3GPP2發(fā)展cdma2000的1xEV-DO和1xEV-DV兩個階段很引人注目

1xEV-DO的標(biāo)準(zhǔn)文件已經(jīng)發(fā)布，1xEV-DV則尚為提案

cdma20001x的擴展版本技術(shù)1xEV仍然是3G走向4G的過渡技術(shù)

蜂窩移動通信系統(tǒng)采用CDMA技術(shù)始于90年代初期的IS95，為了進(jìn)一步提高語音服務(wù)的容量，為分組和電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更高的數(shù)據(jù)速率，2000年左右又提出了cdma2000標(biāo)準(zhǔn)。

隨著無線因特網(wǎng)的概念逐漸演化為現(xiàn)實，對于高效的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求在不斷增長著。文獻(xiàn)1提出了一種CDMA高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可以無線接入到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。因為因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的典型特征是前、反向鏈路上數(shù)據(jù)的不對稱性，通常要求前向鏈路上的吞吐量大大高于反向鏈路。因此，cdma20001x研究方向的重點在于改善前向鏈路，反向鏈路的設(shè)計和前向鏈路的設(shè)計非常類似，性能也差不多。

當(dāng)前，3GPP2中cdma20001x標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，主要分為以下兩個階段：第1階段是1xEV-DO，主要基于高通、朗訊、愛立信公司提出的HDR（高速數(shù)據(jù)速率）技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)已基本定型[2]，已被國際電信聯(lián)盟(ITU)批準(zhǔn)為IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，正式的文件已于2001年11月份在日內(nèi)瓦召開的ITU-RSG8上發(fā)布；第2階段為1xEV-DV，根據(jù)其基本要求[3]，以摩托羅拉和朗訊等公司提出的解決方案1XTREME最為典型，目前該提案尚在評審之中。

11xEV-DO的技術(shù)特點

1.11xEV-DO的基本要求[4]

1xEV-DO需要一條專用的頻率為1.25MHz的CDMA信道，僅用來提供高速數(shù)據(jù)，目的在于更好地滿足不斷變化的用戶需求，改進(jìn)cdma20001x系統(tǒng)的基本分組數(shù)據(jù)功能和效率，提供超過cdma20001x系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)速率，同時更好地利用頻譜效率，滿足用戶對于無線分組數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

該系統(tǒng)可以優(yōu)化非實時、高速分組數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)，并且這些業(yè)務(wù)在一個單獨的，僅傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信道上傳輸。如果終端需要傳送語音或其它實時業(yè)務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)該使用一個cdma20001x語音/數(shù)據(jù)信道。理想的平滑過渡方案是從TIA/EIA/IS95-A、TIA/EIA/IS95-B或cdma2000出發(fā)過渡到1xEV-DO，這樣可以最大限度地減小對終端和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，以取得最佳的經(jīng)濟效益。

核心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能夠在1xEV-DO系統(tǒng)和基于3GPP2網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的系統(tǒng)之間切換，同時也能在基于GSMMAP網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的系統(tǒng)之間切換。1xEV-DO規(guī)范的移動峰值數(shù)據(jù)速率在反向鏈路上應(yīng)該支持144kbit/s，前向鏈路上應(yīng)該達(dá)到1.25Mbit/s。1xEV-DO的目標(biāo)在于為盡可能多的用戶提供高速分組數(shù)據(jù)應(yīng)用。該規(guī)范希望能夠適應(yīng)將來帶寬更寬情況下的信道（例如：3×1.25MHz信道）。1xEV-DO規(guī)范還應(yīng)支持：提供高數(shù)據(jù)速率、非實時、分組數(shù)據(jù)能力；為分組業(yè)務(wù)提供和cdma20001x信道協(xié)同工作的能力（包括切換）；能夠在蜂窩和PCS系統(tǒng)配置的所有頻段上配置；不對稱的數(shù)據(jù)速率；采用現(xiàn)存的TIA/EIA/IS95-A、TIA/EIA/IS95-B或cdma2000天線，對于特殊的應(yīng)用，采用智能和具指向性的天線；對于所有1xEV-DO頻率信道，采用業(yè)務(wù)均衡機制。

1xEV-DO覆蓋范圍應(yīng)該和IS95及cdma20001x一致，確保運營商能夠使用現(xiàn)存的蜂窩/扇區(qū)配置而無需重新蜂窩分割；能夠在現(xiàn)存的BTS設(shè)備上配置1xEV-DO；可以在IS95、cdma20001x和1xEV-DO混合RF信道工作；1xEV-DO超出頻段外的發(fā)射應(yīng)該滿足與cdma20001x系統(tǒng)的相同要求。

1.2HDR技術(shù)[2]

1.2.1物理信道

HDR的擴頻切普速率和IS95、cdma2000一樣為1.2288Mcps。前向信道包括多個時隙為1.67ms的數(shù)據(jù)信道。接入網(wǎng)絡(luò)以時分復(fù)用的方式在此信道上發(fā)射導(dǎo)頻信號、控制信息和用戶數(shù)據(jù)。高速數(shù)據(jù)速率的兩個導(dǎo)頻脈沖插入到每個時隙中，用于同步、C/I估計和相干解調(diào)。

在數(shù)據(jù)速率控制信道的每一個時隙內(nèi)，可支持的數(shù)據(jù)速率和最好服務(wù)扇區(qū)的信息被發(fā)送給接入網(wǎng)絡(luò)，可支持的數(shù)據(jù)速率范圍從38.4kbit/s到2.4576Mbit/s，調(diào)制方案（QAM、8PSK或16QAM）根據(jù)數(shù)據(jù)速率的要求變化，糾錯編碼中的Turbo碼和cdma20001x一樣，基本碼率是1/5和1/3。在序列重復(fù)和符號重復(fù)以后，有效的編碼率也是根據(jù)數(shù)據(jù)速率的要求而變化。當(dāng)發(fā)射數(shù)據(jù)給一個接入終端，接入網(wǎng)絡(luò)使用被接入終端指定的數(shù)據(jù)速率和最好的服務(wù)扇區(qū)。在前向鏈路上，沒有軟切換，但是在反向鏈路上和IS95、cdma20001x一樣采用軟切換。

HDR技術(shù)的前向鏈路和cdma20001x相比，具如下特點：時分復(fù)用和碼分復(fù)用相結(jié)合，正交擴頻后的信道在發(fā)送時采用時分復(fù)用；業(yè)務(wù)信道采用QPSK、8PSK或16QAM得到不同數(shù)據(jù)速率；信道編碼方案采用Turbo碼，碼率為1/5或1/3；信道交織采用了更為復(fù)雜的算法，可進(jìn)一步提高糾突發(fā)錯誤的能力。

HDR技術(shù)中的反向鏈路包括一個導(dǎo)頻信道、一個應(yīng)答信道（在混合檢錯重發(fā)方案中發(fā)送應(yīng)答信號比特）和一個數(shù)據(jù)信道。此外，DRC（數(shù)據(jù)速率控制）信道是每隔1.67ms插入到導(dǎo)頻碼信道中。碼長為4bit的DRC符號采用雙正交編碼。RRI（反向速率指示）信道和導(dǎo)頻信道時分復(fù)用。

反向鏈路幀長為26.67ms，可在以下數(shù)據(jù)速率上發(fā)送：9.6、19.2、38.4、76.8和153.6kbit/s。接入終端采用RRI信道明確地指示在反向鏈路的幀上以何種速率發(fā)送。該碼長為3bit的RRI符號采用正交碼編碼，同時為了適應(yīng)相應(yīng)的幀長度而重復(fù)，數(shù)據(jù)碼信道采用BIT/SK調(diào)制。Turbo碼的采用和cdma20001x一樣，基本碼速率是1/4或1/2。在HDR技術(shù)中，反向鏈路采用QPSK擴頻。

HDR反向鏈路和cdma20001x相比，具如下特點：反向?qū)ьl信道和RRI信道時分復(fù)用；信道編碼全部采用Turbo碼，碼率為1/4或1/2；信道交織采用簡單的比特反轉(zhuǎn)算法。

1.2.2早期中止技術(shù)

為了提高系統(tǒng)吞吐量，采用了早期中止技術(shù)，增加的DRC和應(yīng)答信道主要為前向業(yè)務(wù)信道服務(wù)。例如，對于前向鏈路而言，前向鏈路可以占有1個或16個時隙，一個前向鏈路分組包含3個時隙。在兩個鄰近的時隙，多時隙發(fā)射是分組交錯的。H－ARQ（混合檢錯重發(fā)）方案允許一旦分組被成功接收到（也就是解碼后CRC校驗成功），多時隙分組發(fā)射提前中斷。對于分組信息包的每一個時隙，接入終端發(fā)送一個認(rèn)可信號（ACK）或否認(rèn)信號（NAK）給接入網(wǎng)絡(luò)。如果收到一個ACK，接入網(wǎng)絡(luò)將中止那個分組信息時隙的剩下部分;否則，發(fā)射將持續(xù)下去，直到那個分組信息的所有時隙都反射完畢。

由于早期中止而空閑的時隙可用來發(fā)射其他的數(shù)據(jù)分組信息，混合ARQ方案可改善前向鏈路的性能。早期中止一個成功接收到的分組的好處是可以得到高速有效的數(shù)據(jù)速率。例如：一個分組信息的發(fā)射速率為153.6kbit/s，占用4個時隙。如果在接收到第3個時隙后成功解碼，其有效數(shù)據(jù)速率是204.8kbit/s?？梢?，提高了數(shù)據(jù)速率，也就等效于提高了系統(tǒng)吞吐量。

HDR已經(jīng)被證明能夠為高速率數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)提供卓越的性能，通過混合ARQ和接入終端的雙天線，分組數(shù)據(jù)吞吐量是典型的IS95系統(tǒng)的15倍[1，5]。無線運營商在他們有效的帶寬內(nèi)，綜合cdma20001x（可提供語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)）和HDR（可提供高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）技術(shù)將是解決語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最有效的方案。

21xEV-DV的技術(shù)特點

2.11xEV-DV的基本要求[4]

首先，1xEV-DV要求能夠在現(xiàn)有cdma20001x業(yè)務(wù)的同一載波上提供實時和高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1xEV-DV規(guī)范應(yīng)該包括并擴展cdma2000ReleaseA和cdma2000ReleaseB標(biāo)準(zhǔn)中定義的現(xiàn)有cdma20001x所有的特點、功能和業(yè)務(wù)。更為有效的是，1xEV-DV規(guī)范應(yīng)該具備cdma20001x和cdma20001xEV-DO規(guī)范支持的語音和分組功能；1xEV-DV規(guī)范應(yīng)該能夠最大程度上利用現(xiàn)有的cdma2000標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族，從cdma2000平滑過渡；不是形式上的要求，應(yīng)該支持再利用現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)設(shè)備；提供從TIA/EIA/IS95-B和cdma2000的平滑演進(jìn)，對終端和基站的影響降至最小，從而得到最大的經(jīng)濟效益。

對于核心網(wǎng)絡(luò)而言，1xEV-DV規(guī)范應(yīng)與ANSI-41核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)兼容。根據(jù)MCMAP規(guī)范，1xEV-DV規(guī)范應(yīng)不排除支持GSMMAP核心網(wǎng)并與之兼容。對于系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)速率而言，支持1xEV-DV的系統(tǒng)應(yīng)該能夠支持下列系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)速率：對于使用相同基站天線配置和語音編碼器的單一無線信道，同時發(fā)生的話音呼叫至少是cdma2000的兩倍；對于任何處于室外高速車載環(huán)境中的用戶，前向和反向信道要求必須同時滿足，前向數(shù)據(jù)傳送信道峰值速率至少達(dá)到2.4Mbit/s，反向數(shù)據(jù)傳送信道峰值速率至少達(dá)到1.25Mbit/s；滿負(fù)荷系統(tǒng)每扇區(qū)平均數(shù)據(jù)速率要求，對于任何處于室外高速車載環(huán)境中的用戶，前向和反向信道要求必須同時滿足，前向和反向數(shù)據(jù)傳送信道至少達(dá)到600kbit/s；對于任何處于步行速率環(huán)境的用戶和處于室內(nèi)靜止環(huán)境的用戶，前向和反向信道必須同時滿足，前向數(shù)據(jù)傳送信道峰值數(shù)據(jù)速率至少達(dá)到2.4Mbit/s，反向數(shù)據(jù)傳送信道至少達(dá)到2Mbit/s。另外，1xEV-DV系統(tǒng)在僅提供無QoS要求的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，提供的峰值和平均數(shù)據(jù)速率應(yīng)該不低于1xEV-DO系統(tǒng)；同時應(yīng)支持前向和反向信道的對稱和非對稱模式；1xEV-DV應(yīng)該能夠工作在3x無線配置下，在這種情況下，對于系統(tǒng)性能的要求（峰值和系統(tǒng)均值）應(yīng)該按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展組規(guī)定的方式成比例放大。

2.21XTREME技術(shù)

下面介紹由摩托羅拉和諾基亞公司提出的cdma20001x擴展版本提案——1XTREME[6]。它支持標(biāo)準(zhǔn)的cdma20001x移動臺，只需在RF的結(jié)構(gòu)上作少許改動。其技術(shù)關(guān)鍵在于可以在1.25MHz的一個載波上，同時支持分組和語音業(yè)務(wù)，導(dǎo)頻、尋呼、快速尋呼和同步信道沒有作改動。

2.2.1高級混合ARQ

為得到最大吞吐量，1XTREME技術(shù)的ARQ設(shè)計必須和物理層中的FEC信道編碼機制聯(lián)系在一起考慮。下面給出這些更高級混合ARQ中的兩種基本形式：

（1）分集合并：這是一種直觀上可以改善性能的方法。接收機不是丟棄那些被檢測出是錯誤的分組，而是保留最初的分組傳輸和后來重發(fā)中的軟信息符號。這些相同碼符號集收到的不同結(jié)果采用最大比合并方法合并，最終的分組被發(fā)送給解碼器。

（2）編碼合并：重發(fā)的分組和原始的分組連接在一起等效成一種低碼率的碼字輸出。達(dá)到這種效果的一種可能的方法是使用速率兼容的抽取的卷積碼和Turbo碼。發(fā)射機有一個輸出被抽樣的低碼率編碼器，采用不同的抽樣模式，得到一系列不同的、高碼率的碼字。

1XTREME系統(tǒng)采用了這些智能合并的方式，而不是簡單的分組選擇，就可以在更低的信干比下工作。在包錯率高的情況下，采用這些更高級形式的混合ARQ可以在系統(tǒng)容量和平均延遲得到更大的改善。

如果采用ARQ方案中一般的選擇重復(fù)發(fā)送，存儲不同的重發(fā)軟符號值將要求接收機中有較大的存貯容量。因此，1XTREME提出了雙信道方式停止等待ARQ。例如：當(dāng)?shù)却?個分組（例如在奇數(shù)信道）的認(rèn)可信號（ACK）或否認(rèn)信號（NAK）時，允許基站發(fā)送第2個分組（假定在偶數(shù)信道），從而避免一個選擇重復(fù)發(fā)送方案中的大存儲量要求，這種方案可以最大程度地提高吞吐量。

當(dāng)移動臺從一個基站切換到另一個基站，它必須通知新基站任何一個沒有被接收到的分組的有關(guān)編碼、調(diào)制和碼速率。這就允許一個新基站以適合采用的合并機制格式發(fā)送這些重發(fā)分組。

2.2.21XTREME和HDR的類似點

1XTREME基站采用自適應(yīng)調(diào)制、編碼和重復(fù)/抽取來增加前向鏈路的吞吐量（除了HDR的3個調(diào)制方案，在信道條件允許的情況下，采用了一個方形64QAM調(diào)制方案，編碼速率是1/2或3/4，同時也采用了Turbo編碼方案，采取的是并行地連接卷積編碼器，從而使cdma20001x系統(tǒng)中最大可能的數(shù)據(jù)速率達(dá)到5.184Mbit/s。）。移動臺測量從不同扇區(qū)和基站來的導(dǎo)頻，決定可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率。移動臺把最佳的扇區(qū)、調(diào)制和編碼方案組合傳輸給基站，沒有采用快速前向鏈路功率控制和前向鏈路的軟切換。如果沒有可支持的專用業(yè)務(wù)信道，調(diào)度算法和HDR是非常類似的，基站僅需使吞吐量最大即可。

2.2.31XTREME和HDR的不同點

1XTREME可以在一個同樣的載波上，既支持基于分組的前向鏈路共享信道，也可以支持基于電路的專用信道，這就限定了調(diào)度算法，一個主要的影響是系統(tǒng)允許干擾電平可以變化很快。當(dāng)專用信道使用功率控制得到不同的QoS，干擾的快速變化也是無法預(yù)料的。這些變化必須限制在共享信道的調(diào)度算法中。多重接入方案采用混合碼分和時分，每一幀可以分配給不同的用戶或用戶集，在被多個用戶共享的幀之間采用碼分。這意味著基站不得不選擇碼的數(shù)量、功率等級和每一個用戶的傳輸速率（在HDR中，前兩者固定在最大可能的值上，后者取決于移動臺）。因此，調(diào)度算法可能不得不比基于HDR技術(shù)的系統(tǒng)更加復(fù)雜，采用了更短的幀長（為5ms，而HDR為26.67ms）。使用了混合ARQ的高級形式（自動重復(fù)請求），混合ARQ通常指前向糾錯和ARQ糾正技術(shù)的組合。HDR使用的僅僅是一種混合ARQ的基本形式，也就是沒有FEC編碼和ARQ機制之間的交互作用。

2001年3月份，摩托羅拉在拉斯維加斯蜂窩和因特網(wǎng)協(xié)會（CTIA）貿(mào)易展上通過交互式賽車游戲，首次向公眾演示了其cdma20001x-EV技術(shù)，在射頻信道上傳輸速率可以達(dá)到4.8Mbit/s。

3結(jié)論及展望

原來人們認(rèn)為，由于中國建有全球最大的GSM網(wǎng)絡(luò)，中國最有希望的換代方案是WCDMA空中接口和GSM固定網(wǎng)相結(jié)合的方案。但是最近中國聯(lián)通的基于IS95的CDMA網(wǎng)絡(luò)建成后，對cdma2000在中國的應(yīng)用將大為有利。由于cdma2000所能達(dá)到的最高速率與WCDMA有一定差距，盡管cdma20003x（3XRTT）允許數(shù)據(jù)速率達(dá)到2Mbit/s，但是其工作在3.75MHz頻率信道，要求給定更大的信道要求，對于這種變化，必須對基站的硬件進(jìn)行升級，這就導(dǎo)致過渡費用過大。目前存在兩種潛在的可選方案作為窄帶CDMA的演進(jìn)方案，兩者都在1.25MHz的信道上操作。例如高通公司開發(fā)的高速數(shù)據(jù)速率（HDR）技術(shù)，可以在前向鏈路以2.4Mbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。摩托羅拉和諾基亞提出的1XTREME技術(shù)，可以確保傳輸速率達(dá)到5.2Mbit/s。這樣的話，可以真正做到平滑升級，對于移動通信系統(tǒng)從窄帶演進(jìn)到寬帶而言，花費代價較高，通常要求對基站軟硬件同時改進(jìn)。而對于未來窄帶的CDMA網(wǎng)絡(luò)，可能的升級路徑如圖1所示。

圖1中，S代表軟件升級，最初從一個技術(shù)或者網(wǎng)絡(luò)接口演變到另一個。其中包括一些硬件安裝，如服務(wù)器或線卡。對于這種升級，硬件部分的代價較小。H代表從技術(shù)或者網(wǎng)絡(luò)接口演變必須采用硬件升級，軟件當(dāng)然也是必需的，但是費用相對硬件而言，要小得多。

筆者認(rèn)為，在cdma20001x擴展版本的這些增加的特性上，可以把它們看成3G增強型系統(tǒng)，顯然，其性能優(yōu)于當(dāng)前的3G系統(tǒng)，但距4G還有一定距離。毫無疑問，4G系統(tǒng)將會更加先進(jìn)，同時更有可能采用以上提案所不具備的新技術(shù)，如：正交頻分復(fù)用（OFDM）、空時編碼、智能天線和多用戶檢測等。當(dāng)然，為了保護投資者、設(shè)備制造商、電信運營商的利益，最有可能的是，3G或3G增強型系統(tǒng)將會在4G網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位，這顯示出1xEV技術(shù)將會在3G和4G中起過渡作用，或者說是3G系統(tǒng)向4G系統(tǒng)過渡的第一步?！?/p>

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（收稿日期：2001-12-03）

作者簡介

趙軍輝，東南大學(xué)移動通信國家重點實驗室通信與信息系統(tǒng)博士生。

趙春明，東南大學(xué)移動通信國家重點實驗室副主任，教授，博士生導(dǎo)師，德國凱撒勞斯大學(xué)博士。