cdma2000 1x EV-DO 的技术特点和北电的优势

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计算机互连网使人们学习、生活和工作的各个方面都发生了革命性的变化。可以预见，随着无线移动网络技术的发展，人们希望随时、随地接入计算机互连网，并且对各种多媒体业务的要求也越来越迫切。这就要求无线移动网络能够提供高速接入计算机互连网的能力。尽管cdma2000 1x已由许多无线运营商部署并投入运营，提供153.6kbps的数据传输链路，但还不能完全满足人们高速访问计算机互连网的要求。因此，工业界开发出了cdma2000 1x EV-DO的解决方案。它将高速数据信道与语音信道分离，充分利用了数据业务在实时性要求、误码率要求和对称性方面的特点，大大提高了系统的效率，在与cdma2000 1x载波宽度（1.25MHz）一样的频带上，为用户提供高达2.4Mbps的数据链路。它可以独立地建成无线移动数据网络，也可以与cdma2000 1x混合组网，互为补充，完成ITU对3G系统制定的功能要求。
本文从技术特点、为运营商带来的好处两个方面介绍了cdma2000 1x EV-DO的解决方案。最后介绍了北电cdma2000 1x EV-DO产品的优势。
1. 1xEV-DO 的技术特点
1xEV-DO由于采用了巧妙的设计思想和先进的技术，使得系统具有用户峰值数据速率（每一用户瞬间数据速率的最大值）高、平均吞吐量（每扇区每秒能传送并被全部所服务用户成功接收的信息量）大的优势。下面分别叙述其技术特点。
1.1. 前向链路时分复用
一般情况下，数据业务流是非对称的。从网络侧流向移动终端（前向链路）的数据流大于移动终端流向网络（反向链路）的数据流。因此，前向链路需要的射频资源将大于反向链路。1xEV-DO 的开发充分利用了数据通信业务的不对称性和数据业务对实时性要求不高的特征，前向链路设计为时分复用（TDM)CDMA信道。对于前向链路，在给定的某一瞬间，某一用户将得到1xEV-DO载波的全部功率。另外，不管是传输控制信息还是传输业务信息，1xEV-DO 的载波总是以全功率发射。
1.2. 速率控制
在1xEV-DO网络中，前向链路的发射功率不变，即没有功率控制机制。但是，采用了速率控制机制，速率随着前向射频链路质量而变化。基站不决定前向链路的速率，而是由移动终端根据测得的C／I值请求最佳的数据速率。基站按移动终端请求的数据速率决定是否向移动终端传输数据。移动终端用数据速率信道（DCR）向基站指明其使用的数据速率。
1.3. 自适应调制编码技术
根据前向射频链路的传输质量，移动终端可以要求9种数据速率，最低为38.4kbps, 最高为2457.6kbps。在1.25MHz的载波上能传输如此高速的数据，其原因是采用了高阶调制解调并结合纠错编码技术。前向链路共使用了3种调制解调技术：QPSK，8－PSK和16－QAM。当RF信道传输质量好时，即C/I较高的情况下，使用8－PSK或16－QAM。
1.4. 混合自动重传请求技术（H-ARQ）
最初的高速数据速率(HDR)系统采用固定数量的时隙重复传送数据包，这在信道传输质量好时将会浪费系统的传输效益。为了改进系统性能，北电网络的工程师在3GPP2提出了混合自动重传技术，并且成为1xEV-DO标准的差错控制技术。其核心思想是，根据传输的数据速率，确定每个分组重复传送的最大时隙数。在传送过程中，当AN收到AT的肯定应答（ACK）以后，不管是否已经传送的次数达到最大数，立即开始发送下一分组。这将大大利用信道传输质量好时给系统带来的传输效益。
1.5. 调度程序使射频资源发挥最大效能
在基站中有一个调度程序决定下一个时隙给哪一个用户使用。在瑞利衰落环境下，移动终端将受到比较深的衰落。对于cdma2000 1x，当发生衰落时，基站必须增大发射功率，这将增加系统的干扰，损伤系统的射频容量。而对于1xEV-DO,当移动终端处于衰落状态时，基站的调度程序就不给它分配传输时间或少分配传输时间。调度程序向某一用户分配时隙是根据移动终端请求的速率与其平均吞吐量之比最高的原则。当某一用户处于衰落时，请求的速率比较低，这样它请求的速率与其平均吞吐量之比值较低，于是，为处于衰落的用户分配时隙的可能性就比较低。这就是1xEV-DO 的多用户分集增益，从而增加网络的容量。
1.6. 前向链路切换为硬切换
在某一瞬间，接入的移动终端仅接收一个基站的数据，前向链路使用速率控制而不是在cdma2000 1x中使用的功率控制，它不需要软切换。接入的移动终端接收它激活的信道中的最强的载波的数据。它监视激活的信道中的所有载波的信号强度，如果另一个扇区的载波信号强，则请求切换。反向链路的软切换和cdma2000 1x类似。
1.7. 反向链路数据速率控制
尽管 1xEV-DO 系统的反向链路与cdma2000 1x相似，两者之间也有一些区别。在1xEV-DO 系统中，对反向链路移动终端使用的数据速率没有直接的控制。移动终端传送的分组中携带了数据速率的信息。
基站向移动终端广播反向链路的占用情况比特（RAB)，以此向移动终端指示反向链路是否满载。如果反向链路满载，RAB 就置成"忙"。此时，移动终端将根据基本试验的随机数，降低反向链路传送的数据速率或保持速率不变。如果随机数高于某一特定数据速率的阈值，该数据速率降低，所以，数据速率越高，速率降低的可能性就越大。反之，如果RAB没有置成"忙"，移动终端将根据基本试验的随机数，增加反向链路传送的数据速率或保持速率不变。这种情况下，对于当前数据速率低的用户，其增加数据速率的可能性就大。
1.8. R-P会话的建立
在IP网络中，数据分组的选路基于节点的IP地址。在蜂窝和个人通信网中，呼叫的选路是基于IMSI／MIN，但在 1xEV-DO 网络中，选路不需要国际移动用户识别符和移动识别号码（IMSI/MIN)。所以，1xEV-DO 接入终端不需要提前分配IMSI/MIN。对于R-P会话在RNC和PDSN之间的切换需要另外的解决方案。为了成功地在同一个PDSN的RNC／BSC（PDSN内部，RNC之间）之间传送会话，移动终端的IMSI应该一样。
由于移动终端没有IMSI，当RNC在移动终端和PDSN之间开始一个会话时，就给移动终端分配一个IMSI。在1xEV-DO 的标准中，引入了一个新的接口A12。它是RNC和AN-AAA服务器之间的接口。AN-AAA有两个功能：第一，完成对移动终端的鉴权。因为1xEV-DO 的终端不在MSC注册， 所以在MSC没有1xEV-DO 的鉴权设施。AN-AAA服务器对移动终端的鉴权基于网络接入识别符（NAI)，或者称作用户鉴权口令。第二，AN-AAA在它的鉴权接受消息中向RNC返送一个IMSI值。这个IMSI用于RNC与PDSN建立R-P会话。用这种方法可以为一个双模终端在1xEV-DO和1x网络中分配相同的IMSI。这也正是会话在1xEV-DO和cdma2000 1x网络之间切换所要求的。
如果1xEV-DO 网络中未部署 AN-AAA服务器，RNC必须用其他的专用方法为移动终端分配 IMSI。但必须保证IMSI在整个网络中是唯一的。没有AN-AAA服务器时，不能完成1xEV-DO RNC和cdma2000 1x BSC之间的R-P会话切换。移动终端只能依靠移动IP来保持它的IP地址在穿过网络边缘时不变。如果网络没有移动IP功能， 在移动终端通过网络边缘时，必须分配新的IP地址。部署AN-AAA有利于快速切换和改善移动终端通过网络边缘时的性能。
1.9. 1xEV-DO 与cdma2000 1x比较
为了更好的理解1xEV-DO的技术特征，本节将其与 cdma2000 1x 进行比较。1xEV-DO 与cdma2000 1x 相比有两大优点：（1）峰值速率高；（2）容量大，可支持的用户多。其主要差别是，在cdma2000 1x 中，网络侧不但决定前向链路的数据速率，而且还直接控制反向链路的数据速率。但在1xEV-DO 技术中，接入的移动终端决定前向链路的数据速率，基站根据移动终端请求的速率决定是否给该移动终端传输数据。因此，1xEV-DO 的网络性能很大程度取决于移动终端使用的算法。基站在前向链路不能选择数据速率，但它能决定向每一个终端发送数据的时刻。表1示出了这两种技术的差别。

2. 1xEV-DO 给无线运营商带来的好处
1xEV-DO 和cdma2000 1x结合组网就可以完成3G高速传输数据和高效传输话音信号的承诺。几乎所有的用户都希望在任何地方、任何时间以最低的花费进行通信。无线运营商部署了1xEV-DO 网络后，它的无线因特网向用户提供的数据业务速率比现在的典型数据业务速率快150倍。1xEV-DO 提供的大容量和丰富的特征使得无线运营商迅速占领无线因特网市场。关键的好处有以下几点：
2.1. 新的利润增长点
如果无线运营商能提供高速移动数据业务，那末，不论是现在，还是将来，它在市场中的竞争力将大大增强。3G的市场具有极大的潜力，cdma2000及其演进的无线技术、标准均趋于成熟，cdma2000的终端也已经大量商用，cdma2000 1x和1xEV-DO的网络设施已经在全球许多地区部署，为将近4000万用户提供服务。这些都表明，1xEV-DO完全可以作为运营商提供高速数据业务的平台。
2.2. 大大提高频谱利用率
众所周知，频谱资源是不可再生的资源，必须高效地利用。1xEV-DO 使得每个载波－扇区支持的数据用户数大幅度增加。北电网络的初步研究表明，在一定的网络负载下，1xEV-DO 支持的用户数比cdma2000 1x高出300％，比HDR技术高出20－30％。无线运营商通过部署1xEV-DO ，每载波－扇区可以支持更多的用户，使得其每扇区的利润大幅度增加。
2.3. 提高数据速率
1xEV-DO 向移动用户提供全新的体验。它提供的峰值数据速率可以达到2.4Mbps,相当于GPRS的21倍（Class 2)。利用这种高速数据链路，运营商将获得更多的机会：
* 1）对运营商来说，新的数据速率意味着新的数据业务产品；
* 2）带宽在无线数据市场是一个关键特色。1xEV-DO 在前向链路提供高达2.4Mbps的数据传输速率，就像在宽带市场的DSL一样，其宽带优势将大大增加利润。
* 3）无线运营商现在部署了1xEV-DO ，就意味着它在今天的高速数据市场占有了用户。这对于数据业务运营模型是非常重要的。因为用户一旦成为某一运营商的网络用户以后，一般都不愿意再换网络。
2.4. 与cdma2000 1x 无缝兼容
由于1xEV-DO 与cdma2000 1x 兼容，运营商在部署1xEV-DO 时具有很大的灵活性。当用户移动出1xEV-DO 覆盖的区域时，将切换到cdma2000 1x 网络，数据传输不中断。
3. 北电网络1xEV-DO 综述
北电网络自1995年即开始开发IS－95 CDMA产品，历经8年的努力，已积累了丰富的CDMA经验，前商用的CDMA基站，集成度高，模块数量少, 产品成熟。其最大的优势就是从cdma2000 1x系统的平滑演进。cdma2000 1x基站增加DO模块便可支持EV-DO功能，PDSN与cdma2000 1x相同。由于北电的产品具有优越的继承性，客户将其称为"常青树"。通过把多年的CDMA经验成功应用于cdma2000 1x EV-DO系统，北电已率先于2002年3月为美国无线运营商Verizon部署了1x EV-DO试验网，今年3月，Verizon宣布将在今年年中部署由北电提供的1x EV-DO 商用网络。2003年1月，为澳大利亚无线运营商Telestra部署了1x EV-DO试验网，相继与印尼的PTWIN和台湾的APBW签订了1x EV-DO的供货合同。这不仅为运营商占领移动数据市场提供了良好的产品支持，同时也充分证明了北电网络在cdma2000 1x EV-DO系统产品的业界领先地位。
3.1. 1xEV-DO 网络结构
由于1xEV-DO 只提供数据业务，1xEV-DO的网络是一个端到端的IP数据网。移动终端通过空中接口与基站或接入点（AP）互通。基站与无线网络控制器（RNC)连接。RNC负责无线资源管理和移动性管理。它与1x网络中的BSC的功能相似。但是，RNC不象BSC那样与MSC相互作用。PDSN是1xEV-DO 网络与公用IP网络之间的网关。
北电1xEV-DO 产品从cdma2000 1x 演进，以其先进的Metro Cell产品系列为基础，最大限度地利用运营商以前的投资，减少网络总体运营成本。北电的1xEV-DO 产品包括DO模块，DO无线网络控制器和PDSN。1xEV-DO 网络的参考模型如下图所示。

部署1xEV-DO 网络时，只需在cdma2000 1x 网络上叠加。在原来的cdma2000 1x基站上增加DO模块，增加DO RNC，即可组成cdma2000 1x 与1xEV-DO的双模网络。
3.2. DOM模块集成到 Metro Cell
DOM模块提供1xEV-DO 基带处理、控制和接口功能。插到Metro Cell的2个XCEM的插槽内。一个DOM模块可以支持1载波3扇区。通过增加DOM模块支持更多的载波和扇区。DOM模块与Metro Cell内原来的1x模块共享GPSTM、天线、双工器和直流电源。
DOM模块与下一代的多载波灵活配置无线模块MFRM兼容。DOM模块向MFRM模块传送基带数据信号，也从MFRM模块接收基带数据信号。MFRM 每个部分可以支持一个1xEV-DO 1载波3扇区，同时在邻信道支持话音业务。
DOM模块完成IP包与T1/E1的编解码，提供到DO-RNC的传输。IP数据包和控制信号通过专有的T1/E1线路或者以太网传输。这些E1/T1是1xEV-DO 所用，不与cdma2000 1x模块共用。
前向链路支持的数据传输速率为38.4kbps-2.4Mbps。前向链路是时分复用，所以每个用户在特定的时隙以接近链路支持的峰值速率接收它的业务信息。调度程序根据某种规则向每个用户分配时隙。
特性
* 1900 和 800MHz, 2.1GHz, 室内和室外
* 配置灵活
o 1个 DOM 支持单载波，3扇区
o 支持多DO载波配置
o 96个反向CE/DOM；32 CE/扇区
* 最高数据速率
o 前向链路: 2.4 Mbps
o 反向链路: 154 kbps
* 传输链路接口
o 1 至 4个 E1或1个以太网接口/DO载波（3扇区）（根据容量负荷配置）
* 射频输出功率
o 12.5 W （ 1900 MHz),18 W (800MHz),（每载波，双工器输出口测量）
* 共享基站原来的设施：GPS接收机和天线，MFRM，双工器，直流电源

3.3. 1x EV-DO无线网络控制器(DO-RNC)
DO-RNC 是与 NEBS一致的平台。DO-RNC为模块化结构，随着数据业务量的增加，其容量可以从小到大灵活配置，即在机架内增加数据处理模块和接口模块。典型情况下，一个DO-RNC 可以支持200个装配了DO模块的Metro Cell 基站。随着网络业务量的增加，当一个DO-RNC的处理能力不能满足要求时，可以增加DO-RNC以满足要求。一个标准的19英寸机架可以安装3个DO－RNC机箱。
DO-RNC 的主要功能是通过Abis接口与DOM相互作用，控制移动终端在基站之间移动时DO-RNC之间的切换。另一功能是通过标准的R-P接口与PDSN相互作用。
DO-RNC 关键特性
* 遵循的标准:
o IS-856 (空中接口)
o IS-878 (互联互通)
* 开放接口:
o 与PDSN连接的R-P接口 (A10/A11)
o 与AN-AAA连接的A12接口
* 1个RNC 支持200 个DOM(与业务负载有关)
* 与Metro Cell DOM 通过IP 以太网连接
* 超紧凑16插槽PCI机箱，放置在标准的19英寸机架内
* 高度为7英尺的机架可以配置3台RNC，配置灵活
* 遵循3级NEBS
* 所有插件可以热插拔
* 所有插件以及直流供电单元都可以冗余配置
* 运营商级的IP无线网络控制器
* 与IP网络的无缝集成
* 集成的 PCF
* 自动故障恢复
DO-RNC 由下列部件组成:
* 基于NEBS 兼容的C-PCI
* 直流供电电源（N+1 冗余）（输入-48V DC）
* 控制卡（N+1 冗余）
* 网络接口卡. 这些卡的负载共享，可按N＋1冗余供货
对于回程网（backhaul network），DO-RNC支持QoS，同时支持不同的切换方案，包括1x EV-DO 内部的切换，1x EV-DO 与1x EV-DO之间的切换和1x EV-DO与 cdma2000 1x 之间的切换。

3.4. 业界领先的PDSN
PDSN 是1xEV-DO 网络与因特网之间的网关。北电的1xEV-DO网络结构遵循TIA IS-835规范。在1xEV-DO 网络中部署的PDSN，FA和HA是经过证明的业界最领先的Shasta BSN5000平台。该平台是全冗余、运营商级，提供一系列的基于用户的综合IP业务：基于状态的防火墙功能（state-full firewall），反欺诈，QoS ，业务管理，个人内容门户，基于策略的转发和网站导航。还提供全套的、安全的VPN解决方案，与客户端、CPE或基于网络的IP-VPN网络的无缝集成。
对于PDSN和HA的硬件，可以灵活配置业务处理模块和线路接入模块，使得业务处理能够遵循处理器的成本／性能曲线，快速开发新的线路接口模块。将这两种功能分离，可以对处理器进行升级而不影响业务。这与现在的路由器设计不一样，它是将接入和处理捆绑在一起的。
PDSN是移动节点和分组核心网（PCN)之间的移动性定位点。移动节点通过PPP链路链接到PDSN实现与分组网的连接。在IS-835，为PDSN规定的功能如下：
* 建立、维护和终结移动节点和接入网之间的PPP链路层连接
* 为来自和去往分组数据网的分组选择路由
* 支持简单IP和移动IP中的IP地址动态分配
* 支持移动IP中的IP地址静态分配
* 在简单IP接入模式中，对于用户鉴权支持密码鉴权协议PAP (Password Authentication Protocol)/挑战握手鉴权协议CHAP (Challenged Handshake Authentication Protocol)
* 在移动IP接入模式中，支持移动IP用户鉴权
* 基于用户的鉴权、认证和计费，支持 RADIUS 标准
* 支持以简单IP和移动IP接入方法将安全的IP VPN 接入到专用／企业网
北电的PDSN 具有极大的灵活性。支持的用户数与交换矩阵、I/O口的数量和SSC的数量以及业务的类型有关。
北电PDSN 的性能：
* 每个机箱同时支持100,000 个 PPP 会话 (休眠 或 激活)；
* 每个7英尺标准机架（分布式DC供电）同时支持300,000 个 PPP 会话 (休眠 或 激活)
北电HA的性能：
* 每个机箱同时支持128,000 个用户会话
* 每个7英尺标准机架（分布式DC供电）同时支持384,000 个 用户 会话

4. 结束语
本文介绍了cdma2000 1x EV-DO解决方案的技术特点以及为运营商带来的好处，说明了1x EV-DO在系统体制设计上确有其出色之处，系统性能优异，是无线运营商提供高速数据业务的首选平台。北电cdma2000 1x EV-DO产品的诸多优势表明了北电在3G技术领域的领先地位，它将为全球的无线运营商提供业界最具竞争力的3G设备。