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1xEV-DO与HSDPA技术分析与介绍
 
慧聪网   2005年11月11日11时32分   信息来源:通信世界    

   导读:1xEV-DO是CDMA2000标准系列中专门提供高速分组数据业务的无线标准通信技术。

1xEV-DO的特点分析

  1xEV-DO是CDMA2000标准系列中专门提供高速分组数据业务的无线标准通信技术。 与CDMA20001X相比,1xEV-DO技术具有如下特点:

  数据吞吐量方面,1xEV-DO技术有效解决了数据业务在空中接口,特别是前向链路的传输瓶颈问题。目前CDMA20001X的峰值速率是153.6kbit/s/单载波,而1xEV-DORev 0、Rev A的前向链路速率分别高达2.4Mbit/s、3.072Mbit/s/单载波。

  1xEV-DO反向链路采用了反向导频、功率控制和速率控制等技术。反向导频技术使基站可以对终端进行相干解调,获得更大的接收增益;反向速率控制和功率控制技术的结合使基站对终端、系统负荷控制手段更灵活,更有效。

  1xEV-DO前向链路采用了优化调度、速率控制、信道时分和最大功率发射技术。调度技术使基站根据实际情况,合理安排终端的业务请求;前向速率控制技术是指终端能根据当前RF状况,向基站定制所需的前向链路传输速率;前向链路在信号传输时,系统资源体现于时隙占用。1xEV-DORev0时一个时隙被1个用户独享,RevA时则可被8个用户同时享用;DO基站始终以最大功率发射,无需复杂的功率控制机制,提高了信号传输质量和速率。

  1xEV-DORev0前向链路传输时采用“HARQ+提前终止”传输机制,反向链路与CDMA20001X反向链路相同,采用基于帧的传输方式;Rev A的前、反向链路在传输时都采用“HARQ+提前终止”传输机制。在1xEV-DO 系统中,根据业务需求的不同,前向链路共支持14种速率集合,反向链路支持12种速率集合。

  射频参数方面,1xEV-DO与IS-95/CDMA20001X具有相同的RF特性、FIR滤波器参数、工作频带、码片速率和功率要求等,反向链路则具有相同的功率控制算法、软切换算法和接入过程。这些都将最大限度地保护运营商的现有网络投资,使得CDMA2000 1X网络进行1xEV-DO升级时,可直接使用现存的IS-95/CDMA 2000 1X射频部分;生产厂商则可以利用IS-95/CDMA 2000 1X方面的成熟开发经验,较容易地研制出1xEV-DO产品。

  编码和数据调制方面,1xEV-DO的信道编码全部采用高速数据业务时性能较好的Turbo码编码技术,以增加信道增益;调制方面,在CDMA20001XQPSK的基础上,新引入了8PSK,16QAM等调制技术,以满足空中接口高速的传送速率要求。

  业务支持方面,1xEV-DO系统引入了诸如BCMCS、CSNA、多RLP流支持等多种新型业务与应用。BCMCS以较小的带宽同时为多个用户提供广播、组播业务;CSNA则可以使1xEV-DO基站通过其空中接口传递来自CDMA2000网络的消息;多RLP流技术是指在终端与基站之间可以同时支持多个RLP流,每个RLP流的相关参数可以随上层业务QoS的不同而单独设置;另外,IS-835-D还针对每种实时性业务提供了基于上层业务流的资源申请、资源预留机制,以保证所支持业务的QoS性能。

  组网方面,1xEV-DO组网非常灵活。对于只需要分组数据业务的用户,可以单独组网。此时核心网配置不再需要基于ANSI-41的复杂结构,而是基于IP网络结构。主要网络接口与CDMA20001X的数据部分接口几乎相同,无需大的修改。对于那些同时需要语音、数据业务的用户,则可与IS-95/CDMA2000 1X联合组网。

  HSDPA的技术特点

  在设计上,HSDPA充分参考了CDMA20001xEV-DO的设计思想与经验。兼容性上,HSDPA和WCDMAR99及R4是完全后向兼容的,是对现有系统的平滑升级。下面归纳了HSDPA的一些主要特点:

  首先缩短了无线帧长度,HSDPA的无线帧长为2ms(即TTI)。即一个10msWCDMA帧中有5个HSDPA子帧,用户数据传输可以在更短的时长内分配给一条或多条物理信道,从而允许网络在时域、码域中重新调节其资源配置。

  在编码方面,HSDPA和CDMA20001xEV-DO一样,采用了抗衰落、抗干扰能力强的Turbo编码。调制方面,除采用QPSK调制外,当信道条件较好时,还可以采用更高效的16QAM,以获得更高的频带利用率。和QPSK相比,16QAM调制可以使空中接口速率提高一倍。

  物理层还增加了新的高速共享信道(HS-DSCH),使得传输功率、信道码等资源根据用户实际情况动态分配,从而提高了资源的利用率。信道码采用了时分复用和码分复用相结合的方式,不同终端既可以在不同TTI,也可以在同一TTI内分享信道资源。

  自适应调制和编码(AMC)使得NodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整调制方式(QPSK、16QAM)和编码速率,从而使数据传输与信道状况相匹配,获得高的传输速率和频谱利用率。

  另一个关键是采用了混合自动重复请求(HARQ)技术。HARQ可以自动根据瞬时信道条件,灵活调整有效编码速率,还可以补偿因采用链路适配所带来的误码。由于HARQ协议端接到NodeB中,不存在经Iub接口的数据重发,达到减小重传时延的目的。

  传输层上,在NodeB中引入MAC实体MAC-hs来控制HS-DSCH。MAC-hs的功能和特点包括:Iub中数据流控制;优先队列中的分组数据(MAC-dPDU)的缓存;分组调度和优先权处理;快速分组调度机制。

  通过把分组调度功能从RNC移到NodeB中的MAC层,HSDPA系统能更好地适应信道的快速变化。快速分组调度机制能根据终端的CQI报告决定下一个2ms时间间隔(TTI)应该调度给哪个用户,并向具有瞬间最好信道条件的用户发送数据,使得每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和系统吞吐量。同时,2ms的短时间间隔又增加了调度进程的精确度。

  HSDPA可以更加有效地实施QoS控制,网络可以更加智能地对不同优先级的应用与服务进行排序与资源调度。调度时首先保证语音通信的质量,其次保证实时性要求较高的数据传输需求,而网页浏览、下载等应用则可以设置为较低的优先级。通过这样的QoS管理,HSDPA可以根据用户业务的需求,进行不同的网络安排和容量分配,更有效地支持和管理多种实时高速数据业务。

  网络升级方面,HSDPA后向兼容WCDMAR99及R4,运营商可以根据网络建设发展的需要进行平滑升级,不会对现有的WCDMA用户造成影响。并且HSDPA的引入主要是对NodeB的修改,对RNC则主要是修改协议软件,硬件影响很小。

  HSDPA与DO的技术比较

  从设计目的来看,两种技术解决问题的技术手段相同,都是通过提供高速的下行(前向)链路数据来支持非对称业务的需求。高速的下行(前向)链路十分有利于诸如广播、组播、流媒体等非对称业务的开展与应用;在标准兼容性方面,两种技术都考虑了与现有标准版本的兼容,最大程度地保护了运营商的现有投资与利益,减少了由现有网络技术升级带来的开销与代价;另外,两种技术都是面向提供高速分组数据传输设计的,都在上行(反向)链路采用专用信道对下行(前向)高速数据包进行确认(ACK/NACK)。若基站收到NACK,两种技术都采用HARQ机制进行重传,从而提高了接收增益;此外,两种技术在调制方法、编码方案也相同。表1给出了两种技术的一些关键参数的比较结果。

  两种技术标准的演进与朗讯的贡献

  国际标准化组织3GPP/3GPP2一直将HSDPA/1xEV-DO技术作为重点。3GPP将HSDPA的演进分三个阶段,第一阶段从2000年启动,在R5版本定义了基本HSDPA。通过引入HS-DSCH信道、AMC和HARQ技术,支持高达14.4Mbps的峰值速率,目前该阶段已完成。第二阶段是R6版本定义的增强型HSDPA,通过采用MIMO技术将峰值速率提高至30Mbps。第三阶段将联合采用OFDM和64QAM调制技术,使峰值速率达到50Mbps以上;1xEV-DO方面,3GPP2的工作起始于2000年,目前已完成Rev0、RevA(反向增强)的标准化工作,正在制定Rev B的标准,预计明年初会完成Rev B版本的标准化。值得指出的是:上述两种技术的标准演进之路远未结束。具体而言,物理层方面会侧重向带宽更高,频谱利用率更高的方向发展;高层则着重于提供更好的QoS,特别是提供多种实时性业务方向的演进。在新技术采用方面,两种标准体系采用的新技术会越来越相同。例如,未来的HSDPA/1xEV-DO标准将考虑MIMO、OFDM、IA(智能天线)等新技术。

  对于HSDPA/1xEV-DO的标准化工作,朗讯在3GPP、3GPP2及CCSA等标准化组织中一直带头参与,积极倡导与推动相关的标准化工作,获得了广泛的认可与好评。3GPP方面,朗讯倡导并积极参与HSDPA的标准化,共提交了17篇技术论文和300多篇标准文稿;3GPP2方面,朗讯一直是1xEV-DO技术的主要倡导者,在1xEV-DO标准化工作方面起着领导性作用;在CCSA,朗讯是HSDPA项目的主要倡导者;对于1xEV-DO,朗讯更是积极的推动者,为1xEV-DO技术在CCSA/CWTS的推广作出了决定性贡献。早在2002年朗讯就率先将1xEV-DO技术引进CCSA/CWTS,后来又组织成立1xEV-DO工作子组、制定详细的工作计划。几年来朗讯在CCSA上共提交近30篇1xEV-DO技术相关的文档。

 

 
作者:朗讯科技贝尔实验室 张文涛 孙湘裕 
 
 
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