CDMA邁進LTE橋梁-eHRPD

在國際上，面對Sprint部署WiMAX的壓力，素來被稱為CDMA陣營風向標的Verizon誓言加速LTE的商用步伐，隨著終端的成熟，LTE大有全球蔓延之勢。

　　在向著4G邁進的途中，如何保護原有3G網(wǎng)絡的投資是運營商最為關心的。對于CDMA運營商來說，eHRPD(演進的高速分組網(wǎng)絡)的出現(xiàn)和應用，將為CDMA向LTE邁進提供一個平滑演進策略。

　　網(wǎng)絡升級首要著眼用戶體驗

　　當前用戶體驗已成為全球電信運營商持續(xù)發(fā)展與差異化競爭的標桿指標，中國電信也早在幾年前就定位為綜合信息服務提供商。過去兩三年，無論是芯片企業(yè)還是終端制造企業(yè)都在提升用戶體驗上下了很大力氣，iPhone之所以流行，與其良好的用戶體驗分不開，這是不爭的事實。

　　用戶體驗的內容很廣很深，是一個值得長期探索的課題，誰能創(chuàng)造良好的用戶體驗，誰就能贏得用戶。從運營商的角度而言，網(wǎng)絡升級換代首先著眼的就是用戶體驗，其次是資源利舊，當然還考慮網(wǎng)絡投資、網(wǎng)絡維護等方面。

　　在當前定位為智能管道的運營商中，用戶體驗主要體現(xiàn)開機搜網(wǎng)時間、接入時延、切換時延等方面，這些時延越小越好。同時還有網(wǎng)絡覆蓋、網(wǎng)絡穩(wěn)定性等等。本文涉及到網(wǎng)絡演進中的用戶體驗，即不同網(wǎng)絡間的互操作問題，因此本文重點講述的是跟切換相關的內容。

　　切換不僅是個功能，更是一個橋梁，能將運營商的新舊網(wǎng)絡連起來，組成一個共同的資源，實現(xiàn)負荷分擔、雙層廣闊的網(wǎng)絡覆蓋、雙倍的甚至更多倍的網(wǎng)絡容量，既實現(xiàn)了用戶業(yè)務的連續(xù)性，提升了用戶體驗，也實現(xiàn)了運營商資源利用率的最大化。這是當前網(wǎng)絡演進中運營商必須考慮的問題。

　　本文解析的eHRPD即是將CDMA網(wǎng)絡與LTE聯(lián)系在一起的紐帶，實現(xiàn)了CDMA網(wǎng)絡與LTE網(wǎng)絡的無線資源共享、核心資源共用，呈現(xiàn)給用戶的是一張整體的網(wǎng)絡，而不是零碎的兩張無關的網(wǎng)。之所以eHRPD的作用如此重要，中國的用戶從早期聯(lián)通同時運營GSM與CDMA時就深有體會，聯(lián)通當時擁有全國甚至全球最先進的CDMA網(wǎng)絡，但競爭不過中國移動，當然里面的因素很多，但很重要的一點是這兩張網(wǎng)是無關的。因此，當CDMA移交給中國電信時，我們不得不重新審視這個問題，而且希望將其有效地解決。

　　eHRPD網(wǎng)絡架構

　　提到移動網(wǎng)絡的融合，不得不提到EPS。EPS(EvoLEDPacketSystem)是3GPP為了適應寬帶無線接入高速發(fā)展而提出的新一代移動網(wǎng)絡，由LTE系列標準和核心網(wǎng)EPC(EvolvedPacketCore)系列標準共同組成。同時它是一個多接入的網(wǎng)絡，能能接入當前所有無線接入技術，如cdma2000，Wi-Fi，WiAMX等。

　　隨著LTE大一統(tǒng)趨勢的確定，EPS也成為目前可預見的未來移動網(wǎng)絡演進的方向，EPS采用扁平化網(wǎng)絡架構，在核心網(wǎng)絡側簡化網(wǎng)絡架構和消息，業(yè)務層設計無線用戶數(shù)據(jù)環(huán)回時延小于10ms，控制層喚醒時延小于100ms。全IP架構、靈活的資源配置、SON技術等，賦予了EPS強大的成本優(yōu)勢;支持多種接入技術使得EPS為整個移動產業(yè)聯(lián)盟和網(wǎng)絡融合提供一個新的平臺。因此，EPS規(guī)范從制定之初，就得到了業(yè)界的廣泛關注，并逐漸得到了各移動運營商的青睞。

　　eHRPD(演進的高速分組網(wǎng)絡)是對原HRPD，即EVDO網(wǎng)絡的演進和增強。因此從CDMAEV-DO到eHRPD是需要對相關網(wǎng)元進行升級，如 AN/PCF升級至eAN/ePCF，PDSN升級為HSGW(HRPDServingGateway)，即HRPD服務網(wǎng)關。當然從這里可以看出，對于 BTS，eHRPD與HRPD沒有差異，也就是說eHRPD改善了網(wǎng)絡融合方式，使資源能合理利用但是沒有改善無線側的能力，這點非常關鍵。

　　eHRPD網(wǎng)絡架構共分為三種：非漫游的網(wǎng)絡架構，漫游時HomeRouted場景和LocalBreakout場景。

　　eHRPD新功能增強CDMA演進能力

　　●多PDN功能

　　PDN(PacketDataNetwork)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的概念首先是在EPS中提出，指提供UE和PLMN分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的IP連接，即PDN連接服務。

　　有PDN必然存在多PDN，這個主要是隨著業(yè)務種類的豐富而產生的，UE同時建立多個PDN連接的需求越來越強烈，如一邊上公網(wǎng)瀏覽新聞，同時處理 OA公文。但是HRPD不支持多PDN連接，給今后的業(yè)務運營帶來極大不便。eHRPD接入EPC后新增多PDN連接的功能，多PDN功能是eHRPD相對HRPD功能增強的顯著特點之一。

　　要支持多PDN連接，UE及其它網(wǎng)元必須增加相應功能。首先，由于每個PDN連接都會給用戶分配IP地址，因此為了支持多PDN，UE必須支持多IP 地址。其次，在建立PDN連接時，由UE分配PDNID，來表示某個PDN連接。UE和HSGW之間PPP協(xié)商過程中，由于加入了PDNID來標識不同的 PDN連接。因此UE和HSGW必須支持VSNCP協(xié)議。當然HSGW與PGW還是采用APN來標識，即PDN-ID與APN有一一對應關系。

●EAP-AKA鑒權

　　eHRPD接入3GPPEPC網(wǎng)絡時，使用的是EAP-AKA鑒權，而不是HRPD階段的CHAP或PAP鑒權。相對于以前的鑒權方式，EAP-AKA鑒權主要帶來了兩個優(yōu)點：

　　一是采用更完善的認證機制，具有更高的安全性;

　　二是該機制具有雙向鑒權的能力，網(wǎng)絡側在對終端進行鑒權的同時，終端也能鑒權網(wǎng)絡。

　　新的鑒權機制完全不同于以前的方式。

　　●承載管理

　　eHRPD接入EPC網(wǎng)絡與EPC/LTE網(wǎng)絡一樣，都有承載的概念，但二者是有區(qū)別的。eHRPD接入EPC時，UE和eAN間為無線承載，在 eAN與HSGW間仍然使用HRPD的承載概念，如主A10連接、輔A10連接，HSGW到P-GW之間為PMIP隧道。UE通過eHRPD接入EPC的某個PDN連接服務由無線承載、HSGW到eAN之間的A10連接及HSGW和PDNGW之間的IP連接串聯(lián)組成。

　　UE通過LTE的E-UTRAN接入EPC的到某個PDN連接服務提供有以下兩種情況：當EPC網(wǎng)絡S5/S8接口基于GTP協(xié)議時，服務由一條 EPS承載提供，一個EPS承載串聯(lián)了一個無線承載、一個S1承載和一個S5/S8承載;當S5/S8接口基于PMIP協(xié)議時，服務由一條EPS承載串接一條S-GW到PDNGW之間的PMIP隧道提供，其中EPS承載串聯(lián)了一個無線承載和一個S1承載。

　　從上面的描述來看，EPS有自己的特色，但是CDMA為了加入EPC，不僅要兼顧自身特點，同時要考慮對方的現(xiàn)狀，做出最小協(xié)議上的改動是必然的?？傊磺械母膭蛹礊榱四芙尤氲浇窈蟮拇笠唤y(tǒng)核心網(wǎng)EPC。

　　eHRPD相對HRPD而言，在具體的承載類型上，增加了SO(serviceoption)67，SO72。原有的HRPD網(wǎng)絡只支持SO59、SO64兩種。因此eHRPD不僅是承載的鏈路建立存在差異，而且類型更加豐富。

　　●網(wǎng)絡側發(fā)起QoS支持

　　HRPD網(wǎng)絡下，網(wǎng)絡側是不支持發(fā)起QoS的，只是終端能發(fā)起QoS的請求，網(wǎng)絡根據(jù)終端用戶的簽約情況來確定是否允許終端用戶的QoS請求。但是終端支持QoS對終端客戶端有一定的要求，提升了終端的復雜度，特別是在業(yè)務日新月異的發(fā)展豐富的過程中，終端的簡單化成為發(fā)展的必然，否則阻礙了業(yè)務的發(fā)展。

　　網(wǎng)絡側發(fā)起QoS的功能即能很好地實現(xiàn)運營商控制業(yè)務的QoS能力，簡化了終端的操作，有利于運營商的應用及QoS的管理，因此eHRPD系統(tǒng)中增加了網(wǎng)絡側發(fā)起QoS的功能。該功能還可以與PCC相結合，為運營商提供更靈活的QoS管控手段。

　　●網(wǎng)絡控制協(xié)議VSNCP

　　eHRPD的PPP協(xié)商中使用VSCNP(VendorSpecificNetworkControlProtocol)，即設備商定義的網(wǎng)絡控制協(xié)議代替HRPD的IPCP協(xié)議作為網(wǎng)絡控制協(xié)議，可以支持更多的參數(shù)協(xié)商及多PDN接入。

　　VSNCP協(xié)商的參數(shù)包括：PDN類型、PDN地址、PCO(ProtocolConfigurationOptions，協(xié)議配置選項)、地址分配原因、APN與IPv4缺省路由等。為了簡化VSNCP的協(xié)商消息流程，eHRPD的VSNCP協(xié)商不使用VSNCPConfigurationNAK消息，當HSGW或UE要對收到的VSNCPConfigurationRequest消息中的參數(shù)修改時，將直接把修改值放在 VSNCPConfigurationAck消息中返回。

　　eHRPD與HRPD的關系

　　前面提到eHRPD的網(wǎng)絡結構，eHRPD如何接入EPC等，那么eHRPD跟HRPD是什么關系呢?

　　從技術的本質上看，eHRPD改變的是核心網(wǎng)的部分功能和特性，對HRPD的無線側功能沒有任何改動，因此eHRPD部分仍然沿用HRPDBTS，因此HRPD下的業(yè)務功能eHRPD必然支持。即eHRPD能向下兼容HRPD的功能，HRPD的終端用戶設備能在eHRPD網(wǎng)絡下使用。

　　但是需要注意，eHRPD與HRPD是采用不同的核心網(wǎng)，HRPD的核心網(wǎng)的中心節(jié)點是 PDSN(PacketDataServingNode)，eHRPD的核心節(jié)點是HSGW，它可由PDSN軟件升級。兩個不同的核心網(wǎng)，意味著不同的 IP地址，對外沒有交集，HRPD的終端用戶業(yè)務由PDSN路由進城域網(wǎng)，而eHRPD的終端用戶業(yè)務由HSGW-PGW路由出局。

　　縱上所述，eHRPD與HRPD的關系總結如下：

　　1.eHRPD在帶寬與性能上沒有提高，無線空口完全一樣;

　　2.eHRPD后向兼容eHRPD的終端用戶及業(yè)務;

　　3.eHRPD與HRPD的核心網(wǎng)完全不同;

　　4.引入eHRPD的主要目的是為了實現(xiàn)與熱點覆蓋的LTE網(wǎng)絡的互操作，提供業(yè)務上的連續(xù)性，因為LTE部署初期一定是熱點的，局部覆蓋;

　　5.其次eHRPD還能帶來一系列新特性，如多PDN支持、承載復用、網(wǎng)絡側發(fā)起QoS等。

　　明確了引入eHRPD的目的，以及與HRPD的關系，那運營商如何引入eHRPD，何時引入eHRPD呢?

　　其實何時引入主要是產品的成熟度以及部署LTE的時間?？傮w而言，如果促要升級現(xiàn)有網(wǎng)絡支持eHRPD，則需要運營商實施全網(wǎng)升級，否則會導致eHRPD終端到了HRPD網(wǎng)絡下不能使用、直接斷網(wǎng)的情形出現(xiàn)。

　　eHRPD的國際商用概況

　　目前，美國運營商Verizon是推動LTE商用、推動eHRPD商用最早最強有力的運營商。Verizon的LTE網(wǎng)絡在2010年12月5日正式投入商用，是全球最大的商用LTE網(wǎng)絡，目前已有38個城市開通LTE并將HPRD網(wǎng)絡升級為eHRPD。

　　2011年6月16日，Verizon正式啟動在美國新增19個LTE商用城市的服務計劃。這也意味著部署LTE的美國大城市達到74個，同時計劃年底完成全國170個城市的覆蓋。所有部署LTE的城市同步升級HRPD網(wǎng)絡至eHRPD，保證LTE用戶的業(yè)務連續(xù)性。目前通過LTE/eHRPD的數(shù)據(jù)卡終端(LGVL600和PentechUML290)提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務，HTCThunderbolt(具有LTE/eHRPD/1x功能)支持語音和數(shù)據(jù)并發(fā)業(yè)務。

　　Verizon一定程度上是CDMA產業(yè)的風向標，eHRPD的商用大潮已經涌起，相信不久就會刮到中國，業(yè)界正拭目以待。