cdma 2000 1x EV-DO Rev.B系统综述

admin

1、引言
　　cdma2000是由IS-95A/B演进而来的，主要由高通公司倡导。cdma2000 1x可以提供双倍于IS-95的语音容量以及153.6 kbit/s的数据传输速率。随着用户需求的不断增加，尤其是针对高速数据业务的需求，3GPP2提出了cdma2000 1x的演进技术——EV-DO。该技术着重实现对数据业务的增强，并能后向兼容cdma2000 1x技术。EV-DO的演进又可以进一步分为Rel.0、Rev.A、Rev.B以及Rev.C/D等不同阶段。cdma2000标准的演进路线如图1所示。

图1　cdma2000标准演进路线

　　2006年5月，3GPP2发布了EV-DO Rev.B空中接口协议，即多载波EV-DO。EV-DO Rev.B具有如下优势：进一步提升前向及反向传输速率；后向兼容cdma2000 1x和1x EV-DO网络及终端设备；从峰值速率和QoS等方面增强用户体验；降低单比特开销（这对运营商而言意味着更低的成本）。
2、EV-DO Rev.B协议栈模型
　　与EV-DO Rev.A协议结构相比，EV-DO Rev.B协议栈整体并没有太大的改动，只是在连接层、MAC层和物理层分别增加了一些与多载波相关的协议，如图2所示。其中，连接层增加了快速空闲协议和多载波路由更新协议，用于提供移动台或接入网之间建立程序或者传递消息，使网络能够了解移动台的大概位置，当移动台移动到覆盖范围的其他扇区时仍能同网络保持无线连接。MAC层增加了针对多载波的前向和反向业务信道MAC协议；物理层在原有的Subtype1和Subtype2物理层协议的基础上，增加了Subtype3物理层协议。

图2　EV-DO Rev.B协议栈结构

　　Subtype3物理层协议规定的前向及反向物理信道结构如图3所示。前向信道主要包括导频信道、MAC信道、控制信道和业务信道。其中，MAC信道可以分为反向激活比特（RA）、速率控制锁定（DRCLock）、反向功率控制（RPC）以及自动清求重传（ARQ）4个子信道。这与EV-DO Rev.A的前向物理信道结构基本相同。但是EV-DO Rev.B前向业务信道增加了6 144、7 168和8 192 Bit三种较大的包，并增加了16QAM调制方式，MACIndex扩展至384个，前向业务信道和控制信道采用128阶的Walsh码。

图3　Subtype3物理信道结构

　　反向信道包括接入信道和反向业务信道。接入信道包括一个导频信道和一个数据信道。反向业务信道可能包括一个或多个导频信道，一个或更多的RRI、ACK、DSC、DRC和数据信道。反向业务信道也可能包括一个或更多的副导频信道。在反向物理信道中，将DRC信道、ACK信道和DSC信道归于前向反馈信道，用于反向链路对前向信道的反馈。根据反向对前向多载波的不同反馈信道复用方式，可以将复用模式分为无反馈复用模式、基本反馈复用模式和增强反馈复用模式三种：在无反馈复用模式下，反向业务信道由一个或多个使用惟一用户长码的反向CDMA信道组成，路由更新协议的公共参数定义了分配的反向CDMA信道，每个反向CDMA信道承载最多一个子激活集的前向信道的反馈信道；在基本反馈复用模式下，反向信道由一个或多个反向CDMA信道组成，不同的前向CDMA信道对应的DRC信道、ACK信道和DSC信道复用到一个反向CDMA信道，这个反向CDMA信道使用惟一的用户长码传输；在增强反馈复用模式下，至少有一个使用某个长码的反向CDMA信道承载了4个不同子激活集的前向CDMA信道的反馈，一个反向CDMA信道最多使用4个长码，因此一个反向载波最多可以承载16个前向CDMA信道的反馈。
3、增强技术
　　3.1　功率控制
　　与EV-DO Rev.A不同的是，EV-DO Rev.B是多载波系统，前向和反向可能同时存在多个载波，不同载波间功率如何分配成为EV-DO Rev.B中需重要解决的问题。移动台能够为每个反向激活CDMA信道提供两种独立的功率控制手段：一是由移动台完成的开环估计；二是由移动台和接入网共同参加的闭环修正。
　　对于某个给定的AT，它相邻两个载波的发送功率值的差别不能超过一个最大值差值门限（MaxRLTxPwrDiff）。对于任意两个相邻的反向CDMA信道对，即使增加其中某载波的功率值，移动台也应该保证两载波之间的功率差别不超过该功率的差值门限。当更新MaxRLTxPwrDiff值后，新的MaxRLTxPwrDiff值只能应用在这个包已经达到最大传输次数后的子帧时刻或者这个包提前终止的那个时刻。也就是说，只有当一个包传输完毕，才能更新MaxRLTxPwrDiff。
　　3.2　集合管理
　　单载波系统使用导频信道的PN偏置来区分不同的导频。而在多载波系统中，由于同一个基站可能配备多个载波，单纯依靠PN偏置是不够的，因此采用【PN码偏置，CDMA信道（即载波号）】这样的二维向量来区分不同的导频。具有相同PN码偏置的导频归属于同一个导频组，这样可以避免移动台向属于同一基站的多个导频重复发送报告，导频组中的一个导频就可以代表整个导频组。在激活集、候选集和相邻集中，移动台只报告每个集合中单个导频的强度。激活集中可以有多个来自同一个导频组的导频。但是从激活集中退出的导频不一定就加入候选集，由于导频组的存在，若该导频想加入候选集，则要求该导频所在的导频组不能存在于激活集之内。也就是说，属于激活集的以及导频组中的所有导频不能再出现在候选集和相邻集中。
　　3.3　调制方式
　　反向数据信道的CDMA信道的调制方式有BPSK、QPSK和8PSK三种，以及4阶Walsh码和2阶Walsh码调制。因此，调制方式有Q4、Q2、Q4Q2、E4E2和E2等节种，这与EV-DO Rev.A是相同的。与EV-DO Rev.A相比，在原有QPSK、8PSK和16QAM的基础上，前向物理层包的调制方式增加了64QAM，前向MAC信道的MACIndex扩展至384个。
　　3.4　多载波RLP
　　在多载波系统中，原本属于一个数据流的多个数据包应如何在多个载波上进行传输与合并，是由多载波无线链路协议（RLP）完成的。多链路RLP的主要功能是把分流在不同载波上的数据在接收端按照发送时设置的序号重新组合在一起。为了避免错误地检测分组丢失，多载波RLP在RLP序号的基础上，增加了链路序号。终端使用链路序号在每个单独的链路上检测该链路上是否存在分组缺失，然后再使用RLP序号重组不同链路上接收到的分组。链路序号在分组重传时无需使用，并且链路序号的长度应充分大，以避免在某个链路上出现链路序号的循环重叠。
　　3.5　负载均衡
　　负载均衡的目的是保证网络负载均匀地分配在载波上。负载均衡可以分为静态均衡和自适应均衡两大类。静态负载均衡是通过把每个新接入终端分配到某些载波上实现。但是由于应用层数据流的变化和数据源的突发性，静态负载均衡不能在短的时间刻度上达到均衡负载，而自适应负载均衡可以通过在接入网和移动台之间协作实现。
　　可以在连接建立阶段分配载波，由网络根据终端的流请求、可用功率余量和终端的功能等为终端分配载波。除此之外，网络可以根据需要在连接中再分配和解除载波。载波的分配和解除可以由网络或者终端发起，但大多数情况下均由网络决定最终的分配方案。
　　3.6　载波部署
　　EV-DO Rev.B系统支持灵活的载波部署方案。有两种部署方案：一种为重叠方式，即在当前EV-DO Rev.A单载波系统的基础上增加载波；另一种为混合频率复用方式，即不同的载波使用不同的频率复用系数，所有反向链路载波的复用系数均为1，并在前向链路载波复用系数为1的基础上，增加频率复用系数为3的载波。
　　混合频率复用方式使得EV-DO Rev.B系统可以利用非对称或者零散频带，以提高系统频带配置的灵活性和多样性。
4、EV-DO Rev.B系统的优势
　　多载波EV-DO系统作为EV-DO Rev.A的演进技术，将数据速率由前向3.1 Mbit/s/反向1.8 Mbit/s提升到了前向73.5 Mbit/s/反向27 Mbit/s，进一步提高了频带利用率、降低了单比特的成本，还具有灵活的带宽分配方式、更好的QoS保证以及增强的用户体验。
　　作为多载波系统，EV-DO Rev.B的另一个显著特点是，除了可以获得时域内的多用户分集增益外，还可获得频域内的分集增益，因此能达到较高的频谱效率。信道的频率选择性和自适应负载均衡，使得前向性能得到增强。混合自动请求重传使传输提前终止，再加上精确的速率控制算法，使得反向峰值速率获得极大的提升。
　　EV-DO Rev.B技术的优势可以总结为以下几点。
　　●后向兼容现有系统。
　　●更高的前向和反向峰值速率。
　　●较低的时延，提高对QoS的支持。
　　●通过不同载波间的频率选择性衰落获得更高的频谱效率。
　　●在不同载波之间达到自适应负载均衡。
　　●灵活的双工及频带配置。
5、EV-DO系统的未来演进路线
　　目前，cdma2000 1x EV-DO Rel.0及Rev.A已在部分国家和地区实现商用，EV-DO Rev.B的规范也已公布，并有望于2007年实现商用部署。
　　EV-DO Rev.B技术作为AIE TEM确定的EV-DO演进第一阶段目前已展现出来。EV-DO未来演进还包括EV-DO Rev.C和EV-DO Rev.D标准。EV-DO Rev.C中要引入OFDM、MIMO、SDMA以及干扰消除技术，从而使下行链路的峰值传输速率提高到200 Mbit/s，以提高扇区吞吐量。3GPP2在2006年6月收集了针对EV-DO Rev.C系统的建议和反馈意见。而EV-DO Rev.D很有可能是严格意义上的4G技术。
6、结束语
　　cdma2000 1x EV-DO Rev.B作为cdma2000 AIE的第一阶段，能够后向兼容现有的EV-DO Rel.0及Rev.A系统，较显著地降低单位比特的成本，获得更高的频谱利用率。除了可以实现更高的传输速率和更低的时延外，频率选择性增益及自适应负载均衡可以为时延不敏感的业务带来额外的增益。此外，EV-DO Rev.B能够支持混合频率复用部署方式，进而提高频率配置的灵活性。EV-DO Rev.C作为cdma2000 AIE的第二阶段，目前已得到广泛的关注，有望在未来一两年的时间内完成标准的制定甚至可以进行商用部署。