CDMA2000無線接入網(wǎng)向EV-DO Rev B分析

0 前言

DO Rev B是繼DO Rev A后的又一個CDMA2000無線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)版本。目前，全球主要CDMA2000網(wǎng)絡(luò)運營商都已成功地部署了DO Rev A網(wǎng)絡(luò)，但是否要將DO Rev A網(wǎng)絡(luò)升級到DO Rev B則是擺在運營商面前的重要問題。首先，DO Rev B在技術(shù)層面領(lǐng)先于DO Rev A，DO Rev B版本的產(chǎn)業(yè)鏈已基本形成，部分運營商已進(jìn)行了商用試驗網(wǎng)驗證，商用時機(jī)已基本成熟。其次，由于HSPA接入技術(shù)的大規(guī)模商用，DO Rev A無線接入網(wǎng)面臨來自其他3G接入網(wǎng)技術(shù)的競爭日趨明顯。最后，LTE的商用路標(biāo)目前尚不明確，給CDMA2000運營商帶來了很大困惑，成為運營商將DO Rev A網(wǎng)絡(luò)升級到DO Rev B的主要潛在風(fēng)險。

本文主要闡述DO Rev A面臨的競爭壓力、DO Rev B相對于DO Rev A的技術(shù)優(yōu)勢、影響DO Rev B部署的LTE及其他因素。

1 DO Rev A網(wǎng)絡(luò)面臨的競爭壓力

截至目前，全球主要WCDMA運營商都已成功地部署了HSPA無線網(wǎng)絡(luò)，在5 MHz帶寬上提供5.76 Mbit/s/14.4 Mbit/s的上/下行峰值速率。目前，主流的商用終端可在HSPA網(wǎng)絡(luò)上獲得1.8 Mbit/s/6.5 Mbit/s的應(yīng)用層上/下行速率，如使用上行2 ms TTI的HSUPA終端，上行可獲得4.6 Mbit/s的應(yīng)用層速率。HSPA可和R99共享載波，也可獨立載波部署。

DO Rev A在1.25 MHz的帶寬上提供1.8 Mbit/s/3.1 Mbit/s的上/下行峰值速率，相較之下HSPA網(wǎng)絡(luò)具有明顯的優(yōu)勢。若DO Rev A網(wǎng)絡(luò)部署3個載波，也只能提升系統(tǒng)容量，而單個用戶的上/下行峰值速率卻無法獲得提升，且多載波間的負(fù)載無法平衡還會給頻譜效率帶來影響。

DO Rev A網(wǎng)絡(luò)面臨著來自HSPA網(wǎng)絡(luò)的用戶峰值速率、頻譜利用率等方面的競爭壓力，迫切需要通過新的增強(qiáng)技術(shù)來改變這種現(xiàn)狀，而DO Rev B則是目前商用時機(jī)最為成熟的演進(jìn)版本。首先，DO Rev B通過引入高階調(diào)制（64-QAM）和更大的MAC層包格式實現(xiàn)了下行峰值速率的提升，可在單載波時獲得1.8 Mbit/s/4.9 Mbit/s的上/下行峰值速率。其次，DO Rev B通過引入多載波功能可實現(xiàn)在20 MHz的帶寬上提供27 Mbit/s/73.5 Mbit/s的上/下行峰值速率，并支持多載波間的自適應(yīng)負(fù)載平衡，從而改善了頻譜利用率。圖1給出了CDMA2000空口標(biāo)準(zhǔn)向3G演進(jìn)的示意圖。

2 DO Rev B技術(shù)增強(qiáng)

DO Rev B引入多鏈路無線鏈路協(xié)議（ML-RLP）實現(xiàn)了信道匯聚、自適應(yīng)服務(wù)扇區(qū)選擇、自適應(yīng)負(fù)載均衡策略等增強(qiáng)技術(shù)，提升了單用戶的上/下行峰值速率、改善了頻譜效率。

2.1 信道匯聚

在DO Rev B網(wǎng)絡(luò)側(cè)，可通過在DO Rev A的信道板上進(jìn)行的軟件升級實現(xiàn)多載波配置，使DO Rev A的信道板支持DO Rev B單載波。DO Rev B在RLP層引入具有信道匯聚功能的多鏈路RLP協(xié)議（ML-RLP），從而使用DO Rev A的信道板通過采用下行鏈路多載波獲得更高的峰值數(shù)據(jù)速率。ML-RLP的操作流程示意如圖2所示。

圖2給出了從基站控制器（BSC）將分組發(fā)送給每一個被分配的載波（信道板）到終端對收到的分組進(jìn)行重組的過程示意。BSC發(fā)給不同信道板的分組的SAR_seq采用統(tǒng)一編號。由于接收端收到某一個載波上發(fā)送的分組時，無法根據(jù)SAR_seq判斷是否存在分組丟失，因此DO Rev B中引入了快速NAK序號（QN_seq），通過某一個載波發(fā)送的分組使用統(tǒng)一的編號空間，接收端收到該載波上的分組時，首先檢測其QN_seq，如果未發(fā)現(xiàn)分組丟失，則依據(jù)收到的分組的SAR_seq對其進(jìn)行重組，否則將會對丟失的分組進(jìn)行重傳請求過程。圖2中，若接收端在接收到《QN_seq，SAR_seq》為《9，6》的分組時，則會發(fā)現(xiàn)《QN_seq，SAR_seq》為《8，4》的分組丟失，就會對其進(jìn)行重傳請求。

升級過的DO Rev A的信道板在作為DO Rev B單載波信道板使用時，不同的信道板互相不能通信且運行各自獨立的調(diào)度器，當(dāng)終端被分配不同載波的信道板時，要使用ML-RLP。

目前已有設(shè)備商通過將3個DO Rev A載波通過軟件升級實現(xiàn)DO Rev B，可獲得5.4 Mbit/s/9.3 Mbit/s的上/下行峰值速率，并已在商用試驗網(wǎng)中成功部署。

2.2 導(dǎo)頻集管理和自適應(yīng)服務(wù)扇區(qū)選擇

DO Rev B的1個導(dǎo)頻是《PN偏置，CDMA頻點》有序二元組。GroupID是DO Rev B導(dǎo)頻組的標(biāo)識。如果2個導(dǎo)頻的PN偏置相同且與導(dǎo)頻相對應(yīng)的GroupID相同，這2個導(dǎo)頻則屬同一個導(dǎo)頻組。AT只對激活集和候選集中每個導(dǎo)頻組中的1個導(dǎo)頻報告其導(dǎo)頻強(qiáng)度。激活集是指AT可在下行鏈路請求數(shù)據(jù)傳送的《PN偏置，CDMA頻點》有序二元組。相鄰集是指切換的候選扇區(qū)和覆蓋了AT附近地理區(qū)域的扇區(qū)的集合。導(dǎo)頻組分配和DSC指向見圖 3。

圖3中，使用ML-RLP，AT可同時向處于不同頻率上的不同小區(qū)請求數(shù)據(jù)，DO Rev B中數(shù)據(jù)源控制信道（DSC）用來選擇每個下行鏈路載波的最佳下行鏈路數(shù)據(jù)源。AT的激活集中導(dǎo)頻《pn=a，f1》和《pn=b，f1》的覆蓋區(qū)域相鄰，導(dǎo)頻《pn=b，f1》和《pn=b，f2》為《pn=a，f1》相鄰集，而《pn=a，f1》和《pn=b，f2》則分別為該AT在f1和f2 2個頻率上的最佳下行鏈路數(shù)據(jù)源。由圖2可知，激活集中的導(dǎo)頻分別屬于導(dǎo)頻組x和導(dǎo)頻組y。由于在頻點2上PN偏置為a的扇區(qū)不發(fā)射，減少了相鄰信道干擾，導(dǎo)頻《pn=b，f2》的覆蓋是大于《pn=b，f1》的。

2.3 載波間自適應(yīng)負(fù)載平衡

與單載波系統(tǒng)一樣，DO Rev B的導(dǎo)頻分配在BSC中完成，單載波系統(tǒng)中靜態(tài)負(fù)載平衡是通過給每個新的AT分配1組載波來實現(xiàn)的。由于應(yīng)用流的可變特性和突發(fā)數(shù)據(jù)源，所以靜態(tài)負(fù)載平衡不能在更短的時間尺度上獲得載波間的負(fù)載統(tǒng)一。在DO Rev B中，AN基于載波負(fù)載、終端流的組成和終端能力為每個AT分配載波，來實現(xiàn)自適應(yīng)負(fù)載平衡。

在下行鏈路，AN的負(fù)載平衡可細(xì)化到每個數(shù)據(jù)分組。AT通過采用每個數(shù)據(jù)分組的子載波選擇機(jī)制可在上行鏈路上獲得類似的負(fù)載平衡。如果維持載波間統(tǒng)一的負(fù)載，AN可按照將容量利用和頻譜效率增益最大化的方法為AT分配載波。在這個前提下，AN可為AT分配所有它支持的載波，這將允許終端在“最好”的載波上接收始于“最好”時隙的分組發(fā)送。在上行鏈路上，負(fù)載平衡保證了每個載波上的干擾幾乎相等，使得AT能為每個上行鏈路分組的發(fā)送選擇瞬時“最好”的載波。AN可將負(fù)載較輕的載波分配給需要更高速率的AT，也可將一些載波分配給功放余量受限的AT。

AN 可在連接狀態(tài)中根據(jù)需要分配或重新指配載波。載波分配和去分配可由AN或AT發(fā)起，但由AN最終決定。例外的情況是，如果AT的功放余量受限，AT自動取消分配的載波并向AN報告去分配事件，AN就可收回在該載波上分配給AT的資源。

3 DO Rev B部署優(yōu)勢

DO Rev B具有良好的后向兼容性，支持靈活的載波分配策略和多種混合載波復(fù)用配置場景。

3.1 DO Rev B的后向兼容性

在DO Rev B的標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，充分考慮了對DO Rel 0和DO Rev A的兼容。DO Rev A作為目前全球的主流CDMA2000商用版本，可通過軟件升級方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)向DO Rev B的平滑演進(jìn)，單載波的上/下行峰值速率為1.8/3.1 Mbit/s，單個用戶的峰值速率隨著載波數(shù)目的增大而線形提升。DO Rev A還可通過更換部分版件并結(jié)合軟件升級實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)向DO Rev B的演進(jìn)。由于DO Rev B的板件支持64-QAM調(diào)制方式，所以單載波的上/下行峰值速率可達(dá)1.8/4.9 Mbit/s。

DO Rev B支持的帶寬從1.25 MHz到20 MHz，每個載波1.25 MHz帶寬，最大可支持15個載波。終端同時支持1個或多個載波。DO Rev B可通過對DO Rev A基站的軟件升級來實現(xiàn)對現(xiàn)有的1x EV-DO網(wǎng)絡(luò)的后向兼容，從而有效地保護(hù)了運營商的投資。DO Rel 0和DO Rev A版本的終端無需任何改動即可在DO Rev B接入網(wǎng)絡(luò)下使用，這不僅最大程度地保護(hù)了終端用戶的投資，也能讓DO Rel 0和DO Rev A版本的用戶體驗到DO Rev B接入網(wǎng)帶來的覆蓋和容量提升。 同時，由于可采用軟件升級的方式實現(xiàn)DO Rev B，因此運營商的網(wǎng)絡(luò)升級周期將大大縮短，這給運營商帶來很大的靈活性，可在競爭環(huán)境發(fā)生改變時靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營策略。

3.2 靈活的載波分配策略

典型的CDMA系統(tǒng)在分配下行和上行CDMA頻點時保留1個固定的間隔。圖4給出了固定雙工空間和彈性雙工空間的設(shè)置場景。有了彈性雙工空間，1個頻帶中任意1個上行CDMA頻點可和來自本頻帶或其他頻帶的下行CDMA頻點配對，當(dāng)然配對的頻帶要服從AT的能力（由網(wǎng)絡(luò)的會話屬性指出），這給運營商在頻譜指配方面提供了更多的靈活性。

3.3 混合載波復(fù)用配置場景

如圖4所示，DO Rev B的配置場景大致可分為疊加配置方式（圖4 a）和混合復(fù)用配置方式（圖4 b）。圖中，K=1表示單載波配置，（K=1）2表示2個載波通過K=1方式組合，2x表示雙載波操作。

典型的混合頻率復(fù)用為K=1和K=3。傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)使用K=1的設(shè)置，以獲得最大的頻譜效率。若采用更高的頻率復(fù)用因子如K=3，系統(tǒng)在提升邊緣覆蓋性能的同時，也犧牲了頻譜效率。在多載波系統(tǒng)中，可采用K=1和K=3的復(fù)用方式來保證小區(qū)邊緣的覆蓋性能，同時又能通過EGoS調(diào)度提高頻譜效率。如圖5所示，小區(qū)邊緣的大部分業(yè)務(wù)由K=3的載波傳送，而小區(qū)中央的大部分業(yè)務(wù)則由K=1的載波傳送，從而在扇區(qū)容量最大化的同時，也在整個小區(qū)獲得了類似于疊加復(fù)用方式的用戶體驗。

用K=1的2個CDMA上行信道支持4個下行CDMA頻點。前向鏈路使用K=3，使SINR得到改善，尤其使邊緣覆蓋用戶得到改善。測試表明，采用圖5所示的混合頻率復(fù)用配置時，扇區(qū)邊緣的單用戶吞吐量是單載波場景下的4倍，而所使用的載波資源和硬件資源則僅為單載波場景的2倍。

4 結(jié)束語

CDMA2000接入網(wǎng)運營商在其3G網(wǎng)絡(luò)運營中面臨著來自諸如HSPA等其他3G技術(shù)制式的壓力，同時LTE商用成熟時機(jī)及競爭對手針對LTE的策略的不確定性也給CDMA2000接入網(wǎng)運營商帶來了3G網(wǎng)絡(luò)后續(xù)演進(jìn)的困惑。由于DO Rev B已進(jìn)行了商用試驗網(wǎng)驗證，其商用時機(jī)已基本成熟；DO Rev B的技術(shù)優(yōu)勢和支持全業(yè)務(wù)運營的能力可保持CDMA2000接入網(wǎng)的競爭優(yōu)勢；DO Rev B網(wǎng)絡(luò)升級簡單、成本低的特點使得其具有較強(qiáng)的生命力，因此運營商可視競爭環(huán)境和LTE技術(shù)的實際情況考慮是否部署DO Rev B接入網(wǎng)。

編輯：jq