无线接入网络的扩展方法与实现

CDMA2000的无线接入网络被适当调整，以满足BCMCS内容流在空中接口的有效传输。因此，CDMA2000定义的现有物理信道很多被重新使用。在本节中，我们将介绍CDMA2000 EV-DO（Evolution Data Only）的高速率广播/多播数据分组空中接口的关键特征，更多细节请参考（3GPP2，2006a）。

高速率广播/多播数据空中接口引入了一种新的广播信道，以及一系列协议。这些协议被称为广播协议簇。这个协议族在广播信道下定义了两个子信道，分别是基本广播信道和增强广播信道。基本广播信道与广播物理信道相关，广播物理信道类似于CDMA2000 EV-DO物理层协议中的前向业务信道。和前向物理信道不同的是，广播物理信道支持软合并。增强广播信道与利用OFDM（正交频分复用）技术的广播物理信道相关，其中OFDM是同样用于DVB（Digital Video Broadcasting，数字视频广播）的频分复用机制。增强广播信道不能后向兼容现有的无线承载。各个广播物理信道的结构是由广播协议簇中的MAC协议和物理层协议定义的。广播物理信道可以再细分为几个时分复用的子信道，这些子信道又被称为“交织复用对”（Interlace-Multiplex Pairs）。

来自BSN的BCMCS数据流通常被映射到广播逻辑信道。一个BCMCS数据流只能映射到一个具体的广播逻辑信道，一个广播逻辑信道则可以对应多个BCMCS数据流。多播逻辑信道映射到与某扇区相关的广播物理信道的一个或者多个交叉复用对。正因如此，广播逻辑信道要么在基本广播信道上传输，要么在增强广播信道上传输。

图5.9表示的是广播协议簇的概况，包括广播控制协议、广播帧协议、广播MAC协议和广播物理层协议。下面具体介绍各个协议。

图5.9 广播协议簇

1.广播控制协议

广播控制协议实现了用户终端和RAN之间的控制面的必要交互。它定义了控制广播信道各种参数的多种流程，并允许用户终端能够告知RAN自己请求接收BCMCS数据流，这个过程被称为BCMCS数据流注册。从图5.9可以看到，广播控制协议利用了高速率数据空中接口的单播MAC层和物理层协议。这是必要的，因为广播控制协议的信令交互是单向的，所以要求下行链路和上行链路进行交互。

2.广播帧协议(www.xing528.com)

广播帧协议根据下层的广播信道的帧的特点来调整高层数据包。它通常在RAN端进行高层SDU（业务数据单元）的分段，并添加用于确定高层数据的边界和检查数据完整性的必要信息。在接收端这里，多播帧协议将接收到的成帧数据合并重组为高层数据包，并丢弃错误数据包以确保完整性。广播帧协议利用基于分段的成帧方式，而不是HDLC（High-Level Data Link Control，高层数据链路控制）等帧协议通常使用的基于字节的成帧方式。基于字节的帧协议要求插入标识序列，这会提高重组复杂度，因为接收端需要检查接收到的成帧包的每个字节，以确定高层数据包的边界。另外，由于高层数据匹配标识序列时会插入转义序列，所以会带来一定的带宽扩展。广播帧协议的基于分段的组帧方式将8bit帧头粘贴在每个高层数据分段前面。尽管每个成帧包内出现几个帧头的可能性是存在的，但是由于每个MAC层数据包只有短短125B，这样一来一个成帧包内出现两个以上帧头的可能性非常小。现在不再需要检查每个字节，只需要检查帧头，这样接收端重组过程的操作复杂度就大大降低。同时，与HDLC那类成帧方式相比，带宽扩展降低了多达7倍（Agashe，Rezaiifar and Bendar，2004）。

3.广播安全性协议

为了控制管理用户对广播内容的接收，我们可以将加密作为一种有效的安全机制。如果在传输前对广播内容进行加密，那么传输后只有持有合适的解密密钥的接收端才能接收内容。BCMCS标准定义了广播安全性的两个主要方面。密钥管理负责将BCMCS会话的解密密钥安全地分发给授权用户，而对多播内容进行加密能够提供要求的安全性。在这一部分，我们只描述加密机制。广播安全性框架中的密钥管理请参考（3GPP2，2003）。

与MBMS中不同，BCMCS中广播业务的加密解密可以在RAN内由广播安全性协议实现。如果需要加密，接入网部分的广播安全性协议将对帧协议产生的数据包进行加密，并且在传输之前，将加密得到的所谓安全数据包交给MAC协议做进一步处理。如果不需要加密，那么广播协议不会对成帧包做任何操作。广播安全性协议采用AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）加密流程（3GPP2，2008），加密过程中会用到一个SK（Short-Term Key，短期密钥），并且SK也为接收端所知。SK只在短时间内有效，大多数情况下这个时间长度是一个广播会话时长，SK并不是用无线方式传输给用户。实际上，它是接收端利用与特定BCMCS业务相关的BAK（Broadcast Access Key，广播接入密钥）和随内容一起发送来的随机值产生的。接收端利用SK和加密同步符得到加密掩码。然后将成帧的数据包与其对应加密掩码部分进行异或操作，从而得到安全数据包。在接收端，广播安全性协议利用本地BAK和接收到的随机数种子得到必需的解密密钥。然后多播安全性协议将对安全数据包进行解密，然后将得到的成帧包发送给帧协议。

4.广播MAC协议

CDMA2000 EV-DO标准采用基于ARQ（Automatic Repeat Request，自动重传请求）的差错控制。由于广播信道中没有可用的反向链路向RAN MAC实体传输反馈信息，广播MAC协议采用基于FEC的差错控制方案。广播MAC协议利用Reed-Solomon分组码向广播安全性协议接收的安全数据包添加外码。得到外码的同时，物理层还得到Turbo码。当作为外码使用时，Reed-Solomon码在低错误率时表现良好，它的解码复杂度低于常规码（Agashe，Rezaiifar and Bender，2004）。在接收端，Reed-Solomon码被当作擦除码使用，它基于物理层用来检测有损数据包的CRC。这样就简化了恢复被Reed-Solomon码擦除的字节，因为被擦除字节的位置已经提前知道。更多关于广播MAC协议的细节请参考（Agashe，Rezaiifar and Bend-er，2004）和（3GPP2，2007a）。

5.广播物理层协议

多播物理层协议在前向链路的广播服务传输中引入了软合并。与MBMS一样，软合并作为宏分集的一种形式，改进传输中的误块率。一种方法是在物理层合并传输相同数据的多个相邻小区或扇区的信号。更多关于广播物理层协议的细节请参考（Agashe，Rezaiifar and Bender，2004）和（3GPP2，2007a）。