消息以支持短文本為主。今后，短消息內(nèi)容將朝多媒體內(nèi)容發(fā)展。這類增強(qiáng)型短消息服務(wù)（EMS）最大的特色是支持多媒體消息，可以傳送視頻片段、圖片、聲音和文字，傳送方式除了在手機(jī)間傳送外，還可以是手機(jī)與電腦之間的傳送。多媒體短消息業(yè)務(wù)與高速寬帶的cdma2000-1x系統(tǒng)將極大推動(dòng)短消息增值業(yè)務(wù)的發(fā)展。

二、短消息服務(wù)協(xié)議描述

　　1．網(wǎng)絡(luò)參考模型

　　短消息服務(wù)（SMS）的網(wǎng)絡(luò)參考模型提供了執(zhí)行一定功能的實(shí)體和實(shí)體之間的接口參考點(diǎn)，它們從功能上包含了一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。這是一個(gè)抽象的模型，具體實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)體在設(shè)備中分布的不同而不同。

　　MS(Mobile Station): 移動(dòng)臺(tái)
　　UIM(User Identity Module): 用戶身份模塊
　　ME(Mobile Equipment): 移動(dòng)設(shè)備
　　PSTN(Public Switched Telephone Network): 公眾交換電話網(wǎng)

　　這個(gè)模型中的基站（BS）包含收發(fā)器設(shè)備（如天線）、移動(dòng)交換中心（MSC）和與其它設(shè)備連接的接口。模型中的消息中心（MC）執(zhí)行通用的SMS消息中心功能。N參考點(diǎn)表示一個(gè)SMS消息中心和一個(gè)BS之間的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化接口，位于BS內(nèi)部。終端設(shè)備（TE）是語音和數(shù)據(jù)設(shè)備（如計(jì)算機(jī)），直接或間接的與消息中心相連。消息中心包含于基站中或與基站同在一地。這樣移動(dòng)臺(tái)或終端發(fā)出的短消息可以在消息中心指揮下通過基站或市話網(wǎng)的幫助轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)或終端。

　　2．SMS協(xié)議

　　每個(gè)實(shí)體包含一定的協(xié)議層，以實(shí)現(xiàn)實(shí)體之間的正常通信。在cdma2000-1x系統(tǒng)中，SMS 協(xié)議堆棧表示了一個(gè)傳送SMS的網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化圖。移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的消息經(jīng)過基站轉(zhuǎn)發(fā)到消息中心，或方向相反?；咀鳛槲ㄒ坏闹虚g傳遞者（SMS消息中繼點(diǎn)）。從理論上講，可以有任意多個(gè)中繼點(diǎn)，都包含類似于基站的SMS協(xié)議堆棧。

　　SMS系統(tǒng)負(fù)責(zé)在消息中心和移動(dòng)用戶設(shè)備間傳送消息，而SMS承載業(yè)務(wù)是SMS系統(tǒng)的一部分。承載業(yè)務(wù)由SMS傳輸層和SMS中繼層提供。SMS傳輸層是承載業(yè)務(wù)協(xié)議的最高層。傳輸層管理端到端的消息傳送，相當(dāng)于引路員。在中繼點(diǎn)的實(shí)體里，傳輸層負(fù)責(zé)從下面的SMS中繼層接收SMS傳輸層消息，翻譯目標(biāo)地址和其它路由信息，并要求下面的SMS中繼層按地址轉(zhuǎn)發(fā)消息。在終止點(diǎn)的實(shí)體里，傳輸層提供介于SMS電信業(yè)務(wù)和SMS承載業(yè)務(wù)間的接口，相當(dāng)于把消息最終交給接收者使用。SMS中繼層作為傳輸層和鏈路層間的中介。鏈路層完成一些底層的功能，為SMS中繼層服務(wù)。

三、cdma2000-1x控制信道對(duì)SMS的支持

　　SMS提供了位于移動(dòng)臺(tái)上的一個(gè)應(yīng)用（如發(fā)一個(gè)短消息）和位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個(gè)應(yīng)用（如MC上收一個(gè)短消息）間的短消息傳遞，MSC和BS相當(dāng)于兩個(gè)應(yīng)用間的短消息輸送管道。

　　cdma2000-1x系統(tǒng)支持三類基本的短消息：移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的點(diǎn)到點(diǎn)、移動(dòng)臺(tái)終止點(diǎn)到點(diǎn)和廣播（點(diǎn)到多點(diǎn)）。移動(dòng)臺(tái)發(fā)起和終止的短消息可以要求短消息在移動(dòng)臺(tái)與基站間的兩個(gè)空中接口方向上交換。因此，一個(gè)激活的移動(dòng)臺(tái)能夠在任意時(shí)刻收發(fā)短消息。能傳送的最大短消息字符數(shù)目，依照所使用的空中接口和電信業(yè)務(wù)類型而變化。每個(gè)短消息應(yīng)在MSC-BS接口上的一個(gè)單一消息內(nèi)傳送，不提供短消息的分塊和組裝。

　　1．短消息業(yè)務(wù)與系統(tǒng)容量性能的相互影響

　　為了更好的支持短信業(yè)務(wù)的開展，同時(shí)保證話音業(yè)務(wù)仍能正常提供，兩種業(yè)務(wù)對(duì)無線接入系統(tǒng)的影響必須加以認(rèn)真的研究。在移動(dòng)臺(tái)發(fā)送（MO）模式下，短消息通過業(yè)務(wù)信道或控制信道發(fā)送；而在移動(dòng)臺(tái)接收（MT）模式下，短消息通過業(yè)務(wù)信道或?qū)ず粜诺腊l(fā)送。一方面，由于CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)。因?yàn)槎滔I(yè)務(wù)產(chǎn)生的信號(hào)與其它業(yè)務(wù)（如話音）所產(chǎn)生信號(hào)的相互干擾，系統(tǒng)容量受到干擾大小的限制。另一方面，短消息業(yè)務(wù)要使用接入和尋呼信道資源，而這些公共控制信道為呼叫接入、手機(jī)注冊(cè)、軟切換等系統(tǒng)功能服務(wù)，當(dāng)業(yè)務(wù)繁忙時(shí)，大量短信息對(duì)這些信道帶來的壓力會(huì)影響其它業(yè)務(wù)，例如使呼損增加。因此需認(rèn)真考慮短消息業(yè)務(wù)使用公共控制信道對(duì)系統(tǒng)性能和容量帶來的影響。

　　2．空中信道對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)起SMS（SMS-MO）的支持

　　SMS-MO消息從MS發(fā)送到BS，既可以使用控制信道（接入信道）也可以使用業(yè)務(wù)信道。一個(gè)已占用業(yè)務(wù)信道的MS（如正在通話的用戶）將使用那個(gè)業(yè)務(wù)信道來發(fā)送一條SMS-MO消息。一個(gè)空閑的MS可依據(jù)消息的長(zhǎng)度，如100bytes，選擇信道。當(dāng)小于此值，可以使用接入信道傳送，否則需請(qǐng)求一個(gè)業(yè)務(wù)信道來發(fā)送一條SMS-MO消息。

　?。?）SMS-MO消息在控制信道上的傳送

　　比起IS-95A系統(tǒng)，cdma2000-1x系統(tǒng)增加了增強(qiáng)接入信道。短消息可以在增強(qiáng)接入信道的預(yù)留接入模式下發(fā)送。預(yù)留接入模式的接入過程是增強(qiáng)接入探頭由一個(gè)先導(dǎo)和一個(gè)增強(qiáng)接入報(bào)頭構(gòu)成。增強(qiáng)接入報(bào)頭包含數(shù)據(jù)速率指示等信息。移動(dòng)臺(tái)在獲得基站的確認(rèn)（EACAM）后，在指定的反向公共控制信道（RCCCH）上發(fā)送短消息，同時(shí)在前向公共功率控制信道的幫助下對(duì)發(fā)送實(shí)施閉環(huán)功率控制。預(yù)留接入模式這種短消息傳送方式選擇在增強(qiáng)接入信道上傳送信令消息，在公共控制信道上來傳送短消息。其它控制和信令在其它前向控制信道上傳送。比起IS-95系統(tǒng)，cdma2000系統(tǒng)對(duì)利用接入信道傳送消息的機(jī)制作了重要改進(jìn)。一是接入信道的各個(gè)時(shí)隙采用不同的長(zhǎng)碼掩碼（可起區(qū)分作用）進(jìn)行調(diào)制，減少了接入探頭碰撞的概率，接入成功率大大提高。而IS-95系統(tǒng)中，只要所發(fā)的不同幀在時(shí)間上有一點(diǎn)重疊，就會(huì)發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是使碰撞的雙方（也可能是多方）所發(fā)送的數(shù)據(jù)都出現(xiàn)差錯(cuò)，因而都必須進(jìn)行重發(fā)，效率很低。二是短消息數(shù)據(jù)部分通過其它信道傳送，減輕了接入信道負(fù)荷和減少了接入信道產(chǎn)生的干擾。三是采用了閉環(huán)功率控制，可實(shí)現(xiàn)軟切換功能，提高了數(shù)據(jù)正確率，并提高了反向鏈路性能。

　?。?）SMS-MO消息在業(yè)務(wù)信道上的發(fā)送-無已分配的業(yè)務(wù)信道

　　當(dāng)MS閑時(shí)，如果MS認(rèn)為消息過長(zhǎng)，就決定使用業(yè)務(wù)信道來傳送。SMS自一個(gè)空閑移動(dòng)臺(tái)在業(yè)務(wù)信道上的發(fā)送分為接入、數(shù)據(jù)傳送和信道撤消三個(gè)過程：手機(jī)發(fā)送一個(gè)初始信息，其中的服務(wù)選項(xiàng)信息單元包括短消息服務(wù)選項(xiàng)號(hào)。此后，BS對(duì)請(qǐng)求予以確認(rèn)，并把相關(guān)的服務(wù)請(qǐng)求信息發(fā)送到MSC。然后建立MS與BS間的業(yè)務(wù)信道。數(shù)據(jù)突發(fā)將通過反向業(yè)務(wù)信道傳送到BS，BS送出確認(rèn)，并通過ADDS轉(zhuǎn)發(fā)消息到MSC。獲得MSC的確認(rèn)后，BS通過公共信道告知MS釋放業(yè)務(wù)信道，MS給以確認(rèn)。之后，各自釋放信道資源。這種方式將使用大量的控制和信令信息，消耗額外的公共控制信道、業(yè)務(wù)信道資源，還產(chǎn)生了較大的信號(hào)干擾，從而加重系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。而且信道建立和釋放過程將產(chǎn)生很長(zhǎng)的延時(shí)，一般空中接口部分（MS-BS）產(chǎn)生的延時(shí)大于0.5秒。對(duì)于延時(shí)嚴(yán)格受限的短消息，不適合通過這種方式來發(fā)送。但由于業(yè)務(wù)信道采用了閉環(huán)功率控制，能較好的保證傳送數(shù)據(jù)的正確性。因此這種傳送方式適合很長(zhǎng)且延時(shí)要求不嚴(yán)格的消息。

　　(3)SMS-MO消息在業(yè)務(wù)信道上的發(fā)送-有已分配的業(yè)務(wù)信道

　　短消息可以通過反向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)突發(fā)消息來傳送。在收到短消息后，基站在前向業(yè)務(wù)信道發(fā)送層2確認(rèn)消息加以確認(rèn)。因此，這種傳送方式利用了已有的專用信道，幾乎不占用控制信道，節(jié)省了信道資源，減小了信號(hào)干擾。而且交互次數(shù)少，保證傳送的時(shí)延較小。同時(shí)，由于業(yè)務(wù)信道采用了閉環(huán)功率控制，能夠較好的保證數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量。而且比起通過尋呼信道傳送，短消息長(zhǎng)度的上限大大增加。但這種方式要求發(fā)短消息的移動(dòng)臺(tái)正在對(duì)業(yè)務(wù)信道的控制當(dāng)中，但這個(gè)條件并不總是存在。

　　3．空中信道對(duì)移動(dòng)臺(tái)接收SMS（SMS-MT）的支持

　　當(dāng)短消息從基站發(fā)出時(shí)，如果目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)處于業(yè)務(wù)信道上，短消息通過這個(gè)業(yè)務(wù)信道發(fā)送。如果移動(dòng)臺(tái)空閑，并且短消息長(zhǎng)度較小，可以通過尋呼信道發(fā)送，否則需要建立業(yè)務(wù)信道來發(fā)送。

　　在尋呼信道上主要有三類與呼叫處理和業(yè)務(wù)相關(guān)的消息。第一類是系統(tǒng)的開銷消息，這些參數(shù)定期被更新。第二類是普通的尋呼消息。當(dāng)收到呼叫或業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，尋呼消息將在所有小區(qū)的尋呼信道上廣播。第三類消息是定制的尋呼消息，包括信道分配消息，命令消息、SMS消息等，它們只在目標(biāo)扇區(qū)和尋呼信道上發(fā)送。尋呼信道負(fù)荷過重時(shí)必須及時(shí)減荷。短消息雖然只在一個(gè)小范圍（如一個(gè)扇區(qū)）上發(fā)送，但業(yè)務(wù)量大時(shí)，對(duì)尋呼信道功能會(huì)產(chǎn)生不良影響。

　　(1)SMS-MT消息在尋呼信道上的發(fā)送

　　cdma2000-1x系統(tǒng)的尋呼信道采用80ms時(shí)隙結(jié)構(gòu)。由于任何消息都不能占用三個(gè)以上的連續(xù)的尋呼信道時(shí)隙，短消息最多可占用兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙。當(dāng)尋呼信道速率為9600bit/s，兩個(gè)時(shí)隙可容納192bytes。而除去開銷后，可容納的短消息數(shù)據(jù)長(zhǎng)度實(shí)際上更小，例如只有140bytes。

　　一般SMS-MT消息在尋呼信道傳送時(shí)，基站可以直接發(fā)送包含短消息的尋呼信道遞送消息。移動(dòng)臺(tái)監(jiān)視尋呼信道并在收到消息后，在反向接入信道上發(fā)送層2確認(rèn)消息予以確認(rèn)。這種方式不需要建立專用信道，占用信道資源較少，信號(hào)干擾較小。交互次數(shù)很少，延時(shí)相對(duì)較短。缺點(diǎn)就是各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信道條件和距離基站遠(yuǎn)近彼此不同，而尋呼信道采用統(tǒng)一的功率發(fā)送，在沒有功率控制的情況下，數(shù)據(jù)的正確性無法保證。而且，當(dāng)尋呼信道負(fù)荷較重時(shí)，短消息繼續(xù)通過尋呼信道發(fā)送使系統(tǒng)性能惡化，并導(dǎo)致短消息傳送延時(shí)增加。

　　(2) SMS-MT消息在業(yè)務(wù)信道上的發(fā)送-已分配的業(yè)務(wù)信道

　　短消息可以通過前向業(yè)務(wù)信道傳送。在收到消息后，移動(dòng)臺(tái)在反向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送層2確認(rèn)消息加以確認(rèn)。因此，這種傳送方式利用了已有的專用信道，幾乎不占用控制信道資源，節(jié)省了信道資源，減小了信號(hào)干擾。交互次數(shù)很少又使得傳送的時(shí)延很小。同時(shí)，由于業(yè)務(wù)信道采用了閉環(huán)功率控制，能夠較好的保證數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量。比起通過尋呼信道傳送，短消息長(zhǎng)度的上限大大增加。但要求發(fā)送短消息時(shí)移動(dòng)臺(tái)處于對(duì)業(yè)務(wù)信道的控制當(dāng)中，而這個(gè)條件并不總是存在。

　　(3) SMS-MT消息在業(yè)務(wù)信道上的發(fā)送-無已分配的業(yè)務(wù)信道

　　 SMS到一個(gè)空閑移動(dòng)臺(tái)在業(yè)務(wù)信道上的發(fā)送。當(dāng)MSC決定發(fā)送一條SMS點(diǎn)到點(diǎn)消息到一個(gè)空閑移動(dòng)臺(tái)，并且短消息很長(zhǎng)不適合通過尋呼信道發(fā)送，則MSC將選擇用一個(gè)業(yè)務(wù)信道來發(fā)送。消息傳送的總過程如圖5，分為接入、數(shù)據(jù)傳送和信道撤消三個(gè)過程：MSC發(fā)送一個(gè)尋呼請(qǐng)求消息，其中的服務(wù)選項(xiàng)信息單元中包括短消息服務(wù)選項(xiàng)號(hào)。此后，BS發(fā)送一個(gè)尋呼消息給移動(dòng)臺(tái),然后建立MS與BS間的業(yè)務(wù)信道。信道建立以后，MSC發(fā)送一個(gè)包含短消息數(shù)據(jù)的ADDS遞送消息給BS。BS將通過前向業(yè)務(wù)信道把包含短消息的數(shù)據(jù)突發(fā)消息發(fā)送給MS。MS在反向業(yè)務(wù)信道上用層2確認(rèn)消息加以確認(rèn)。如果Bearer Reply Option包括在SMS點(diǎn)到點(diǎn)消息中，則BS發(fā)送SMS確認(rèn)消息給MSC。

　　這種傳送方式需占用較多的控制信道和業(yè)務(wù)信道資源，而且產(chǎn)生較大的信號(hào)干擾，使系統(tǒng)性能變差。且由于信道建立和釋放過程，延時(shí)相對(duì)很長(zhǎng)。但由于業(yè)務(wù)信道采用了閉環(huán)功率控制，能較好的保證數(shù)據(jù)的正確性。因此這種傳送方式適合很長(zhǎng)且延時(shí)要求不嚴(yán)格的消息。

　　4．空中信道對(duì)多媒體消息的支持

　　多媒體消息的內(nèi)容，如聲音、動(dòng)畫、圖片等，采用二進(jìn)制的編碼，并且長(zhǎng)度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前短消息文本的長(zhǎng)度。由于現(xiàn)有SMS標(biāo)準(zhǔn)本身的限制，即使在業(yè)務(wù)信道上，短消息長(zhǎng)度（包括開銷）最長(zhǎng)只能達(dá)到255byte，并且無法識(shí)別二進(jìn)制的編碼。

　　增強(qiáng)的消息服務(wù)（EMS）可以實(shí)現(xiàn)多媒體消息的傳送。EMS采用了用戶數(shù)據(jù)頭（TP-UDH），其中包含了各種多媒體二進(jìn)制數(shù)據(jù)在用戶數(shù)據(jù)塊中的位置、屬性等格式化信息，因此可以在一個(gè)一般的短消息中包含二進(jìn)制數(shù)據(jù)，傳送多媒體消息。EMS采用了短消息鏈接機(jī)制，鏈接消息的拆分和拼裝一般在移動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)。在發(fā)送端，可以把超長(zhǎng)消息拆分為多個(gè)正常長(zhǎng)度的短消息。每個(gè)短消息以TP-UDH開頭，TP-UDH中包含了鏈接短消息參考號(hào)（用以區(qū)分不同的鏈接短消息）、鏈接短消息中的最大短消息數(shù)、當(dāng)前短消息序列號(hào)（接收端用此按順序拼接）等。在接收端，可以根據(jù)這些編號(hào)信息及發(fā)起地址信息、消息中心信息等把多個(gè)短消息重新組合起來。最大可以鏈接255個(gè)短消息，按每個(gè)消息包含用戶數(shù)據(jù)為140bytes，鏈接短消息可傳送的最大用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為34.8kbytes。

　　由于多媒體消息一般很長(zhǎng)，要利用EMS的拆分拼接功能，使用業(yè)務(wù)信道來傳送。雖然業(yè)務(wù)信道的建立和釋放產(chǎn)生一定的延時(shí)，占用一些控制信道資源，但可以避免頻繁的接入和尋呼過程，減輕公共控制信道壓力，提高接入和尋呼信道的工作效率。同時(shí)，由于采用專用信道來傳送消息，可以較好的保證消息數(shù)據(jù)傳送的正確性。