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浅析CDMA运营商面向LTE的WIFI演进

日期:2012年12月13日 11:30


    EHRPD网络部署背景回顾

    随着4G LTE时代的日益临近,CDMA运营商也在加紧准备LTE网络演进。其中包括:一方面,端到端LTE网络的实验和建设;另一方面,CDMA网络通过升级到EHRPD以接入LTE的EPC。CDMA到EHRPD的升级和部署,是CDMA网络向LTE过渡,直到 LTE网络完全建成之前重要的一环。

    下图为CDMA面向LTE的演进中,EHRPD网络的位置和组成。
 

 

    从网络结构可以看出,EHRPD网络是基于现有的HRPD网络进行的改造。主要针对终端(UE),接入网络(AN/PCF),以及核心网(PDSN)进行升级和改造。虽然HRPD到EHRPD改造相对容易,但这个改造也需要一定的时间才能完成。与此同时,4G LTE的部署,特别是全网覆盖,并非一朝一夕就能建设完成。而处于保护投资等原因,CDMA网络的消亡也需要一定的时间。这就意味着EHRPD从出现,到大规模覆盖,以及LTE出现到全网覆盖后EHRPD消亡,需要相当长时间。

    如果在EHRPD全网覆盖之前,已经着手逐步引入LTE覆盖。那么可能的情况是,在CDMA到LTE的过渡阶段, HRPD网络,EHRPD网络,以及LTE网络会出现三网共存。在共存网络环境中,EHRPD/LTE核心网络为统一的LTE EPC。终端离开LTE的有限覆盖后,如果存在EHRPD网络,就切换到EHRPD网络。如果没有EHRPD网络而只是传统的HRPD和1X网络,则不能进行切换, 而需要重新注册到HRPD/1X网络以实现数据业务。作为LTE全网覆盖之前的有效补充,EHRPD与LTE之间可以实现两者之间的平滑切换(非优化切换)。HRPD与LTE则为不能互通的网络共存。

    在这个阶段,终端组成也可能出现不同的情形:

    LTE+EHRPD的终端:当用户使用这种终端离开LTE网络覆盖后,可能进入并使用EHRPD网络覆盖并接入EHRPD网络;当用户离开EHRPD后如果没有LTE覆盖而进入HRPD网络覆盖,则不能使用现有的HRPD网络。所以这种类型的商用终端使用前提EHRPD能够全网覆盖,或者用户只需要本地通信服务。

    LTE+EHRPD+HRPD终端:当用户使用这种终端离开LTE网络覆盖后,可能进入EHRPD网络覆盖并接入EHRPD网络;当用户离开EHRPD后如果没有LTE覆盖而进入HRPD网络覆盖,则可以使用现有的HRPD网络。这中类型的终端由于同时支持三种接入,因此不需要EHRPD和LTE全网覆盖。但如上文所说,终端在LTE和HRPD覆盖之间,以及EHRPD和HRPD覆盖之间不能切换,需要重新接入网络。

    LTE+ HRPD终端:当用户使用这种终端离开LTE网络覆盖后,可能进入HRPD网络覆盖,则可以使用现有的HRPD网络。这种类型的终端不需要EHRPD和LTE全网覆盖。同样地,如上文所说,终端在LTE和HRPD覆盖之间,以及EHRPD和HRPD覆盖之间不能切换,需要重新接入网络。

    EHRPD+WIFI

    长期以来特别是近年来,WIFI的普及广受关注。特别是WIFI在热点区域提供强大的无线数据业务能力,成本低廉,且使用方便,越来越受到电信运营商的重视。
把WIFI接入作为电信运营商蜂窝移动通信网络数据业务的有效补充是现在流行的思路和做法,不论针对2G,3G还是数据业务能力极大改善的4G网络。对CDMA运营商而言,相对CDMA网络扩容,CDMA运营商更愿意发展WIFI。全球主流CDMA运营商已在着手部署EHRPD+WIFI和LTE+WIFI网络,也特别重视WIFI对IMS/VOLTE等主流业务的支持。

    在EHRPD阶段,WIFI的部署显得尤为重要。

    结合前面的分析,在EHRPD阶段,宏网覆盖可能是基于HRPD, EHRPD, LTE两网甚至三网共存覆盖。WIFI作为其数据业务的补充,将呈现如下情形:
用户终端进入LTE覆盖区域使用LTE数据业务,或主动卸载LTE接入到WIFI接入或离开LTE覆盖后接入WIFI;用户终端进入EHRPD覆盖但无LTE覆盖的区域使用EHRPD数据业务,或主动卸载EHRPD接入到WIFI接入或者离开EHRPD覆盖后接入WIFI接入;用户终端进入只有HRPD覆盖的区域使用HRPD数据业务,或者主动卸载HRPD接入到WIFI接入或者离开HRPD覆盖后进入WIFI接入。总之,在EHRPD阶段,EHRPD是LTE覆盖的有效补充,WIFI是EHRPD/LTE热点数据业务的有益补充。三者之间能够共存并形成良性互补。

    实现EHRPD/LTE宏网与WIFI共存和互补的基础是网络融合及业务连续性。这可以遵从3GPP定义的WIFI融合网络架构来实现,包括遵从3GPP IWLAN架构以及非3GPP异网互通架构等系列规范的定义,实现不同场景和不同阶段的融合。下图是基于3GPP S2b/ePDG方案实现WIFI与EHRPD/LTE网络融合的系统架构图。

 

    与EHRPD网络类似,这种WIFI融合架构基于WIFI接入网AN, 将支持该WIFI方案的终端通过WIFI接入到LTE核心网EPC。其中在S2b/ePDG方案, 引入了WIFI接入网关节点ePDG,支撑终端通过WIFI接入时与终端通过LTE/EHRPD接入时统一的接入方式和业务使用。下图所示为终端通过S2b/ePDG接入LTE EPC的概要流程图。

 

 

    S2b/ePDG方案之所以能够实现WIFI和EHRPD/LTE的统一接入和网络融合,以下是对接入的几个重要方面进行简单对比。

 

    上表可以看出,除了无线接入侧接入信令和数据封装不一样外,端到端的接入认证,用户管理,数据业务以及计费等都是统一的。用户终端可以在这三个网络之间进行网络级移动性和非优化切换。从而实现三网的融合接入。

    需要指出的是,尽管3GPP2定义了CDMA与WIFI的融合网络结构,中国电信等CDMA运营商也有CDMA+WIFI的融合方案和网络部署,但从HRPD到EHRPD后,HRPD/EHRPD与WIFI的融合接入从技术和战略上都不建议继续考虑。因为如上文所述,CDMA HRPD与LTE/EPC被视为是两个独立的网络,在网络特性上存在较大差异。而HRPD网络通过EHRPD改造后,能够满足LTE/EPC特性。

    总之,从HRPD网络到EHRPD,再到LTE的演进过程中,WIFI的演进策略,比较合理的考虑是,一方面:保留现有CDMA HRPD网络,如果基于CDMA已经部署了CDMA+WIFI融合网络,同时保留该WIFI接入方式。另一方面:推动EHRPD的网络演进,在该过程中,EHRPD网络的WIFI融合应该适时推进,从而为LTE的部署,以及LTE和WIFI的融合打下基础,并利用WIFI作为EHRPD/LTE演进过程中的数据业务补充。下图为HRPD网络,EHRPD网络以及LTE网络中WIFI的融合模型和划分阶段。

 

 

    其中EHRPD+WIFI是EHRPD/LTE演进和推动WIFI发展的关键阶段。

    为此,在EHRPD+WIFI阶段,需要解决的重要问题包括:

    新增网元部分:WIFI接入网关特别是S2b/ePDG

    在部署EPC的中加入对WIFI接入的支持:

    PGW增加对WIFI接入的支持

    AAA/HSS增加对WIFI接入的支持等

    终端支持:

    利用LTE/EHRPD终端的USIM应用

    增加IKEv2作为WIFI接入信令

    增加IPSEC ESP支持

    重用EHRPD EAP-AKA类算法

    重用LTE/EHRPD之间的网络级切换以支持与WIFI的网络级切换等

    经验证明,要形成强大的产业链并进行规模部署,核心网的改造和能力支持一般比较容易。终端支持方面是一个难点和制约因素。可喜的是,选用基于3GPP标准的EHRPD/LTE+WIFI融合方面,对终端而言,其中几个重要特性都可以重用LTE/EHRPD中的既有功能并做改动较小。唯一需要新增的是IKE/IPSEC等功能。而这些功能对终端无线特性和卡管理等方面无直接依赖。这些功能可以由第三方软件方式置入。从而大大缩短其开发周期。主流终端厂商的3G/LTE终端已经把EAP-AKA,IKE甚至IPSEC作为了必选支持。终端的技术问题难点应该不是太大,但形成规模商用的产业链,需要耐心培育。

    总结和展望

    LTE时代日益临近,对CDMA运营商来说,通过EHRPD过渡到LTE实在必行。EHRPD网络,LTE网络,以及HRPD网络长期共存。EHRPD网络与LTE可以实现互通。WIFI作为这三种蜂窝网络的数据业务有效补充,可参考3GPP标准,比较容易与EHRPD/LTE网络实现统一接入和网络融合。EHRPD过渡阶段,适时引入WIFI尤为重要。在EHRPD阶段引入融合WIFI, 依据标准架构,技术难点不大,但要形成商业规模产业链,需要与EHRPD/LTE演进过程密切配合,逐步推进。

    注:本文有关CDMA面向LTE的网络演进的更多内容,可参考作者相关文章:http://market.c114.net/176/a525100.html

    作者:March Wu (通信公司系统技术主管,分组数据网络领域专家)

   来源:C114中国通信网

 

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