1.1.2 cdma2000-1x EV-DO与HSPA的技术演进

国际标准化组织3GPP/3GPP2 分别负责UMTS和cdma2000 标准的制定。随着Internet数据网络的迅猛发展，为了在CDMA上支持高速率分组数据业务，高通公司提出了cdma2000-1x EV-DO的概念。2000年10月，3GPP2颁布cdma2000-1x EV-DO Rev 0标准。cdma2000-1x EV-DO由cdma2000-1x演进而来，是一个可与有线宽带相比拟，提供高速分组数据业务的第三代（3G）移动通信标准。为了能够与cdma2000-1x EV-DO抗衡，WCDMA在R5规范中引入了HSDPA，在R6规范中引入了HSUPA。图1-1给出了HSPA与cdma2000-1x EV-DO标准演进历程的对比。在标准兼容性上，HSDPA和WCDMA的R99及R4是完全后向兼容的，可以共享同一载波，也可以使用独立载波。共享载波会对原网络造成一定影响。cdma2000-1x EV-DO与cdma2000-1x网络完全后向兼容，它可以共享频谱，但必须占用独立载波，资源控制相对简单。

从图1-1可以看出，在时间上，cdma2000-1x EV-DO的标准走在了HSPA的前面。2000年10月，3GPP2 颁布了cdma2000-1x EV-DO Rev 0 标准，前反向峰值速率达到2.4Mb/s/153.6Kb/s。2004年3月，3GPP2发布了cdma2000-1x EV-DO Rev A版本，前反向峰值速率达到3.1Mb/s/1.8Mb/s。Rev B第一个空口标准于2006 年3月完成，前反向峰值速率达到73.5Mb/s/27Mb/s。表1-1为HSPA与1x EV-DO参数对比表。

1.1.2.1 cdma2000-1x EV-DO技术演进

cdma2000标准在不断地演进和更新，cdma2000标准从最初的2G CDMA IS-95A/B标准演进到2.5G的cdma2000-1x标准之后，出现了两个分支：一个分支是cdma2000标准定义的3x，即将3个CDMA载频进行捆绑以提供更高速数据；另一个分支是1x EV，包括cdma2000-1x EV-DO和cdma2000-1x EV-DV，其中cdma2000-1x EV-DO系统主要为高速无线分组数据业务设计，cdma2000-1x EV-DV系统则能够提供混合高速数据和话音业务，所有系列标准都向后兼容。目前，3GPP2主要制定cdma2000-1x的后续系列标准，即cdma2000-1x EV-DO和cdma2000-1x EV-DV的相关标准。

随着第三代移动通信（3G）技术的日益成熟，现有的移动通信网络如何向3G演进已经成为各移动通信运营商高度关注的议题。当前驱动现有网络向3G演进的主要因素来自两个方面：一是高速数据业务市场需求的巨大潜力；二是三种不同3G标准带来的激烈的市场竞争。cdma2000-1x网络是目前覆盖范围较大的移动通信网络，它属于2.5代的移动通信网络，可提供最高前/反向153.6kb/s的数据速率，与GPRS相比具有较明显的优势。但是由于多媒体通信的不断发展，该网络已经不能满足旺盛的数据业务发展的需求，从而促使现有的cdma2000-1x网络必须尽快过渡到3G网络，cdma2000-1x EV-DO遂成为牵引这一过程的强劲动力。cdma2000-1x EV-DO是通过一个较宽的“数据管道”来为高吞吐量需求的无线数据业务提供服务，这个管道的实现是基于新的空中接口的引入，从而提高了前向链路的数据速率。

cdma2000-1x EV-DO采用与话音分离的信道传输数据，支持平均速率为650kb/s、峰值速率为2.4Mb/s的高速数据业务，可提供前向达2.4Mb/s、反向达153.6kb/s的高速数据业务，也不需要MSC、HLR等设备的再投入。cdma2000-1x EV-DO通过对前向链路的进一步改进，采用时分复用方式，前向实现了全功率发射。同时又在频段、带宽、码片速率、Tubro码等方面沿用了原cdma2000-1x技术，既提高数据吞吐量，改善了分组域QoS，又充分考虑了平滑升级问题，与cdma2000-1x网络最大限度地实现了设备共享，保护了运营商的设备投资。

与cdma2000-1x相同，cdma2000-1x EV-DO系统同时需要一类新的移动终端的支持，目前市场上有两种类型，一种是单模终端只支持cdma2000-1x EV-DO数据业务；另一种为双模终端，能够支持cdma2000-1x和cdma2000-1x EV-DO两种网络的业务。cdma2000-1x EV-DO的一个关键设计思想是数据和语音具有不同的需求，语音业务具有低时延，低速率，上下行对称的特点，对误码率要求不高。而数据业务突发性强，速率高，上下行不对称，对延时不敏感。本着这种思想，cdma2000-1x EV-DO需要数据和语音采用独立的载波，但是从射频的角度看，cdma2000-1x EV-DO的波形完全兼容CDMA IS-95/cdma2000-1x的波形。而且，由于数据和语音优化使用不同的载波，给两种业务带来了很大的便利，可以对语音和数据分别采用不同的优化策略，大大提高频谱利用率，降低了系统软件的开发难度，避免了复杂的载荷平衡（调度）任务。

此外，在cdma2000-1x EV-DO基础上，高通公司又先后推出了其后续版本的演进策略。即cdma2000-1x EV-DO Rev 0、Rev A、Rev B和Rev C/D，现介绍如下。

1.cdma2000-1x EV-DO Rev 0

cdma2000-1x EV-DO Rev 0刚刚被提出来的时候，是为了提供高速数据业务，主要是针对Best Effort业务，特别是为不对称的高速下载业务开发的。2002 年，韩国首先部署了cdma2000-1x EV-DO Rev 0版本网络，由于高通迟迟没有公布cdma2000-1x EV-DO Rev 0版本之后的A、B、C、D版本的详细演进计划，部署cdma2000-1x EV-DO Rev 0版本的运营商一直非常有限，众多已经部署了cdma2000-1x网络的运营商也持观望态度，没有跟进，这也是大家顾虑的一点。而同期，众多厂商已经开始大谈HSDPA和HSUPA的策略。因此，cdma2000-1x EV-DO Rev 0 版本的部署在2004 年之后几乎处于停滞状态。而在版本cdma2000-1x EV-DO Rev A成熟之际，运营商新部署网络的焦点都集中在版本cdma2000-1x EV-DO Rev A上。

2.cdma2000-1x EV-DO Rev A

随着用户的增长和各种业务的开展，市场越来越希望cdma2000-1x EV-DO网络能够加强对高实时性业务的支持，如高实时性在线游戏、可视电话、VoIP等。为了加强对QoS敏感的业务，包括像VoIP这样高实时性、低速率业务的支持，并大幅度提高反向链路的吞吐量。从2002年起，高通公司开始了对cdma2000-1x EV-DO Rev 0的下一版本，即cdma2000-1x EV-DO Rev A的研发。

2005年8月，3GPP2完成并发布了cdma2000-1x EV-DO Rev A Addendum Ⅱ空中接口规范，其他相关网络规范和测试规范也于2005年底完成。之后，基于cdma2000-1x EV-DO Rev A的测试系统和手机样机也很快推出。

2006年4月5日，高通公司提前推出了针对cdma2000-1x EV-DO Rev A网络，使用了65纳米技术的MSM（Mobile Station Modern）6800芯片组样片。该方案宣布不久，高通以及众多运营商立即公开表示，在2006年底，cdma2000-1x EV-DO Rev A将在亚洲和北美实现商用并展开首次部署，并于2007年进行广泛部署。值得一提的是，版本A可以利用CDMA的IP功能，并且能加强支持对延迟敏感并需要高带宽的应用，如IP语音（VoIP）和即时多媒体信息（IMM），这使得运营商能以更低的成本跨网络提供集成的语音、数据和视频服务。KDDI、LG电信、Sprint Nextel、新西兰电信公司和Verizon Wireless等运营商部已承诺部署或已经开始部署版本cdma2000-1x EV-DO Rev A。

3.cdma2000-1x EV-DO Rev B

cdma2000-1x EV-DO Rev B技术是高通公司DO多载波多链路扩展（DMMX）平台的一部分，这是高通公司在2005年11月发布的一组技术和产品创新。cdma2000-1x EV-DO Rev B技术支持与语音呼叫同步进行的，诸如移动电视或流媒体音乐等应用，还可以在浏览互联网页面或在互联网上发送多媒体内容的同时进行互联网语音协议（VolP）会话。cdma2000-1x EV-DO Rev B技术的灵活性还可以在利用现有网络投资和目前已经部署设备的同时，大大提高网络容量和性能。性能极高的设备可以支持前向链路数据传输速率高达73.5Mb/s，而成本较低或现有的设备则可支持4.9Mb/s的前向链路数据传输速率。为了给基于IP的服务分配更高比例的频谱资源，网络运营商可以降低成本。DMMX平台还包括了高通公司开发的大量技术，以进一步提高cdma2000-1x EV-DO网络的语音和数据性能。

3GPP2 TSG-C于2006年3月批准发布版本B标准，该标准在多运营商和64正交振幅调制模式上将上、下行链路吞吐量分别提高到了73.5Mb/s和27Mb/s。高通表示，支持cdma2000-1x EV-DO Rev B标准的芯片组解决方案，于2007年实现商用，它可以支持极高的无线数据传输速率，为下一代无线数据、音乐、游戏和多媒体娱乐设备的上市奠定基础。而第一批商用cdma2000-1x EV-DO Rev B产品以数据调制解调器的形式于2007年底问世。

4.cdma2000-1x EV-DO Rev C/D

版本C的接口将提供更高的数据传输速率、频谱效率以及低延迟，从而成为丰富多媒体服务的理想方案。版本C将支持从1.25MHz到20MHz灵活、动态的信道带宽延展，并后向兼容版本A和版本B。目前，3GPP2正在评估各项提案，其中包括OFDM、MIMO、SDMA和干扰消除技术。cdma2000-1x EV-DO Rev C不仅可以将下行链路的峰值数据传输速率提高到200Mb/s，还能大大提高扇区吞吐量，这对经济高效地同时支持多个宽带用户至关重要。cdma2000-1x EV-DO Rev D可能就是严格意义上的4G，目前高通以及CDG正在积极研究，不久也会有详细的技术标准公布。

1.1.2.2 HSPA技术演进

3GPP中确定了HSDPA未来演进的三个阶段：一是基本HSDPA阶段；二是增强HSDPA阶段；三是HSDPA进一步演进阶段。其中第一阶段和第二阶段已经实用化，而第三阶段正处在研究阶段。HSDPA中的关键技术包括快速链路自适应（FLA）、高阶调制、快速HARQ、快速调度算法、快速小区选择（FCS）、独立的OFDM调制、MIMO和空时编码、多天线反馈分集等。下面分析HSPA演进不同阶段所采用的关键技术。

1.基本HSDPA阶段

基本HSDPA阶段存在以下3种关键技术：快速链接自适应、基于混合ARQ协议的快速自适应差错控制（即快速混合自动重传）、在Node B的用户快速调度算法。其中最重要的是基于自适应的编码和调制的快速链接自适应技术，它可以使下行分组数据传输速率高达10.8Mb/s，而快速HARQ机制和快速调度算法技术可以支持在动态网络中有效地分配无线资源。

（1）快速链接自适应（FLA）

链接自适应技术是指通过改变传输参数来补偿信道条件变化的处理过程，如功率控制、自适应的编码和调制及ARQ等技术。由于它在提高数据传输速率和频谱利用率方面有很强的优势，因此链路自适应技术将成为目前和未来移动通信系统中的关键技术之一。自适应的编码和调制（AMC）是网络根据用户瞬时无线信道的变化（如用户瞬时信道质量状况或目前资源），而相应地选择最合适的下行链路调制和编码方式，最大限度提高用户的数据传输速率。

AMC属于无线链路自适应技术中的一种，而且对测量误差和时延较敏感，其调制等级和信道编码方法随接收信号的质量而变。在时变信道条件下，AMC可提供隐含链路自适应特性。当用户处于有利的信道条件时（如靠近Node B或存在视距链路），AMC会选择采用高阶的信道调制和较高速率的信道编码方案。如16QAM用3/4码率的Turbo码来最大化下行链路数据的传输速率，从而使小区吞吐量增大，而当用户处于不利的信道地点时（如位于小区边缘或者信道深衰落），AMC则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案。如QPSK用1/2码率的Turbo码来保证通信质量。采用AMC技术的优点是：可以提高用户数据传输速率和增加小区的平均数据吞吐量，而不调整发射功率；基于链接自适应技术的系统通过调制和解调方式进行信道适应，系统中的干扰变化不太明显。

（2）快速混合自动重传（FHARQ）

快速混合自动重传是指接收方在译码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据在译码之前进行组合。HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来达到更好的链路自适应性能的表现。

HSDPA先通过AMC提供粗略的数据速率选择方案，再使用HARQ技术来提供精确的速率调节，从而提高自适应的精度和资源利用率。快速混合自动重传技术可以提高系统性能，灵活地调整有效码元速率和补偿由于采用链路适配所带来的误码。HARQ机制定义是将前向纠错（FEC）和传统ARQ协议结合起来的一种差错控制方案。HARQ机制的形式很多，可以根据系统性能和设备复杂度来选择相应的HARQ机制。

如果HSDPA在一个传输时间间隔（TTI）时段内的所有数据译码都正确，那么一个确认信号通过相关上行控制信道会被发送到Node B；反之如果数据译码错误，那么重传操作会立即在后面几个TTI时段内执行。一旦数据被重传，用户设备（UE）将对先前传送的数据和当前重传的数据进行组合，这个过程极大地提高了重传的成功概率。直到数据成功译码或者达到了预先约定的最大重传次数，重传的操作才会结束。由于混合自动重传（HARQ）机制是在Node B中执行的，因此重传请求操作可以被迅速地执行。

（3）快速调度算法（FSA）

对链接自适应技术来讲，传输模式的选择策略关键是快速调度算法，准确高效的算法是该技术成功运用的关键，也是系统设计的核心要素，它控制着用户共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的性能优劣。调度时应主要基于信道条件，同时考虑等待传输的数据量以及业务的优先等级情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最优信道条件的用户传输数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的小区吞吐量，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。

HSDPA技术为了能更好地适应信道快速变化的特点，在短期内以信道条件为主，而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量。因此将调度功能单元放在Node B中，同时也将传输时间间隔缩短到2ms。目前该领域仍然是一个研究焦点。

2.增强HSDPA阶段

增强HSDPA阶段在3GPP R6中进行了说明。目的是提高峰值数据速率到30Mb/s。关键技术主要包括快速小区选择、多输入多输出技术（MIMO）和空时编码技术（STC）。

（1）快速小区选择（FCS）

快速小区选择是为实现增强HSDPA阶段而提出的。使用FCS技术，用户移动终端设备能指示一个最佳的小区运用于下行链路，通过上行链路的信令来提供业务。而在离小区中心较远的边缘，每个信道质量都比较低，使用FCS技术则可以选择一个服务小区，使得链路的质量相对稳定，它是通过系统和小区指示信息来对各个小区进行比较的。FCS技术的优点是可降低系统干扰，极大地增加系统的容量。

（2）多输入多输出技术（MIMO）

多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）是一种能够有效地提高衰落信道容量的新技术，MIMO在发送方和接收方都有多副天线，可以看成是双天线分集的扩展。但不同之处是MIMO中有效使用了编码重用技术，其原理是用相同的信道编码和扰码调制多个不同的数据流，在采用空时编码的MIMO系统中，通过编码复用技术可以使系统达到最大数据吞吐量。实质上MIMO技术是将FDD技术运用在TDD系统中，使用MIMO技术可以让数据传输速率达到20Mb/s。采用编码复用技术后，系统要求在接收端使用至少n个天线。在理论上，使用编码复用的最大传输速率是单天线传送的n倍。另外采用基于波束成形的智能天线技术也可以作为关键技术应用在HSDPA中。

（3）空时编码技术（STC）

空时编码（STC）是近年来移动通信领域中的一种新的编码和信号处理技术，在发射端和接收端同时使用多个天线进行信息的发射和接收，综合利用时域和空间二维信息，在接收端进行分集接收。目前提出的空时编码有3种形式：分层空时码、空时分组码和空时栅格码。空时编码的优点是可以在不牺牲系统带宽的前提下获得更大的编码增益，可以大大改善移动通信系统的信息容量和信息率。

3.HSDPA进一步演进阶段

目前，HSDPA正处在积极研究的第三阶段，该阶段的目标是引进新型空中接口、增加平均比特率。其中的关键技术包括正交频分复用技术（OFDM），用户设备选择子载波传输和64 QAM调制，它们的引入将使系统峰值速率达50Mb/s以上。主要的新特性包括：结合更高调制方案和阵列处理的正交频分复用物理层；根据空中接口质量为用户设备选择专用子载波的特点来选择的快速调度算法，从而达到优化传输性能的目标，未来在该领域还会有进一步的研究。

4.HSUPA

HSUPA研究项目于2004年3月完成研究，2005年3月完成功能规范。HSUPA增加一个新的专用传输信道E-DCH来传输HSUPA业务。R99 DCH和E-DCH可以共存，因此用户可以享受在DCH上传统的R99语音服务的同时，利用HSUPA在E-DCH进行突发的数据传输。

在理论上HSUPA的用户峰值速率可达到5.8Mb/s，这一目标将分阶段完成，在第一阶段HSUPA网络将首先支持1.4M的上行峰值速率，在接下来的阶段逐步支持2M以及更高的上行峰值速率。

HSUPA向后充分兼容于3GPP的WCDMA R99。这使得HSUPA可以逐步引入到网络中。R99和HSUPA的终端可以共享同一无线载体，并且HSUPA不依赖于HSDPA，也就是说没有升级到HSDPA的网络也可以引入HSUPA。

要在现有的WCDMA R99中引进HSUPA，需要对现有的无线接入系统做一定程度的升级。

HSUPA涉及的相关技术有：

● 上行的快速物理层混合自动重传请求（HARQ）技术；

● 基于Node B的快速上行调度；

● 更短的上行传输时间间隔；

● 高阶调制；

● 快速的DCH建立。