CDMA短消息业务介绍

CDMA短消息介绍

一、短消息业务介绍：

短消息作为一项极具吸引力和人气的增值业务，愈来愈成为以话音业务为主导的移动通信网络的另一个重要卖点。种类繁多的数据增值业务是基于短消息这种移动数据通信手段的，如手机银行、手机证券、信息点播、移动OICQ业务、无线电子邮件、无线数据和传真等。我们在这里把这些业务统称为短信息业务。据有关调查表明：目前全球1个月的短信息发送量已达到150亿条。率先开展此项业务的欧洲，每天发送的短消息为2000万条，GSM 运营商8％至20％的收入来自短消息。短信息业务像风暴一样席卷欧洲大陆。在中国，两大移动运营商正逐步实现短消息的互连互通。短消息和基于短消息的各种新业务层出不穷。短信息服务具有开通方便、收费低廉、内容丰富、应用广泛等特点，迅速获得了移动用户的青睐。据预测，至2005年底，中国移动用户将达到3.84亿，无线数据用户达1.87亿。短信所蕴涵的巨大的潜在商机受到运营商们的高度重视。

现有短消息以支持短文本为主。今后，短消息内容将朝多媒体内容发展。这类增强型短消息服务（EMS）最大的特色是支持多媒体消息，可以传送视频片段、图片、声音和文字，传送方式除了在手机间传送外，还可以是手机与电脑之间的传送。多媒体短消息业务与高速宽带的cdma2000-1x系统将极大推动短消息增值业务的发展。

二、短消息协议描述：

短消息业务允许移动台和蜂窝系统之间、蜂窝系统与能发送和选择接收短消息的外部设备之间进行短的字母数字消息交换。外部设备可以是一部音频电话、一个数据终端或短消息输入系统。SMS具有消息输入特性、管理特性和消息传输能力。这些特性分布在蜂窝系统和SMS 消息中心（MC）之间，这两者共同构成SMS系统。MC可以与蜂窝系统是分离的，也可以集成到蜂窝系统中。

短消息输入特性通过接口传送给MC和移动台。发送者通过这些接口送入短消息、预定目的地地址和不同的输出选项。MC接口支持的功能包括音频响应提示、音频电话拨入接入的双音多频接收，以及相应的菜单和用于拨入或专用数据终端接入的消息输入协议。移动台接口可以支持消息输入键盘和显示器。同时，一个蜂窝话音业务可以使用移动台的常规话音和数据功能呼叫一个SMS系统来输入消息。

SMS用户终端业务可以具有规定优先级、未来发送时间、消息终止间隔、一个或多个短的预定消息选项。发送者使用用户终端业务可以要求对移动台接收到的消息进行确认。SMS接收者在接收到一个短消息后，能够以手动的方式确认消息。作为一种选择，接收者可规定大量预定消息中的一个向发送者返回确认消息。

SMS的管理功能包括消息存储、内容编辑、接收验证和状态查询。SMS传输能力提供来去移动台的短消息传输，以及确认消息和错误消息的返回。无论移动台是处于空闲状态，还是在进行语音和数据呼叫，这些消息和确认信息都可以发送给移动台或由移动台发出。蜂窝业务提供者可以给它的蜂窝话音和数据业务用户提供SMS传输，也可以仅提供SMS业务而没有语音和数据业务。一个CDMA寻呼信道的所有可用移动台都能接收到广播消息，广播消息不需移动台确认。移动台可以在CDMA的寻呼信道上使用广播消息业务，也可以通过在CDMA 业务信道上建立一个呼叫使用广播消息业务。

下图给出了SMS的网络参考模型。基站包括收发信机设备、MSC和网络连接需要的IWF.因为不需要对这些设备进行区分，所有它们可以组合在一起。模型中的MC单元代表了一般的SMS MC功能。N参考点代表了SMS MC和一个BS之间的一个或多个标准接口。TE是直接或间接连接到MC的话音或数据设备。MC可以包括在BS中或与BS一起放置。如果是这样，

N接口则在BS内部。

Um Ai W

N

MS:移动台

BS:基站

MC:消息中心

PSTN:公开交换电话网

TE:终端设备

工作在CDMA模式的SMS协议栈如下图所示：

移动台基站消息中心

（承载业务端点）（承载业务端点）（承载业务端点）

SMS承载业务是SMS系统的一部分，负责在MC和移动用户设备之间的消息传送。承载业务由SMS传送和中继层提供。

SMS传输层是承载业务协议中的最高层，管理消息的端到端传送。传输层在一个实体中作为中继点时，负责接收来自下面SMS中继层的SMS传输层消息，翻译目的地地址和其他选路信息，并通过下面的SMS中继层向前传送消息。传输层在实体中作为端点时，提供SMS 承载业务和SMS用户终端业务之间的接口。

SMS使用以下协议层：

SMS中继层: SMS中继层提供传输层和链路层之间的接口，用于承载短消息业务。在Um 接口中，SMS中继层给需要在CDMA移动台和基站之间传输SMS数据的TIA IS-95传输协议提供接口，支持SMS传输层。在N接口中，SMS中继层给需要在MC和TIA IS-95A基站之间传输SMS数据的网络协议提供接口，支持SMS传输层。N参考点可以看作是与MC连通的一个系统间网络链路。系统间链路可使用各种公用和专用协议。系统间链路上的SMS协议和消息格式不同于用于CDMA空中接口的SMS协议和消息格式。当需要在系统间链路上发送和接收消息时，N接口中继层负责对SMS消息的格式化和语法分析。SMS中继层完成以下功能：

接收传输层消息，然后将消息发送到下一个指定的中继点或端点。

当消息不能发送到下一个中继点或端点时，向传输层提供错误指示。

接收消息并发送到传输层。

连接和控制用于消息中继的链路层。

按照链路层和/或对等SMS层的要求，根据SMS标准和（或）其他消息标准对消息进行格式化。

SMS传输层。该层位于SMS承载业务端点和中继点之间。在承载业务端点，SMS传输层为产生和接收SMS消息的用户终端业务提供接入SMS系统的方式。在承载业务中继点，传输层提供了中继层之间的接口。SMS传输层使用中继层业务来产生、发送和终止在移动台和MC之间发送的SMS消息。假定中继层利用链路层支持消息寻址，中继层可从链路层报头来推断某些地址参数，传输层消息中不再需要这些地址参数。SMS点对点消息可以不需要某些地址参数，因为链路层提供了这个地址信息。例如在CDMA的寻呼信道上，中继层能从TIA IS-95A数据子帧消息的ADDRESS子段上析取地址。SMS传输层在SMS承载业务端点和中继点有不同的功能，在SMS承载业务端点，传输层具有以下功能：

接收来自SMS用户终端业务的消息参数，格式化SMS传输层消息，使用适当的中继层业务

原语将消息传输给中继层。

当接收到所有希望提交信息的确认时，通知中继层。

得到中继层错误报告时，通知用户终端业务。

从中继层接收SMS消息，将消息发送到SMS用户终端业务。

在移动台，完成鉴权计算。

在SMS承载业务中继点，传输层具有以下功能：

接收来自中继层的SMS消息，如果需要的话，重新格式化SMS传输层消息，使用适当的中继层业务原语将消息传递到另一个中继层。

如果得到请求，在中继层之间传递确认消息或错误报告。

在TIA IS-95A基站中，完成鉴权运算或完成鉴权运算的实体连接。

传输层需要来自于中继层的以下业务：

接收传输层消息，并把该消息传到下一个指定的中继点或端点。

对发出的消息反馈确认或错误报告。

接收消息，并将消息向前发送给具有适当参数的传输层

SMS用户终端业务层。用户终端业务层位于承载业务的端点，通过一套标准的传输层承载数据参数的子参数，支持基本SMS功能。当一个移动台发送一个SMS用户确认消息时，用户终端业务完成以下工作：

用户终端业务层向传输层提供目的地址参数，并设置目的地地址参数，使该参数等于已确认SMS消息始发地址子段中包含的地址。

消息标识符子参数的MESSAGE-ID字段被设置为已确认的SMS消息的MESSAGE-ID字段的值。采用SMS传送消息来发送广播消息业务用户终端业务信息。更详细的情况可以参考文档TIA IS-637.

CDMA控制信道对短消息的支持：

SMS提供了位于移动台上的一个应用（如发一个短消息）和位于网络内的一个应用（如MC上收一个短消息）间的短消息传递，MSC和BS相当于两个应用间的短消息输送管道。

cdma2000-1x系统支持三类基本的短消息：移动台发起的点到点、移动台终止点到点和广播（点到多点）。移动台发起和终止的短消息可以要求短消息在移动台与基站间的两个空中接口方向上交换。因此，一个激活的移动台能够在任意时刻收发短消息。能传送的最大短消息字符数目，依照所使用的空中接口和电信业务类型而变化。每个短消息应在MSC-BS接口上的一个单一消息内传送，不提供短消息的分块和组装。

1．短消息业务与系统容量性能的相互影响

为了更好的支持短信业务的开展，同时保证话音业务仍能正常提供，两种业务对无线接入系统的影响必须加以认真的研究。在移动台发送（MO）模式下，短消息通过业务信道或控制信道发送；而在移动台接收（MT）模式下，短消息通过业务信道或寻呼信道发送。一方面，由于CDMA系统是干扰受限系统。因为短消息业务产生的信号与其它业务（如话音）所产生信号的相互干扰，系统容量受到干扰大小的限制。另一方面，短消息业务要使用接入和寻呼信道资源，而这些公共控制信道为呼叫接入、手机注册、软切换等系统功能服务，当业务繁忙时，大量短信息对这些信道带来的压力会影响其它业务，例如使呼损增加。因此需认真考虑短消息业务使用公共控制信道对系统性能和容量带来的影响。

2．空中信道对移动台发起SMS（SMS-MO）的支持

SMS-MO消息从MS发送到BS，既可以使用控制信道（接入信道）也可以使用业务信道。一个已占用业务信道的MS（如正在通话的用户）将使用那个业务信道来发送一条SMS-MO 消息。一个空闲的MS可依据消息的长度，如100bytes，选择信道。当小于此值，可以使用接入信道传送，否则需请求一个业务信道来发送一条SMS-MO消息。

（1）SMS-MO消息在控制信道上的传送

比起IS-95A系统，cdma2000-1x系统增加了增强接入信道。短消息可以在增强接入信道的预留接入模式下发送。预留接入模式的接入过程是增强接入探头由一个先导和一个增强接入报头构成。增强接入报头包含数据速率指示等信息。移动台在获得基站的确认（EACAM）后，在指定的反向公共控制信道（RCCCH）上发送短消息，同时在前向公共功率控制信道的帮助下对发送实施闭环功率控制。预留接入模式这种短消息传送方式选择在增强接入信道上传送信令消息，在公共控制信道上来传送短消息。其它控制和信令在其它前向控制信道上传送。比起IS-95系统，cdma2000系统对利用接入信道传送消息的机制作了重要改进。一是接入信道的各个时隙采用不同的长码掩码（可起区分作用）进行调制，减少了接入探头碰撞的概率，接入成功率大大提高。而IS-95系统中，只要所发的不同帧在时间上有一点重叠，就会发生碰撞。碰撞的结果是使碰撞的双方（也可能是多方）所发送的数据都出现差错，因而都必须进行重发，效率很低。二是短消息数据部分通过其它信道传送，减轻了接入信道负荷和减少了接入信道产生的干扰。三是采用了闭环功率控制，可实现软切换功能，提高了数据正确率，并提高了反向链路性能。

（2）SMS-MO消息在业务信道上的发送-无已分配的业务信道

当MS闲时，如果MS认为消息过长，就决定使用业务信道来传送。SMS自一个空闲移动台在业务信道上的发送分为接入、数据传送和信道撤消三个过程：手机发送一个初始信息，其中的服务选项信息单元包括短消息服务选项号。此后，BS对请求予以确认，并把相关的服务请求信息发送到MSC。然后建立MS与BS间的业务信道。数据突发将通过反向业务信道传送到BS，BS送出确认，并通过ADDS转发消息到MSC。获得MSC的确认后，BS通过公共信道告知MS释放业务信道，MS给以确认。之后，各自释放信道资源。这种方式将使用大量的控制和信令信息，消耗额外的公共控制信道、业务信道资源，还产生了较大的信号干扰，从而加重系统负担。而且信道建立和释放过程将产生很长的延时，一般空中接口部分（MS-BS）产生的延时大于0.5秒。对于延时严格受限的短消息，不适合通过这种方式来发送。但由于业务信道采用了闭环功率控制，能较好的保证传送数据的正确性。因此这种传送方式适合很长且延时要求不严格的消息。

(3)SMS-MO消息在业务信道上的发送-有已分配的业务信道

短消息可以通过反向业务信道的数据突发消息来传送。在收到短消息后，基站在前向业务信道发送层2确认消息加以确认。因此，这种传送方式利用了已有的专用信道，几乎不占用控制信道，节省了信道资源，减小了信号干扰。而且交互次数少，保证传送的时延较小。同时，由于业务信道采用了闭环功率控制，能够较好的保证数据传送的质量。而且比起通过寻呼信道传送，短消息长度的上限大大增加。但这种方式要求发短消息的移动台正在对业务信道的控制当中，但这个条件并不总是存在。

3．空中信道对移动台接收SMS（SMS-MT）的支持

当短消息从基站发出时，如果目标移动台处于业务信道上，短消息通过这个业务信道发送。如果移动台空闲，并且短消息长度较小，可以通过寻呼信道发送，否则需要建立业务信道来发送。

在寻呼信道上主要有三类与呼叫处理和业务相关的消息。第一类是系统的开销消息，这些参数定期被更新。第二类是普通的寻呼消息。当收到呼叫或业务请求时，寻呼消息将在所有小区的寻呼信道上广播。第三类消息是定制的寻呼消息，包括信道分配消息，命令消息、SMS消息等，它们只在目标扇区和寻呼信道上发送。寻呼信道负荷过重时必须及时减荷。短消息虽然只在一个小范围（如一个扇区）上发送，但业务量大时，对寻呼信道功能会产生不良影响。

(1)SMS-MT消息在寻呼信道上的发送

cdma2000-1x系统的寻呼信道采用80ms时隙结构。由于任何消息都不能占用三个以上的连续的寻呼信道时隙，短消息最多可占用两个连续时隙。当寻呼信道速率为9600bit/s，两个时隙可容纳192bytes。而除去开销后，可容纳的短消息数据长度实际上更小，例如只有140bytes。

一般SMS-MT消息在寻呼信道传送时，基站可以直接发送包含短消息的寻呼信道递送消息。移动台监视寻呼信道并在收到消息后，在反向接入信道上发送层2确认消息予以确认。这种方式不需要建立专用信道，占用信道资源较少，信号干扰较小。交互次数很少，延时相对较短。缺点就是各个移动台的信道条件和距离基站远近彼此不同，而寻呼信道采用统一的功率发送，在没有功率控制的情况下，数据的正确性无法保证。而且，当寻呼信道负荷较重时，短消息继续通过寻呼信道发送使系统性能恶化，并导致短消息传送延时增加。

(2) SMS-MT消息在业务信道上的发送-已分配的业务信道

短消息可以通过前向业务信道传送。在收到消息后，移动台在反向业务信道上发送层2确认消息加以确认。因此，这种传送方式利用了已有的专用信道，几乎不占用控制信道资源，节省了信道资源，减小了信号干扰。交互次数很少又使得传送的时延很小。同时，由于业务信道采用了闭环功率控制，能够较好的保证数据传送的质量。比起通过寻呼信道传送，短消息长度的上限大大增加。但要求发送短消息时移动台处于对业务信道的控制当中，而这个条件并不总是存在。

(3) SMS-MT消息在业务信道上的发送-无已分配的业务信道

SMS到一个空闲移动台在业务信道上的发送。当MSC决定发送一条SMS点到点消息到一个空闲移动台，并且短消息很长不适合通过寻呼信道发送，则MSC将选择用一个业务信道来发送。消息传送的总过程如图5，分为接入、数据传送和信道撤消三个过程：MSC发送一个寻呼请求消息，其中的服务选项信息单元中包括短消息服务选项号。此后，BS发送一个寻呼消息给移动台,然后建立MS与BS间的业务信道。信道建立以后，MSC发送一个包含短消息数据的ADDS递送消息给BS。BS将通过前向业务信道把包含短消息的数据突发消息发送给MS。MS在反向业务信道上用层2确认消息加以确认。如果Bearer Reply Option包括在SMS点到点消息中，则BS发送SMS确认消息给MSC。

这种传送方式需占用较多的控制信道和业务信道资源，而且产生较大的信号干扰，使系统性能变差。且由于信道建立和释放过程，延时相对很长。但由于业务信道采用了闭环功率控制，能较好的保证数据的正确性。因此这种传送方式适合很长且延时要求不严格的消息。

4．空中信道对多媒体消息的支持

多媒体消息的内容，如声音、动画、图片等，采用二进制的编码，并且长度一般远远大于目前短消息文本的长度。由于现有SMS标准本身的限制，即使在业务信道上，短消息长度（包括开销）最长只能达到255byte，并且无法识别二进制的编码。

增强的消息服务（EMS）可以实现多媒体消息的传送。EMS采用了用户数据头（TP-UDH），其中包含了各种多媒体二进制数据在用户数据块中的位置、属性等格式化信息，因此可以在一个一般的短消息中包含二进制数据，传送多媒体消息。EMS采用了短消息链接机制，链接消息的拆分和拼装一般在移动台实现。在发送端，可以把超长消息拆分为多个正常长度的短消息。每个短消息以TP-UDH开头，TP-UDH中包含了链接短消息参考号（用以区分不同的链接短消息）、链接短消息中的最大短消息数、当前短消息序列号（接收端用此按顺序拼接）等。在接收端，可以根据这些编号信息及发起地址信息、消息中心信息等把多个短消息重新组合起来。最大可以链接255个短消息，按每个消息包含用户数据为140bytes，链接短消息可传送的最大用户数据长度为34.8kbytes。

由于多媒体消息一般很长，要利用EMS的拆分拼接功能，使用业务信道来传送。虽然业务信道的建立和释放产生一定的延时，占用一些控制信道资源，但可以避免频繁的接入和寻

呼过程，减轻公共控制信道压力，提高接入和寻呼信道的工作效率。同时，由于采用专用信道来传送消息，可以较好的保证消息数据传送的正确性。