1.1.3 cdma2000-1x EV-DO与HSPA的技术比较

1.cdma2000-1x EV-DO技术特点

尽管cdma2000-1x已由许多无线运营商部署并投入运营，可提供153.6kb/s的数据传输链路，但还不能完全满足人们高速访问计算机互联网的要求。因此，业界开发出了cdma2000-1x EV-DO的解决方案。cdma2000-1x EV-DO的主要特点是提供高速数据服务，每个CDMA载波可以提供2.4576Mb/s的前向峰值吞吐量，前向链路的速率范围是38.4kb/s～2.4576Mb/s，反向链路的速率范围是9.6～153.6kb/s。反向链路数据速率与cdma2000-1x基本一致，而前向链路的数据速率远远高于cdma2000-1x。它所运用的关键技术有以下。

（1）前向链路时分复用

cdma2000-1x EV-DO充分利用了数据通信业务的不对称性和数据业务对实时性要求不高的特征，前向链路设计为时分复用CDMA信道。对于前向链路，在给定的某一瞬间，某一用户将得到cdma2000-1x EV-DO载波的全部功率。另外，不管是传输控制信息还是传输业务信息，cdma2000-1x EV-DO的载波总是以全功率（即最大功率）发射，确保前向链路始终有最好的信道环境。

（2）前向链路硬切换

在某一瞬间，接入的移动终端仅接收一个基站的数据，前向链路使用速率控制而不是功率控制，它不需要软切换。它监视激活的信道中的所有载波的信号强度，接入的移动终端接收其中最强载波的数据，如果另一个扇区的载波信号强，则请求切换。

（3）动态速率控制

在cdma2000-1x EV-DO网络中，前向链路的发射功率不变，即没有功率控制机制，但是它采用了速率控制机制，速率随着前向射频链路质量而变化。基站不决定前向链路的速率，而是由移动终端根据测得的C/I值请求最佳的数据速率。终端根据信道环境的好坏（C/I），向网络发送DRC请求，快速反馈目前前向链路可以支持的最高数据速率，网络以此速率向终端发送数据，信道环境越好，速率越高，信道环境越差，速率越低。与功率控制相比，速率控制能够获得更高的小区数据业务吞吐量。

（4）自适应调制编码技术

根据前向射频链路的传输质量，终端反馈的数据速率情况（即终端所处的无线环境的好坏），网络自适应地采用不同的编码和调制方式（如QPSK、8PSK、16PSK）向终端发送数据。移动终端可以要求9种数据速率，最低为38.4kb/s，最高为2457.6kb/s。在1.25MHz的载波上能传输如此高速的数据，正是因为是采用了高阶调制解调并结合了纠错编码技术。

（5）调度程序使射频资源发挥最大效能

在基站中有一个调度程序决定下一个时隙给哪一个用户，时隙分配的原则是移动终端请求的速率与其平均吞吐量之比最高。对于cdma2000-1x EV-DO，当移动终端处于衰落状态时，基站的调度程序就不给它分配传输时间或少分配传输时间。这就是cdma2000-1x EV-DO的多用户分集增益，它有利于扩大网络容量｡

（6）反向链路速率控制

在cdma2000-1x EV-DO系统中，对反向链路移动终端使用的数据速率没有直接的控制，移动终端传送的分组中携带了数据速率的信息。基站向移动终端广播反向链路的占用情况比特（RAB），以此向移动终端指示反向链路是否满载。如果反向链路满载，RAB就置成“忙”。此时，移动终端将根据基本试验的随机数，降低反向链路传送的数据速率或保持速率不变。如果随机数高于某一特定数据速率的阈值，该数据速率则降低。所以数据速率越高，速率降低的可能性就越大。反之，如果RAB没有置成“忙”，移动终端将根据基本试验的随机数，增加反向链路传送的数据速率或保持速率不变。这种情况下，对于当前数据速率低的用户，其增加数据速率的可能性就大。

（7）R-P会话的建立

在cdma2000-1x EV-DO网络中，选路不需要国际移动用户识别符和移动识别号码（IMSI/MIN），所以cdma2000-1x EV-DO接入终端不需要提前分配IMSI/MIN。对于R-P会话在RNC和PDSN之间的切换需要另外的解决方案。为了成功地在同一个PDSN的RNC/BSC（PDSN内部，RNC之间）之间传送会话，移动终端的IMSI应该一样。

由于移动终端没有IMSI，当RNC在移动终端和PDSN之间开始一个会话时，就给移动终端分配一个IMSI。在cdma2000-1x EV-DO的标准中，引入了一个新的接口A12。它是RNC和AN-AAA服务器之间的接口。AN-AAA有两个功能：第一，完成对移动终端的鉴权；第二，在它的鉴权接受消息中向RNC返送一个IMSI值，这个IMSI用于RNC与PDSN建立R-P会话。

如果cdma2000-1x EV-DO网络中未部署AN-AAA服务器，RNC必须用其他的专用方法为移动终端分配IMSI，但必须保证IMSI在整个网络中是唯一的。没有AN-AAA服务器时，不能完成cdma2000-1x EV-DO RNC和cdma2000-1x BSC之间的R-P会话切换，移动终端只能依靠移动IP来保持它的IP地址在穿过网络边缘时不变。部署AN-AAA有利于快速切换和改善移动终端通过网络边缘时的性能。

（8）多用户分集和调度

cdma2000-1x EV-DO同一扇区内的用户间以时分复用的方式共享唯一的前向数据业务信道。cdma2000-1x EV-DO系统默认采用Proportional Fair调度算法，此种调度算法使小区前向链路吞吐量最大化。当有多个用户同时申请前向数据传输时，扇区优先分配时隙给DRC/R最大的用户，其中DRC为该用户申请的速率，R为之前该用户的平均数据速率。它可以粗略地看作是多用户分集时间相等，即当用户无线条件较好时，尽量多传送数据，当用户信道条件不好时，少传或不传数据，将资源让给信号条件好的用户，避免自身的数据经历多次重传，降低系统吞吐量。并同时保持多用户之间的公平性，即为无线环境相当的用户比较均匀地分配无线资源，维持可接受的包延迟率，因此可以看出每个用户的实际吞吐量取决于总的用户数量和干扰水平。

（9）HARQ功能

根据数据速率的不同，一个数据包在一个或多个时隙中发送，HARQ功能允许在成功解调一个数据包后提前终止发送该数据包的剩余时隙，从而提高系统吞吐量。如在设置终端的DRC为3（即153.6kb/s）时，HARQ功能能够提高小区吞吐量2.9～3.5倍。

此外，空中接口方面，cdma2000-1x EV-DO技术能够提供高达2.4576Mb/s的数据传输速率。前向链路最多可同时支持59个用户/Sector，各用户以时分形式占用信道。前向链路采用了独特调度算法对各AT的业务安排适当机会进行发送，发送时以最大功率传送。反向链路借鉴了cdma2000-1x的技术，增加了反向导频信道，采用与CDMA IS-95/cdma2000-1x相同的软切换算法，接入过程与CDMA IS-95也基本相同，还采用了速控技术，可以实时调整反向链路的速率。

IOS接口方面，cdma2000-1x EV-DO系统提供了AT进行会话发起、接入认证、连接建立、连接释放等流程。切换方面，cdma2000-1x EV-DO IOS考虑了多种情况下的切换。包括Intra PCF、Active、Intra-PDSN/Inter PCF、cdma2000-1x to cdma2000-1x EV-DO、cdma2000-1x EV-DO to cdma2000-1x等各种情况。

综上，cdma2000-1x EV-DO的空中链路是专门为分组数据而优化设计的，它的一个关键的设计思想是数据和语音具有非常不同的需求：语音业务具有低时延、低速率、上下行对称和对误码率要求不高；而数据业务具有突发性强、速率高、上下行不对称和对延时不敏感。如果将数据和语音合在一起，经常会造成效率的降低。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的波形是100%兼容CDMA IS-95/cdma2000-1x RTT的波形。在终端和网络的设计上，cdma2000-1x EV-DO使用相同的1.2288 Mcps码片速率、相同的链路预算方法、相同的网络规划方法和射频设计。而且，由于数据和语音优化使用不同的载波，对于两种业务都带来了很大的便利。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，而且大大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。

在忙时，cdma2000-1x EV-DO能提供比cdma2000-1x RTT和WCDMA高的频谱利用率。cdma2000-1x EV-DO采用了那些技术策略来达到较高的数据速率和频谱利用率的呢？运营无线数据业务，在有了良好的业务后，利润的空间将取决于网络的两个关键方面：一是网络容量，在固定的带宽内（比如1.25MHz），每个小区能够容纳的数据用户数；二是业务级别，能提供给每个用户的平均数据吞吐量。

所以当前无线技术的发展主要着眼于提高网络容量和业务级别。另外由于绝大多数互联网应用（网络浏览、音频、视频）都有不对称的带宽需求，通常要求较高的下载速率，对于无线数据业务，优化、增强前向链路（从基站到用户）的性能至关重要。

cdma2000-1x EV-DO主要从两方面来达到以上目的：一是提高突发数据速率，突发数据速率是当用户传输数据时用户所看到的真实的数据传输速率；二是提高复用效率，复用效率用于衡量设备如何有效的在多个激活的用户之间分配空中资源。

为了提高突发数据速率，cdma2000-1x EV-DO系统采用了自适应的速率操作，允许基站针对每一个激活的用户快速的调整数据速率（最小调度单位为一个1.666ms）。在前向链路上，所有激活用户定时测量从基站接收的导频信号从而决定当前的信道质量，并向基站反馈自己所能接收的最大数据速率。根据所反馈的数据速率（从38.4kb/s到2.4576Mb/s可变），基站将选择一个合适的多级调制编码方式（QPSK、8PSK、16QAM），这个特性使基站在任何时候都能以用户无线环境所支持的最大数据速率服务该用户。另外，为了能够保证在复杂无线环境特别是高速移动环境下系统性能的稳定性，cdma2000-1x EV-DO系统还采用了一个复合ARQ机制及时纠正终端数据速率测量的误差。同时，cdma2000-1x EV-DO系统也是第一个采用自适应的多级调制机制的商用移动蜂窝网络。

cdma2000-1x EV-DO系统进一步使用了宏观分集技术提高突发数据速率，还使用了一种基于基站选择的分集技术。对于基站选择分集，每个激活终端会测量它所能收到的所有基站的导频信号质量，然后告诉网络它希望从那个基站接收信号，这样允许基站选择一个适当的基站服务该用户，从而获得最高的数据速率。

cdma2000-1x EV-DO系统利用多用户分集来大大提高系统的复用效率。在无线网络中，基站需要使用一定的复用策略在所有激活用户中分配前向链路的带宽，所采用的复用策略将直接影响到系统的性能，特别是忙时系统的性能。在以语音为中心设计的CDMA网络中，基站需要在所有的呼叫中分配码资源和发射功率，在信道质量差的时候，基站通常需要分配更多的空中资源（功率）以保持恒定的数据速率。这种做法对于语音呼叫是合适的，对于分组数据呼叫则适得其反，因为具有恶劣信道质量的用户会消耗大量的网络资源，占用其他用户的带宽，从而降低了整个网络的性能。

为了提高系统的复用效率，cdma2000-1x EV-DO系统采用了基于时分复用（TDM）的策略，基站每次都以所有可能的空中资源、以接收者信道质量所允许的最大速率来给用户发送一个数据包。数据包的发送顺序（哪个用户的数据包先发、哪个后发）并不是采用常规的时间片轮转方法，而是采用了基于信道质量的调度策略，基于这种策略，当激活用户的信道质量相对较好时，激活用户的数据速率将明显地增强。这样避免了资源的浪费，大大提高整个系统的性能。

2.HSDPA的技术特点

在设计上，HSDPA充分参考了cdma2000-1x EV-DO的设计思想与经验。兼容性上，HSDPA和WCDMA R99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10ms WCDMA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cdma2000-1x EV-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Node B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传请求（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Node B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Node B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Node B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WCDMA R99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Node B的修改，对RNC则主要是修改协议软件，硬件影响很小。

3.HSDPA与cdma2000-1x EV-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。HSDPA和cdma2000-1x EV-DO Rev 0下行都有时分复用的概念，在HSDPA系统中，下行链路不仅支持多路用户数据的时分复用，还支持码分复用的方式。通过不同的OVSF（正交可变长扩频因子）码复用多路用户信号，在同一时刻最大的服务用户数为15。而在cdma2000-1x EV-DO Rev 0系统中，下行链路只支持多路用户数据的时分复用，即在下行链路的某一时刻只有一个用户的数据传送。

HSDPA和cdma2000-1x EV-DO Rev 0都采用了共享信道结构，由于cdma2000-1x EV-DO独立载波的特点，开销信道和业务信道都是时分形式，即其下行导频信道、控制和业务信道均是时分复用，每一个时刻只有一个用户数据包在传送。在cdma2000-1x EV-DO Rev A中，引入了多用户数据包和小数据包，可以同时传送多个用户的小包，最多8个用户。HSDPA可与WCDMA共载波，使用WCDMA原有的开销信道，保留原有WCDMA的业务信道，新引入的HSDPA信道与这些信道码分，这种方式有助于话音和高速数据业务的混合使用和操作。这种情况下，HSDPA的用户可以共享HSDPA信道并进行时分分配，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。在功率资源剩余的情况下，HSDPA业务信道也可码分复用，最多有4个HSDPA码分业务信道。

HSDPA和cdma2000-1x EV-DO Rev 0均使用了自适应调制和编码技术，从而使数据传输与信道质量相匹配获得高的传输速率和频谱利用率。通过引入高阶调制，提高系统的性能。HSDPA前向使用了QPSK和16QAM调制方式；cdma2000-1x EV-DO Rev 0前向使用了QPSK、8PSK和16QAM调制方式；cdma2000-1x EV-DO Rev A在反向链路使用了QPSK和8PSK，增强了反向链路的峰值速率和系统容量。cdma2000-1x EV-DO Rev 0系统中，自适应调制编码的实现通过终端测量当前时隙前向导频的信噪比，预测下一时隙内前向链路所能支持的最大传送速率，并通过DRC信道上报给基站，基站根据调度算法选择被服务用户，按照该用户请求的数据速率选择调制编码。HSDPA系统中，自适应编码和调制是网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据速率。HSPA和cdma2000-1x EV-DO都采用了适合高速突发数据业务的Turbo编码技术。

HSDPA和cdma2000-1x EV-DO都采用了HARQ重传机制，综合了前向纠错码（FEC）和重传（ARQ）两种方式的特点，重传功能移至基站。一方面，降低了数据传输的时延；另一方面，它充分利用了已传送的信息，获得时间分集的增益。虽然HSDPA和cdma2000-1x EV-DO Rev 0都采用了HARQ技术，但在具体实现机制上两者仍存在一定的差别。在HSDPA的数据传输格式中，仅仅要求给出需要传送的数据包大小、调制及编码格式等，不定义重传次数，是否重传完全取决于基站所收到的确认消息是确认ACK还是否认NACK，重传的时隙由调度算法决定。通常所说的HSDPA速率是数据包的尺寸与一个传输时隙（2ms）之比，不考虑重传可能造成的时间延长和速率降低。然而，在cdma2000-1x EV-DO Rev 0中，重传次数在传输格式中进行了明确的定义，每一个重传时隙的间隔也是固定的，所标称的速率是传输数据包大小与传输时隙数所用时间的比值。cdma2000-1x EV-DO Rev 0支持“提前终止”技术，即根据速率确定分组重传的最大时隙数。在传送过程中，当发送端收到接收方的ACK应答后，立即停止重传开始发送下一个新的数据分组。因此，cdma2000-1x EV-DO的实际速率往往高于标称速率。

HSUPA和cdma2000-1x EV-DO Rev A上行也都采用了HARQ。cdma2000-1x EV-DO Rev A的前、反向链路在传输时都采用“HARQ+提前终止”传输机制。但前反向传输机制有差别。前向是基于时隙交织，反向基于子帧。HARQ可以在信道条件多变的无线环境中提前结束帧的传送。由于大多数的包都会提前中止，提高了单用户的吞吐量。在HSUPA中定义了上行的物理层的数据包快速混合重传机制。类似于HSDPA，但也有差别。HSDPA采用了异步的HARQ，而HSUPA采用同步的HARQ。在HSUPA中，上行可以进行软切换，因此可以利用宏分集技术带来显著的性能增益。在宏分集合并中，只有当所有激活集中的Node B都不能正确解码时，UE才会进行重传；否则，只要有一个ACK，UE就不会执行重传，从而进一步降低了重传次数。

由于cdma2000-1x EV-DO前向链路是时分的，为提高时隙资源的利用率，cdma2000-1x EV-DO系统将前向链路时隙在多用户之间分配，常用的多用户调度算法包括轮询、最大信干比和比例公平调度算法等。在考虑多用户调度准则时，要照顾到业务的QoS要求。

HSPA系统中常用的算法与cdma2000-1x EV-DO相同。调度时主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的管理。HSPA将调度功能单位放在Node B，通过把分组调度功能从RNC移到Node B中的MAC层，HSPA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。

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。cdma2000-1x EV-DO和HSDPA系统根据无线环境作适配，进行快速用户调度，充分利用小区的功率和频谱资源。在cdma2000-1x EV-DO中最小的调度时间间隔为1.67ms，HSDPA的调度时间间隔为2ms，即1个10ms WCDMA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HSUPA中采用了TTI为2ms的短帧结构与TTI为10ms帧混合使用的机制。协议规定10ms帧结构要求所有UE强制支持，2ms帧结构为可选。更短的帧结构可以在给定的时间内，使物理层的重传次数得到增加，从而提高链路的效率和吞吐率。对应相同的物理层时延，更短的帧结构可以有效降低上层的传输时延。

cdma2000-1x EV-DO Rev 0下行采用了虚拟软切换，DRC.Cover信息指出终端认为的下行信道质量最好的扇区，基站通过解码该信息决定切换。cdma2000-1x EV-DO Rev A中，引入了DSC信道，提前进行切换准备，取消了由于切换导致的数据传送中断，实现了无缝虚拟软切换。在HSDPA中，由于它的信令消息仍然采用码分专用信道的形式，所以，在该终端的主小区改变后，对应的HSDPA无线链路发生硬切换。HSDPA与cdma2000-1x EV-DO的反向都是软切换。

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。表1-2 给出了两种技术的一些关键参数的比较结果。