cdma2000空中技术演进的探讨

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    摘要文章从技术先进性、支撑业务情况、标准体系完备性、与现有网络的兼容性、设备和市场情况、前景等多个方面对比现有cdma2000空中技术，并对新一代空中技术的发展情况进行了先容。

    1、概述

    cdma2000系列标准主要由3GPP2负责制定，与由3GPP负责的WCDMA网络相比，cdma2000的发展和演进有以下两个主要特点：

    (1)模块化划分。cdma2000网络从功能上可以分为接入网和核心网两大部分(以及连接两者的A接口)，在3GPP2中，接入网也就是无线技术的演进与核心网的演进是分阶段、各自独立进行的，这与3GPP的成套标准的演进如R99、R4、R5、R6……截然不同。模块化设计和演进使得cdma2000网络更加灵活，更具使用性，为运营商提供了灵活的选择。从cdma2000发展看，3GPP2制定标准的工作侧重于无线技术，也就是说无线接口的发展从某种程度上快于核心网的发展，一方面这成就了优秀的cdma2000无线技术，但另一方面A接口和核心网方面标准制定的滞后，在一定程度上会造成网络标准与无线接口标准不匹配，在设备互联互通方面带来一些问题，这在实际网络建设中尤为突出。

    (2)强调利用已有成果，反对自成体系。3GPP2网络标准尽可能的采用现有标准，如在分组核心网标准中采用了大量IETF标准。这种利用现有成果的方式可以降低标准编写的复杂度，加快标准的制定进程，但这些现有标准毕竟不是为3GPP2系统量身制订的，因而存在匹配问题，引起实际网络运营中的一些问题。

    下面将从各个方面比较现有cdma2000无线技术的优劣，并对新一代空中技术的情况进行先容。

    2、无线技术的演进

    2.1现有cdma2000无线技术

    CDMA技术是一个不断演进的标准。图1给出了CDMA空中接口从二代向三代发展的各个技术和标准阶段。

    近3～4年来，3GPP2在cdma2000发展方向及标准的研究主要集中在1xEV方面(其中1x表示1个1.25MHz载波，EV意为演进)，包括1xEV-DO(也称为高速分组数据HRPD)和1xEV-DV两大体系和趋势。其中1x EV-DO专门为高速无线分组数据业务设计，1x EV-DV系统则能够提供混合的高速数据和话音业务，从技术上讲，它们都可作为3G的候选：

    (1)cdma20001xEV-DO或cdma2000HRPD：设计初衷是作为cdma2000 1x的补充，提供更高速无线接入因特网的方法，使得用户可以共享因特网资源。HRPD仅提供非实时数据业务，其中前向峰值速率高达3.1Mb/s。HRPD适应于类似流媒体及大文件下载等业务的开发。至于实时业务(如话音)，可通过与cdma2000 1x网络的配合或VoIP的方式实现。但HRPD不能完全后向兼容cdma2000 1x。

    (2)cdma20001xEV-DV：设计初衷是提供可与HRPD竞争的数据速率，并且兼容cdma20001x，1x EV-DV可提供非实时高速分组数据业务和实时业务，前向峰值速率高达3.1Mb/s。1x EV-DV可为用户提供各种多媒体服务。1x EV-DV完全后向兼容cdma2000 1x系统。

    根据CDG的统计，目前全世界有超过2.4亿的CDMA用户。随着市场对更高数据速率和丰富业务的需求，拥有最大CDMA用户量的cdma20001x网络在某种程度上将无法满足需要，cdma20001x技术向哪个方向演进，已成为迫切需要解决的问题。

    选择何种演进方向，取决于技术自身的先进性、支撑业务情况、标准体系完备性、与现有网络的兼容性、设备和市场情况、前景等。下面将从这几个方面对cdma2000的两个发展趋势进行比较：

    (1)技术先进性

    HRPD0版本前向链路采用了数据速率控制、多用户调度算法、HARQ机制以及时分复用等技术，反向链路采用了跳转概率机制，使得前反向数据传输速率有了很大提升。HRPDA版本在0版本基础上，针对0版本前反向业务能力不平衡，通过新增更高阶调制、反向支撑HARQ、反向速率控制等技术提高了反向数据速率；前向链路支撑更大和更小的数据包，提高空口的利用效率，有效提升系统吞吐量；并且在物理层、MAC层以及更高层都进行了改进，更好的支撑QoS。

    从标准角度讲，cdma20001xEV-DV包含cdma2000Revision C和Revision D两套标准。其中，C版本主要改进和增强了cdma2000 1x的前向链路，采用了自适应调频和编码(AMC)、混和自动重发请求(HARQ)以及新增TDM/CDM高速分组数据信道(F-PDCH)等技术，但对反向速率链路没有改进。在1x EV-DV C版本的基础上，D版本通过反向支撑HARQ、增加新的反向分组数据信道、支撑高阶调制等技术改进和增强了反向链路，提高了反向数据速率。但无论是C版本还是D版本对话音容量都没有很大的提高。

    可以看出，相对于cdma20000版本(即通常所说的cdma20001x)，HRPDRev 0在前向链路数据速率方面有明显的优势。另外，HRPD A版本与cdma2000 D版本在前反向峰值数据速率方面基本相同。

    在另一个重要性能指标——单扇区平均吞吐量方面，HRPDA版本与cdma2000D版本基本相同，都约为前向链路900kb/s、反向链路600kb/s。在这些基础指标方面，HRPDA版本和cdma2000 D版本技术支撑能力相当。

    (2)支撑业务情况

    从支撑的基本业务来讲，HRPD仅支撑数据业务，1xEV-DV既支撑数据业务又支撑话音业务。预计在目前和未来较长的一段时间内，话音业务都将是用户最主要的需求。

    HRPD是作为cdma20001x的补充而产生的，并且从目前已建成的HRPD商用网看，HRPD网络都是叠加在cdma20001x网络之上建设的。因而从某种程度上，解决HPRD支撑话音业务的问题可以转变为HRPD与cdma20001x间配合的问题，即HRPD提供数据业务、1x网络提供话音业务。在HRPD 0版本中，为了保证用户可以接收到来自1x的话音，采用时隙监听的方式避免漏话。在HRPD A版本中，更是增加了新的接口，支撑双向交叉寻呼，以保证不漏掉来自任何网络(HRPD或1x)的实时业务，并避免了时隙监听带来的耗电增加和干扰业务的弊端。并且随着HRPD网络中VoIP业务的开通，支撑话音业务将不再是一个问题。而另一方面，无论1x EV-DV的C版本还是D版本对话音容量都没有很大的提高，与cdma2000 1x的话音容量处于同一个数量级。因而在考虑网络演进选择1x EV-DV还是HRPD时，对话音业务的支撑并不是突出的问题。

    在企业虚拟专网接入VPN、E-mail、Web浏览/电子商务、VOD、BCMCS、VT等等增值业务方面，HRPD和1xEV-DV的支撑能力相当。

    (3)标准体系完备性

    一套完整的标准体系包含技术规范和测试规范。

    HRPDRev0标准体系在2001年前在3GPP2已经全部发布。目前HRPDRev A的技术规范已基本制定完成并发布，测试规范预计将在今年6月份进入R&F状态，目前各企业已向3GPP2提交了大量测试方面的文稿。

    1xEV-DVRevC标准体系在3GPP2已全部发布。1x EV-DV Rev D的技术规范已经发布，但测试规范制定的进度还不明朗，也与各个企业的积极程度直接相关。

    相比之下，目前看来，HRPDRevA的标准体系更加完备，时间表也更清晰。

    (4)与现有网络的兼容性

    与现有网络是否兼容直接影响到网络能否平滑升级。

    HRPDRev0与cdma20001x不能完全后向兼容，需在1x基础上增加新的载波以支撑HRPD。对于基站而言，原有1x BTS需增加信道版，并需进行App升级支撑新载波的基带信号处理。HRPD具有与1x相同的射频特性和技术实现方式，可重用现有的1x射频发射设备、放大器和滤波器等，并且HRPD和1x的网络规划比较类似，在实际建网中，1x和HRPD可采用共站的建网方式(国际上商用的网络多采用共站的方式)。总之，现有1x网络可通过硬件、App升级就可以支撑HRPD网络。至于终端，原有1x终端无法在HRPD网络中使用，需要新HRPD或1x/HPRD双模终端。HRPD 0版本的下一版本HRPD Rev A与HRPD Rev 0完全后向兼容。

    从图1也可看出，1xEV-DV与1x完全后向兼容，也就是说现有1x终端可以在1xEV-DV网络中正常使用。1xEV-DV可在1x现有载波上直接升级。为了支撑1x EV-DV，需要对1x BTS信道板进行硬件升级，信道板相关的App以及主控App等需要进行App升级，以支撑新增的信道和信令处理。现有1x射频发射设备、放大器和滤波器等设备可重用。1x EV-DV网络规划与1x比较类似。总之，可通过对现有1x网络进行硬件、App升级就可以支撑1x EV-DV网络。

    对于HRPD和1xEV-DV网络都可通过现有1x网络的硬件和App升级来实现，但HRPD需要新的载波，1xEV-DV可以使用原有1x载波。

    (5)设备和市场情况

    在2003年中之前，很多运营商都看好cdma20001xEV-DV技术，由于1xEV-DV C版本对反向链路几乎没有任何增强，这些运营商都计划等待和商用1x EV-DV D版本。但由于D版本技术复杂，其中一些关键技术问题在3GPP2内进行了多轮仿真，1x EV-DV D版本的国际标准迟迟没有发布，一直到2004年4月。

    正是这样一个较长的空档期以及当时市场竞争的驱动，给标准已经成熟的HRPD技术一个千载难逢的机会。当时很多GSM运营商开始建设GPRS网络，为了在竞争中保持优势，cdma20001x运营商着手建设新的、能提供更高数据速率的网络，考虑到当时技术和产品的成熟情况，很多运营商转向HRPD技术，HRPD0版本成为最佳技术选择。据CDG的统计，目前已有16个国家和地区的21个运营商建立了商用HRPD(0版本)网络，另外还有5个试验网络。无论从设备和市场来讲，HRPD0版本技术都已经成熟，并形成了一定的成熟市场模式可供参考。

    随着全世界部署HRPD网络的国家越来越多，对于部署了cdma20001x的运营企业，在选择下一代网络技术时，考虑到国际漫游问题，运营企业也会倾向于选择HRPD技术。

    为了平滑过渡和向下兼容，这些已商用HRPD网络更可能沿着HRPDRevA的分支演进。支撑HRPDRev A版本的芯片一直处于紧张的研发中，目前高通推出的支撑HRPD A版本的6800系列芯片已进入测试阶段，HPRD A版本设备的研发日程日益清晰。预计，设备厂商将在2005年底到2006年初研发出HPRD A版本终端产品，在2006年中旬研发出HRPD A版本系统产品。

    由于某种程度cdma20001xEV-DVD版本技术错过了发展的大好时期，很多设备厂商将大量的精力投向HRPD，导致D版本的设备研制进程不明朗。前一段时期，在CDMA芯片研制中处于主导地位的高通宣布由于目前EV-DV市场需求并不存在，放弃了研发EV-DV芯片组的计划，将专注于EV-DO芯片的开发。这更使得cdma2000 1x EV-DV技术的商用化前程一片黑暗。

    (6)前景

    在选择一种技术时，也需要考虑技术的延续性，也就是说技术发展的前景。从目前3GPP2的空中接口技术演进讨论中，更多的是基于HRPD技术的演进，详细内容随后先容。这也表露出HRPD更具有生命力和前途。

    2.2cdma2000AIE(空中接口演进)

    随着802.16WiMax技术的日益成熟，Wlan愈来愈对传统的移动运营商形成竞争。3G的另一个阵营3GPP针对技术的演进已提出了LTE，并制定了工作目标和工作计划。迫于这些压力，3GPP2也开始考虑cdma2000空中接口演进，于今年的3月份召开了AIETEM会议讨论空中接口的演进。

    整个cdma2000空中接口演进侧重于：提高数据速率、减少时延、增强QoS能力、维持后向兼容性。多企业提交了技术演进的需求和技术方案，制定了cdma2000演进目标：

    (1)相对于cdma20001x，提高话音容量，在HRPD上通过VoIP实现语音；

    (2)增加峰值数据速率和系统容量(长期目标：前向峰值数据速率范围为100Mb/s到1Gb/s、反向峰值速率达到50Mb/s)；

    (3)支撑20MHz带宽的分配(以1.25MHz为单位)；

    (4)增加频率效率，减小系统等待时间，更低的终端功耗；

    (5)提高小区覆盖，增加范围；

    (6)无缝切换到其他无线接入技术，包括DOVoIP到1x电路语音的切换；

    (7)近期保持后前兼容。

    为了便于目标的实现，满足不同阶段市场的需求，降低技术开发复杂度，3GPP2初步确定将cdma2000AIE划分为两个阶段，如表2所示。

    目前针对Phase1，已经有多个厂家开始提交Srage2的文档，主要涉及：对称或不对称多载波的分配、RLP改动、MAC层改动等等。

    实际上，目前AIE两个阶段的划分是比较粗的，对具体的指标和技术还只是粗略的描述。在今年6月份韩国汉城召开的3GPP2WorkShop会议上将会继续讨论AIE，到时会有更详细更具体的内容和工作计划。

    新一代空中技术的发展，各企业都处于同一起跑线上，给我国企业参与国际标准的制定提供了机会，相信我国企业会积极研发新的技术，加入到国际标准，提高技术专利含量。