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第3章CDMA20001XEVDO网络3.1EVDO设计思想1XEVDO是一种专为高速分组数据传送而优化设计的CDMA2000空中接口技术。随着无线接入到因特网（Internet）需求的增长，对无线分组数据业务的需求也随之增长，以无线局域网为代表的无线接入技术虽然能提供较高的带宽，但是，在安全性、计费和覆盖等方面的局限性，限制了它的应用，如果通过蜂窝移动通信网络提供无线因特网业务，无疑具有极大的应用前景。同时考虑到与以ADSL为代表的有线数据网络竞争的需要，要求这种新的蜂窝网络至少能提供与ADSL相比拟的数据带宽。鉴于此，高通公司从1996年开始开发了HDR（HighDataRate）技术，并于2000年被TIA/EIA接受为IS856标准（以Release0版本发布），又称为HRPD（HighRatePacketData）或1XEVDO。1X表示它与CDMA20001X系统所采用的射频带宽和码片速率完全相同，具有良好的后向兼容性；EV（Evolution）表示它是CDMA20001X的演进版本；DO（DataOptimization）表示它是专门针对分组数据业务而经过优化了的技术。1XEVDO于2001年被ITU接受为3G技术标准之一。1XEVDO系统最初是针对非实时、非对称的高速分组数据业务而设计的。高速传送是对1XEVDO系统设计的核心功能要求，高速意味着需要基于有限的带宽资源，利用蜂窝网络向移动用户提供类似于有线网络（如ADSL）那样的高速数据业务。最初设计1XEVDO系统时，主要是为了提供网页浏览、文件下载等无线因特网业务，它们要么具有非实时的特点，对业务的QoS保证没有严格的要求；要么具有非对称的特点，要求前向链路的传送速率和吞吐量明显高于反向链路。显然，随着业务的发展，对1XEVDO系统功能要求也将随之提高。在CDMA20001X系统中，中低速数据业务和语音业务是码分复用的，共享基站发射功率、扩频码和频率资源。基站通过快速闭环功率控制技术补偿因信道衰落带来的影响，从而获得较高的频谱利用效率，对于中低速数据及语音业务而言，这是最佳的选择。但是，对于高速分组数据业务，这种快速功率控制并不能保证系统具有很高的频谱利用效率，尤其是当高速分组数据业务与传统的语音业务采用码分方式共享频率和基站功率资源时，系统效率会较低。1XEVDO系统的基本设计思想是将高速分组数据业务与低速语音及数据业务分离开来，利用单独载波提供高速分组数据业务，而传统的语音业务和中低速分组数据业务由CDMA20001X系统提供，这样可以获得更高的频谱利用效率，网络设计也比较灵活。在具体设计时，应充分考虑到1XEVDO系统与CDMA20001X系统的兼容性，并利用CDMA20001X/1XEVDO双模终端或混合终端（HybridAccessTerminal）的互操作，来实现低速语音业务与高速分组数据业务的共同服务。从网络结构设计上看：1XEVDO继承了CDMA20001X的分组核心网及其与无线接入网的互操作规范；由于1XEVDO网络是数据业务专用网，故不存在电路核心网，其接入鉴权功能由无线接入网完成，要求增加无线接入网与接入鉴权功能实体之间的互操作；1XEVDO与CDMA20001X网络结构设计的主要区别体现在空中接口的设计上，空中接口协议栈模型按功能分层，各层之间没有严格的上下层承载关系，业务数据自上而下进行封装时可以跨越部分协议层。由于1XEVDO与CDMA20001X网络结构上的上述联系和差异，两者在数据呼叫流程上也存在一定的联系和差异。从无线链路设计上看：当初设计1XEVDO系统的目的在于提供非对称的高速分组数据业务，系统设计优化的重点在于前向链路，对反向链路的优化相对较少。1XEVDO前向链路采用了时分复用、自适应调制编码、混合自动重传请求（HARQ）、多用户调度、功率分配和虚拟软切换等关键技术；1XEVDO反向链路采用了速率控制和功率控制等关键技术。1XEVDO系统关键技术与其空中接口的实现密切相关，通常也被看作空中接口关键技术。从网络安全性设计上看：1XEVDO分组核心网安全机制与CDMA20001X分组核心网安全机制相同；1XEVDO无线接入网安全机制与CDMA20001X存在较大差异，1XEVDO采用了新的空中接口安全机制和接入鉴权机制。从业务提供能力上看：由于1XEVDO系统最初是为了提供非实时业务而设计的，故缺乏明确的QoS业务设计要求；随着多媒体数据业务的发展，1XEVDOReleaseA版本将能够提供完整的端到端的QoS业务。从系统性能上看：1XEVDO系统优化主要体现在前向链路，在相同的边缘覆盖条件下，1XEVDO可以提供的数据吞吐量远高于CDMA20001X；1XEVDO反向链路所作优化相对较少，反向链路覆盖和系统容量与CDMA20001X比较接近。从组网方式上看：1XEVDO采用单独的载波提供分组数据业务，可以单独组网；考虑到1XEVDO与CDMA20001X在射频带宽、码片速率、链路覆盖等方面的一致性，两者也可以混合组网。从网络规划优化来看：1XEVDO继承了传统CDMA系统所具有的网络规划优化的准则、方法和流程等；1XEVDO系统设计的特点决定了它在网络规划优化上的特殊要求。3.2技术特征从网络结构设计上看，EVDO与CDMA20001X的差异主要体现在空中接口设计上。EVDO网络只提供分组业务，空中接口的设计相对比较简单，其中采用了按功能分层的思想，将空中接口分为七个协议层，各协议层功能可以独立完成，也可以根据需要决定是否全部实现。从无线链路的设计上看，当初设计EVDO系统的目的在于提供非对称的高速分组数据业务，系统设计优化的重点在于前向链路。为了解决前向链路的高速分组在无线链路的可靠性传送问题，并实现系统吞吐量的最大化，EVDO系统前向采用了时分复用、多用户调度、链路自适应、HARQ和速率控制等多种关键技术。3.2.1.时分复用针对分组业务的突发性特点，前向链路采用时分复用方式，避免了码分导致的同扇区多用户干扰和高低速用户分享系统功率导致的资源利用率下降。EVDO前向链路的时分复用体现在两个方面：不同的前向信道分时共享每个时隙（Slot），每种信道满功率发射，具体的时隙结构将在第二章详细介绍。不同用户分享系统的时隙资源，在每个时隙内，系统只为特定的用户服务，多用户调度准则的选择取决于前向链路的优化目标。3.2.2.多用户调度时隙资源是EVDO前向链路最宝贵的资源，为了提高时隙资源的利用率，EVDO系统将前向链路时隙在多用户之间进行分配，在每个时隙内，在保证多用户服务公平性的前提下，选择链路质量最好的用户进行服务，利用这种多用户调度技术，可以获得较高的多用户分集增益，提高系统容量。3.2.3.链路自适应无线链路条件是动态变化的，为了避免无线资源的分配与链路质量失配，EVDO系统前向采用了链路自适应技术，主要体现在两方面：前向链路传送速率选择的自适应性：在每个时隙内，终端测量前向链路的质量，由此预测下一个时隙内前向链路所能支持的最大传送速率，并将所请求的速率反馈给系统。前向业务信道调制编码方式选择的自适应性：系统收到用户的请求速率后，选择与之匹配的前向链路调制编码方式。由于EVDO前向链路是基于时隙调度的，每时隙长度为1.67ms，EVDO前向链路调制编码方式的选择和调整速度快。3.2.4.HARQEVDO系统采用HARQ机制主要基于以下两方面原因：为了解决分组业务在无线链路中的可靠性传送问题，EVDO引入物理层重传机制，以减轻无线链路协议（RadioLinkProtocol，RLP）数据分组重传的比率及由此所引发的过量传送延迟。EVDO前向链路速率估计通常比较保守，会造成部分无线资源的浪费。HARQ结合递增冗余（IncrementalReduncy）和提前中止（EarlyTermination）技术，在多时隙传送和链路质量比较好时，终端不需要等到基站传完所有分配的时隙，即可实现正确接收，从而使得实际的传送速率高于所请求的速率，部分克服了因为速率估计比较保守而导致的无线资源浪费问题。HARQ机制的原理是：EVDO前向链路采用Turbo编码，数据分组（原始码流）编码后，同时输出原始码流及其校验码流。在多时隙传送情况下（系统根据速率等级决定所分配的时隙数），系统先发送原始码流，若终端正确译码，则提前中止传送后续码流，剩余时隙可以分配给其他用户使用；若终端未能正确译码，则返回否定应答信息（NAK），请求系统重传后续码流；系统收到NAK应答后，在分配的下一个时隙传送后续码流；终端收到后将其与之前收到的对应码流进行组合译码，根据译码结果判断是中止传送还是请求重传。重复上述步骤，直到系统传完全部分配的时隙或终端正确译码为止。3.2.5.速率控制EVDO前向链路优化的目标是使得系统吞吐量最大化，在前向链路采用时分复用和多用户调度技术，而分组传送速率是多用户调度的一个关键参数，所以如何根据无线链路质量和系统资源状况，调整分组传送速率，就成为系统吞吐量性能改善所面临的重要问题。EVDO反向链路优化的目标是使得当前服务扇区内所有用户的平均分组缓存队列长度尽量小，根据系统负载和终端缓存队列长度等因素，采用速率控制有助于提高反向链路无线资源的利用率。同时考虑到EVDO的反向链路是码分多址的，需要采用功率控制以限制基站处多用户的干扰水平。EVDO反向链路速率控制结合功率控制机制，可以更好地保证多用户接入和系统吞吐量等方面的要求。EVDO前向链路速率控制的原理是：在每个时隙内，终端测量前向导频的信干噪比，估计下一个时隙内前向链路所能支持的最大传送速率，然后以速率请求的形式反馈给系统，系统按照该终端的请求速率来分配无线资源。EVDO前向链路以时隙为单位进行速率控制。EVDO反向链路速率控制的原理是：在每帧内，基站测量反向链路的ROT（RiseOverThermal），根据ROT计算出系统的当前负载水平（忙或非忙），并通知本小区所有终端；终端收到活跃集中所有基站的负载信息后，进行组合判决系统是忙或是非忙，并结合其反向业务信道的当前传送速率及其速率转移概率、终端发送缓冲区的数据量大小和速率上限等共同决定下一帧的传送速率。EVDO反向链路以帧为单位进行速率控制，反向链路速率由终端基于前向约束自主决定。3.3EVDO与1X的比较EVDO和CDMA1X是CDMA2000技术发展的不同阶段，虽然侧重点不同，但两者的技术基础具有广泛的一致性，具体表现在5个方面。(1）两者的无线网络规划流程相似。(2）两者的射频特性相同，包括3个方面。一是两者使用的载频特性相同，但EVDO必须单独使用一个载频；二是射频子系统相同，两者可以共用；三是无线传播模型、路径损耗计算方法相同。(3）两者的站点选择、天线选择方法相同。(4）两者均为反向覆盖受限。(5）两者的反向覆盖半径接近，因此两者的网络拓扑结构可以相似。EVDO专门为高速数据业务而开发，与CDMA1X网络规划的差异体现在7个方面：(1）系统网络结构不同。(2）业务模型不同。1X包括语音业务和数据业务；EVDORev.A包括低时延业务和数据业务，但数据业务的种类比1X多，平均速率比1X高。(3）容量计算方法不同。1X需要计算前反向语音、数据业务容量；EVDORev.A需要综合计算低时延、数据业务容量，但计算方法与1X不同。(4）单用户吞吐量差异大。EVDORev.A的前向（3.1Mbit/s）、反向单用户理论峰值速率（1.8Mbit/s）均比1X大幅提高。(5）扇区前向总吞吐量差异明显。EVDORev.A的前向、反向扇区吞吐量均比1X明显提高。(6）EVDO前向覆盖范围大于1X。主要原因是：EVDO前向以满功率发射，EVDO双天线接收终端存在前向分集接收增益。(7）两者链路预算的主要差异如下表所示：表1-3-1EVDO与1X的比较CDMA1XEVDO与CDMA20001X特性比较CDMA1XEVDO与CDMA20001X特性比较CDMA1XEVDORel0CDMA1XEVDORelACDMA200