CDMA2000 1x EV-DO Rev.B系統(tǒng)綜述

摘要　首先從協(xié)議結構、信道結構、關鍵增強技術等方面描述了多載波EV-DO技術的概況，并比較了EV-DO Rev.B、EV-DO Rel.0和EV-DO Rev.A之間的不同之處。最后介紹了EV-DO系統(tǒng)的優(yōu)勢及其未來演進路線。

1、引言

　　cdma2000是由IS-95A/B演進而來的，主要由高通公司倡導。cdma2000 1x可以提供雙倍于IS-95的語音容量以及153.6 kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。隨著用戶需求的不斷增加，尤其是針對高速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，3GPP2提出了cdma2000 1x的演進技術——EV-DO。該技術著重實現(xiàn)對數(shù)據(jù)業(yè)務的增強，并能后向兼容cdma2000 1x技術。EV-DO的演進又可以進一步分為Rel.0、Rev.A、Rev.B以及Rev.C/D等不同階段。cdma2000標準的演進路線如圖1所示。

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圖1　cdma2000標準演進路線

　　2006年5月，3GPP2發(fā)布了EV-DO Rev.B空中接口協(xié)議，即多載波EV-DO。EV-DO Rev.B具有如下優(yōu)勢：進一步提升前向及反向傳輸速率；后向兼容cdma2000 1x和1x EV-DO網(wǎng)絡及終端設備；從峰值速率和QoS等方面增強用戶體驗；降低單比特開銷（這對運營商而言意味著更低的成本）。

2、EV-DO Rev.B協(xié)議棧模型

　　與EV-DO Rev.A協(xié)議結構相比，EV-DO Rev.B協(xié)議棧整體并沒有太大的改動，只是在連接層、MAC層和物理層分別增加了一些與多載波相關的協(xié)議，如圖2所示。其中，連接層增加了快速空閑協(xié)議和多載波路由更新協(xié)議，用于提供移動臺或接入網(wǎng)之間建立程序或者傳遞消息，使網(wǎng)絡能夠了解移動臺的大概位置，當移動臺移動到覆蓋范圍的其他扇區(qū)時仍能同網(wǎng)絡保持無線連接。MAC層增加了針對多載波的前向和反向業(yè)務信道MAC協(xié)議；物理層在原有的Subtype1和Subtype2物理層協(xié)議的基礎上，增加了Subtype3物理層協(xié)議。

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圖2　EV-DO Rev.B協(xié)議棧結構

　　Subtype3物理層協(xié)議規(guī)定的前向及反向物理信道結構如圖3所示。前向信道主要包括導頻信道、MAC信道、控制信道和業(yè)務信道。其中，MAC信道可以分為反向激活比特（RA）、速率控制鎖定（DRCLock）、反向功率控制（RPC）以及自動清求重傳（ARQ）4個子信道。這與EV-DO Rev.A的前向物理信道結構基本相同。但是EV-DO Rev.B前向業(yè)務信道增加了6 144、7 168和8 192 Bit三種較大的包，并增加了16QAM調制方式，MACIndex擴展至384個，前向業(yè)務信道和控制信道采用128階的Walsh碼。

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圖3　Subtype3物理信道結構

　　反向信道包括接入信道和反向業(yè)務信道。接入信道包括一個導頻信道和一個數(shù)據(jù)信道。反向業(yè)務信道可能包括一個或多個導頻信道，一個或更多的RRI、ACK、DSC、DRC和數(shù)據(jù)信道。反向業(yè)務信道也可能包括一個或更多的副導頻信道。在反向物理信道中，將DRC信道、ACK信道和DSC信道歸于前向反饋信道，用于反向鏈路對前向信道的反饋。根據(jù)反向對前向多載波的不同反饋信道復用方式，可以將復用模式分為無反饋復用模式、基本反饋復用模式和增強反饋復用模式三種：在無反饋復用模式下，反向業(yè)務信道由一個或多個使用惟一用戶長碼的反向CDMA信道組成，路由更新協(xié)議的公共參數(shù)定義了分配的反向CDMA信道，每個反向CDMA信道承載最多一個子激活集的前向信道的反饋信道；在基本反饋復用模式下，反向信道由一個或多個反向CDMA信道組成，不同的前向CDMA信道對應的DRC信道、ACK信道和DSC信道復用到一個反向CDMA信道，這個反向CDMA信道使用惟一的用戶長碼傳輸；在增強反饋復用模式下，至少有一個使用某個長碼的反向CDMA信道承載了4個不同子激活集的前向CDMA信道的反饋，一個反向CDMA信道最多使用4個長碼，因此一個反向載波最多可以承載16個前向CDMA信道的反饋。

3、增強技術

　　3.1　功率控制

　　與EV-DO Rev.A不同的是，EV-DO Rev.B是多載波系統(tǒng)，前向和反向可能同時存在多個載波，不同載波間功率如何分配成為EV-DO Rev.B中需重要解決的問題。移動臺能夠為每個反向激活CDMA信道提供兩種獨立的功率控制手段：一是由移動臺完成的開環(huán)估計；二是由移動臺和接入網(wǎng)共同參加的閉環(huán)修正。

　　對于某個給定的AT，它相鄰兩個載波的發(fā)送功率值的差別不能超過一個最大值差值門限（MaxRLTxPwrDiff）。對于任意兩個相鄰的反向CDMA信道對，即使增加其中某載波的功率值，移動臺也應該保證兩載波之間的功率差別不超過該功率的差值門限。當更新MaxRLTxPwrDiff值后，新的MaxRLTxPwrDiff值只能應用在這個包已經(jīng)達到最大傳輸次數(shù)后的子幀時刻或者這個包提前終止的那個時刻。也就是說，只有當一個包傳輸完畢，才能更新MaxRLTxPwrDiff。

　　3.2　集合管理

　　單載波系統(tǒng)使用導頻信道的PN偏置來區(qū)分不同的導頻。而在多載波系統(tǒng)中，由于同一個基站可能配備多個載波，單純依靠PN偏置是不夠的，因此采用【PN碼偏置，CDMA信道（即載波號）】這樣的二維向量來區(qū)分不同的導頻。具有相同PN碼偏置的導頻歸屬于同一個導頻組，這樣可以避免移動臺向屬于同一基站的多個導頻重復發(fā)送報告，導頻組中的一個導頻就可以代表整個導頻組。在激活集、候選集和相鄰集中，移動臺只報告每個集合中單個導頻的強度。激活集中可以有多個來自同一個導頻組的導頻。但是從激活集中退出的導頻不一定就加入候選集，由于導頻組的存在，若該導頻想加入候選集，則要求該導頻所在的導頻組不能存在于激活集之內。也就是說，屬于激活集的以及導頻組中的所有導頻不能再出現(xiàn)在候選集和相鄰集中。

　　3.3　調制方式

　　反向數(shù)據(jù)信道的CDMA信道的調制方式有BPSK、QPSK和8PSK三種，以及4階Walsh碼和2階Walsh碼調制。因此，調制方式有Q4、Q2、Q4Q2、E4E2和E2等節(jié)種，這與EV-DO Rev.A是相同的。與EV-DO Rev.A相比，在原有QPSK、8PSK和16QAM的基礎上，前向物理層包的調制方式增加了64QAM，前向MAC信道的MACIndex擴展至384個。

　　3.4　多載波RLP

　　在多載波系統(tǒng)中，原本屬于一個數(shù)據(jù)流的多個數(shù)據(jù)包應如何在多個載波上進行傳輸與合并，是由多載波無線鏈路協(xié)議（RLP）完成的。多鏈路RLP的主要功能是把分流在不同載波上的數(shù)據(jù)在接收端按照發(fā)送時設置的序號重新組合在一起。為了避免錯誤地檢測分組丟失，多載波RLP在RLP序號的基礎上，增加了鏈路序號。終端使用鏈路序號在每個單獨的鏈路上檢測該鏈路上是否存在分組缺失，然后再使用RLP序號重組不同鏈路上接收到的分組。鏈路序號在分組重傳時無需使用，并且鏈路序號的長度應充分大，以避免在某個鏈路上出現(xiàn)鏈路序號的循環(huán)重疊。

　　3.5　負載均衡

　　負載均衡的目的是保證網(wǎng)絡負載均勻地分配在載波上。負載均衡可以分為靜態(tài)均衡和自適應均衡兩大類。靜態(tài)負載均衡是通過把每個新接入終端分配到某些載波上實現(xiàn)。但是由于應用層數(shù)據(jù)流的變化和數(shù)據(jù)源的突發(fā)性，靜態(tài)負載均衡不能在短的時間刻度上達到均衡負載，而自適應負載均衡可以通過在接入網(wǎng)和移動臺之間協(xié)作實現(xiàn)。

　　可以在連接建立階段分配載波，由網(wǎng)絡根據(jù)終端的流請求、可用功率余量和終端的功能等為終端分配載波。除此之外，網(wǎng)絡可以根據(jù)需要在連接中再分配和解除載波。載波的分配和解除可以由網(wǎng)絡或者終端發(fā)起，但大多數(shù)情況下均由網(wǎng)絡決定最終的分配方案。

　　3.6　載波部署

　　EV-DO Rev.B系統(tǒng)支持靈活的載波部署方案。有兩種部署方案：一種為重疊方式，即在當前EV-DO Rev.A單載波系統(tǒng)的基礎上增加載波；另一種為混合頻率復用方式，即不同的載波使用不同的頻率復用系數(shù)，所有反向鏈路載波的復用系數(shù)均為1，并在前向鏈路載波復用系數(shù)為1的基礎上，增加頻率復用系數(shù)為3的載波。

　　混合頻率復用方式使得EV-DO Rev.B系統(tǒng)可以利用非對稱或者零散頻帶，以提高系統(tǒng)頻帶配置的靈活性和多樣性。

4、EV-DO Rev.B系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　多載波EV-DO系統(tǒng)作為EV-DO Rev.A的演進技術，將數(shù)據(jù)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，進一步提高了頻帶利用率、降低了單比特的成本，還具有靈活的帶寬分配方式、更好的QoS保證以及增強的用戶體驗。

　　作為多載波系統(tǒng)，EV-DO Rev.B的另一個顯著特點是，除了可以獲得時域內的多用戶分集增益外，還可獲得頻域內的分集增益，因此能達到較高的頻譜效率。信道的頻率選擇性和自適應負載均衡，使得前向性能得到增強。混合自動請求重傳使傳輸提前終止，再加上精確的速率控制算法，使得反向峰值速率獲得極大的提升。

　　EV-DO Rev.B技術的優(yōu)勢可以總結為以下幾點。

　　●后向兼容現(xiàn)有系統(tǒng)。

　　●更高的前向和反向峰值速率。

　　●較低的時延，提高對QoS的支持。

　　●通過不同載波間的頻率選擇性衰落獲得更高的頻譜效率。

　　●在不同載波之間達到自適應負載均衡。

　　●靈活的雙工及頻帶配置。

5、EV-DO系統(tǒng)的未來演進路線

　　目前，cdma2000 1x EV-DO Rel.0及Rev.A已在部分國家和地區(qū)實現(xiàn)商用，EV-DO Rev.B的規(guī)范也已公布，并有望于2007年實現(xiàn)商用部署。

　　EV-DO Rev.B技術作為AIE TEM確定的EV-DO演進第一階段目前已展現(xiàn)出來。EV-DO未來演進還包括EV-DO Rev.C和EV-DO Rev.D標準。EV-DO Rev.C中要引入OFDM、MIMO、SDMA以及干擾消除技術，從而使下行鏈路的峰值傳輸速率提高到200 Mbit/s，以提高扇區(qū)吞吐量。3GPP2在2006年6月收集了針對EV-DO Rev.C系統(tǒng)的建議和反饋意見。而EV-DO Rev.D很有可能是嚴格意義上的4G技術。

6、結束語

　　cdma2000 1x EV-DO Rev.B作為cdma2000 AIE的第一階段，能夠后向兼容現(xiàn)有的EV-DO Rel.0及Rev.A系統(tǒng)，較顯著地降低單位比特的成本，獲得更高的頻譜利用率。除了可以實現(xiàn)更高的傳輸速率和更低的時延外，頻率選擇性增益及自適應負載均衡可以為時延不敏感的業(yè)務帶來額外的增益。此外，EV-DO Rev.B能夠支持混合頻率復用部署方式，進而提高頻率配置的靈活性。EV-DO Rev.C作為cdma2000 AIE的第二階段，目前已得到廣泛的關注，有望在未來一兩年的時間內完成標準的制定甚至可以進行商用部署。