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移动通信(数据通信术语)

移动通信(mobile communications) 沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信方式。

通信双方有一方或两方处于运动中的通信。包括陆、海、空移动通信。采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由移动台、基台、移动交换局组成。若要同某移动台通信,移动交换局通过各基台向全网发出呼叫,被叫台收到后发出应答信号,移动交换局收到应答后分配一个信道给该移动台并从此话路信道中传送一信令使其振铃。

移动通信(Mobilecommunication)是移动体之间的通信,或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人,也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。

1.2简史

1899年,船舶上用无线电报传递保障船舶运行和海上人员安全的有关信息,其后开放有旅客与陆地公用电信网之间的通信业务。20世纪20年代初,美国底特律警察局将2MHz频段的无线电台安装在警车上作调度通信。1922年,船舶上使用了无线电话。第二次世界大战后期,出现了将超短波电台装在指挥车上的单工通信系统。1946年,美国在圣刘易斯(St.Louis)建立了公用汽车电话网。接着,西德、法国、英国等国家都相继研制了公用移动电话系统。50~60年代,我国主要在航空、海上、军事、铁路列车无线调度等领域使用短波波段开展专用移动通信。60年代美国开始应用改进型移动电话系统(IMTS),可以直接拨号,自动选择无线信道并自动接入公用电信网。70年代,美国开始使用第一代无绳电话系统。1976年,美国发射了MARISAT海事卫星,海上移动通信开始使用微波频段和卫星通信技术。70年代末,美国、日本研制了服务范围划分为若干基站覆盖区的模拟蜂窝式移动电话通信系统。1979年成立国际海事卫星组织,该组织的全球卫星系统于1982年开始向船舶、海上石油钻台等水上目标与岸站间提供通信业务。70~80年代初,我国各种专用移动通信系统相继投入使用。我国自行设计的8频道公用移动电话系统于1982年在上海投入运营。80年代初,日本提出900MHZ无中心选址系统。80年代中期以后,移动通信得到了飞速发展。80年代末,数字式无绳电话(CT2)系统在英国投入商用。

接着,北美的CT2、瑞典的CT3等相继问世,有的可以提供双向呼叫和越区切换。专用调度系统也向公用方向发展,在美国、日本、苏联、法国、加拿大、瑞典等国家出现了集群式调度网。西欧国家组成的移动通信特别小组(GSM)提出了窄带TDMA数字移动电话系统的标准,泛欧国家于90年代初开通数字蜂窝式移动电话通信系统。1991年,美国提出了用几十颗低轨卫星覆盖全球的卫星移动通信系统。1991年,我国开始使用北京海事卫星通信岸站。1992年,数字式无绳电话(CT2)在深圳开通。集群调度系统也在北京、上海等城市投入运营。

2013年1-3月我国移动通信手持机内销16316万台,增速达39%。移动通信手持机的生产和销售向智能手机加速倾斜,3月份上市新机型中智能手机占比达到77%,内销量同比增长62.5%,占手机内销58%。[1]

移动通信系统由两部分组成:

(1)空间系统;

(2)地面系统:①卫星移动无线电台和天线;②关口站、基站。

移动通信系统从20世纪80年代诞生以来,到2020年将大体经过5代的发展历程,而且到2010年,将从第3代过渡到第4代(4G)。到4G,除蜂窝电话系统外,宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统(ITS)和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。[2]未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外,系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题,有的系统将侧重提供高数据速率,有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。

从用户角度看,可以使用的接入技术包括:蜂窝移动无线系统,如3G;无绳系统,如DECT;近距离通信系统,如蓝牙和DECT数据系统;无线局域网(WLAN)系统;固定无线接入或无线本地环系统;卫星系统;广播系统,如DAB和DVB-T;ADSL和CableModem。

1.5频段

使用频段遍及低频、中频、高频、甚高频、特高频和微波。例如我国陆地移动电话通信系统常采用160,450,800MHz及900MHz频段;地空之间的航空移动通信系统常采用108~136MHZ频段;岸站与船站的海上移动通信系统常采用150MHz频段;国际上,海事卫星移动通信系统采用1.5GHz/l.6GHz的L频段;陆地的卫星移动通信系统有采用L频段的,也有用11/14、12/14GHzKu频段的。

1.6组网方式

按有无中心分为无中心网和有中心网两种方式。无中心网是在移动台间建立直接链路,以实现移动用户间的通信。如对讲电话系统的同频单工网、无中心选址系统的同频单工网等。有中心网在移动台与控制中心建有链路,移动用户间的通信必须经过控制中心才能实现。如第二代无绳电话网、蜂窝移动电话网和集群调度系统等。按服务对象分有公用移动通信网和专用移动通信网。公用移动通信网是公用电信网的一部分。移动通信网有通过用户线入公用市话网的,也有通过中继线以端局方式入自动电话网的。

1.7信令

系指在移动通信网中,与通信的接续和控制以及管理有关的电信息(非语言),具有信号和指令的双重含义。按信号形式分有模拟信令和数字信令;按传输媒质分有无线信令和有线信令;按传输方式分有随路信令方式和共路信令方式。80年代,小容量移动通信网的无线信令多采用模拟随路信令方式,即以多音频(或脉冲)方式与话音共享一个信道,在传递话音信号前后传送信令。大、中容量移动通信网的无线信令移动通信多采用数字共路信令方式,即在多信道共享的移动通信系统中,设立专用信令信道(又称控制信道)。

1.8编号

专用移动通信网采用单独编号。公用移动通信网的编号与进入公用电信网的方式有关。如以用户线方式进入电信网,移动用户号码的编法多与市话用户号码编法相同。例如陆地公用移动通信网,CCITT的E213推荐了两种编号方案:一种与公用电信网编法一致;另一种采用“网号”,即单独编号的方式。

(1)移动性

就是要保持物体在移动状态中的通信,因而它必须是无线通信,或无线通信与有线通信的结合。

(2)电波传播条件复杂

。因移动体可能在各种环境中运动,电磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多普勒效应等现象,产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。

(3)噪声和干扰严重

在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声,移动用户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。

(4)系统和网络结构复杂。

它是一个多用户通信系统和网络,必须使用户之间互不干扰,能协调一致地工作。此外,移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连,整个网络结构是很复杂的。

(5)要求频带利用率高、设备性能好。

按业务性质分有电话业务和数据、传真等非话业务;按服务对象分有公用移动通信、专用移动通信;按移动台活动范围分有陆地移动通信、海上移动通信和航空移动通信;按使用情况分,常用的有移动电话、无线寻呼、集群调度系统、漏泄电缆通信系统、无绳电话、无中心选址移动通信系统、卫星移动通信系统、个人通信。

模拟制式的移动通信系统,得益于70年代的两项关键突破:微处理器的发明和交换及控制链路的数字化。AMPS是美国推出的世界上第一个1G移动通信系统,充分利用了FDMA技术实现国内范围的语音通信。

风靡全球十几年的数字蜂窝通信系统,80年代末开发。2G是包括语音在内的全数字化系统,新技术体现在通话质量和系统容量的提升。GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)是第一个商业运营的2G系统,GSM采用TDMA技术。

2.5G在2G基础上提供增强业务,如WAP。

3G是移动多媒体通信系统,提供的业务包括语音,传真,数据,多媒体娱乐和全球无缝漫游等。NTT和爱立信1996年开始开发3G(ETSI于1998年),1998年国际电联推出WCDMA和CDMA2000两商用标准(中国2000年推出TD-SCDMA标准,2001年3月被3GPP接纳,起源于李世鹤带头搞的SCDMA)第一个3G网络运营于2001年的日本。3G技术提供2MBPS标准用户速率(高速移动下提供144KBPS速率)。

4G是真正意义的高速移动通信系统,用户速率20Mbps。4G支持交互多媒体业务,高质量影像,3D动画和宽带互联网接入,是宽带大容量的高速蜂窝系统。2005年初,NTTDoCoMo演示的4G移动通信系统在20KM/小时下实现1Gbps的实时传输速率,该系统采用4X4天线MIMO技术和VSF-OFDM接入技术。

4.6总结

移动通信正朝者数字化、小型化和综合化方向发展。为能与综合业务数字网(ISDN)兼容,提供多种业务,各种移动通信设备必须数字化,并采用多址技术如时分多址(TDMA)技术、码分多址(CDMA)技术,话音低码率编码(LRE),数字窄带调制技术如高斯最小频移键控(GMSK)、平滑调频(TFM)以及信道编码和分集接收技术等,使通信质量稳定可靠、保密性能好、抗干扰性强、可显着提高频谱利用率。为了使移动通信设备小型化和便于携带,必须广泛使用大规模集成电路、微型计算机和微处理机等。

移动通信的最终目标是与其它通信手段一起,共同实现任何用户在任何时间、任何地点与任何人通信的目的。为此需要有一个统一规范的全球兼容系统。自1988年起,CCIR和CCITT有关研究组就着手制定公用陆地移动通信系统的规范,将各种移动通信系统,包括如无线电话系统、无线寻呼系统、模拟/数字蜂窝式移动电话通信系统和卫星移动通信系统等联网成一个综合移动通信系统,除有电话业务外,还扩展到数据、传真和图像等各种非话业务,最终成为综合业务数字网(ISDN)的一部分。

CDMA蜂窝移动通信技术介绍

自20世纪70年代末第一代模拟移动通信系统面世以来,移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展,已经成为带动全球经济发展的主要高科技产业之一,并对人类生活及社会发展产生了重大影响。其中,CDMA码分多址移动通信技术以其容量大、频谱利用率高、保密性强、绿色环保等诸多优点,显示出强大的生命力,引起人们的广泛关注,成为第三代移动通信的核心技术。

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess,码分多址)作为一种多址技术早已出现,起初仅在抗干扰和保密性能等方面受到人们的注意,被用在军用抗干扰系统中。1989年,美国高通(Qualcomm)公司最先推出CDMA蜂窝移动通信系统的设想。

码分多址蜂窝移动通信技术实际上包含两个基本技术,即码分多址技术和扩频通信技术。所谓扩频,简单地讲就是用某种技术将信号的频谱进行扩展,工程中常用直接序列对信号进行扩频,即用一个高速码序列码去调制低速原始数据信息。码分多址(CDMA)与频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)一样,是多址技术的一种。

CDMA系统中的每一个信号被分配一个正交序列或PN(PseudoNoise,伪随机噪声)序列用作扩频序列对其进行扩频,不同信号的能量被分配到不同的正交序列或PN序列里。在接收机,通过使用相关器只接受选定的正交序列或PN序列并压缩其频谱,凡不符合该用户正交序列的信号就不被压缩带宽,结果只有指定的信号才能被提取出来。

我们将CDMA与FDMA、TDMA三种多址方式进行比较。FDMA采用调频的多址技术,在不同频段的业务信道被分配给不同的用户;TDMA是采用时分的多址技术,业务信道在不同的时间被分配给不同的用户;CDMA采用扩频的码分多址技术,所有用户在同一时间、同一频段上,但根据不同的编码获得业务信道。在技术实现上,就是利用码型的不同来调制解调不同的用户。

1.系统容量大。在CDMA系统中所有用户共用一个无线信道,当有的用户不讲话时,该信道内的所有其它用户会由于干扰减小而得益。CDMA数字移动通信系统的容量理论上比模拟网大20倍,实际上比模拟网大10倍,比GSM大4至5倍。

2.通信质量好。CDMA系统采用确定声码器速率的自适应阈值技术、高性能纠错编码、软切换技术和抗多径衰落的分集接收技术,可提供TDMA系统不能比拟的、极高的通信质量。

3.频带利用率高。CDMA是一种扩频通信技术,尽管扩频通信系统抗干扰性能的提高是以占用频带带宽为代价的,但是CDMA允许单一频带在整个系统区域内可重复使用,使许多用户共用这一频带同时通话,大大提高了频带利用率。这种扩频CDMA方式虽然要占用较宽的频带,但按每个用户占用的平均频带来计算,其频带利用率是很高的。

4.适用于多媒体通信系统。CDMA系统能方便地使用多码道方式和多帧方式,传送不同速率要求的多媒体业务信息,处理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式灵活、简单,利于多媒体通信系统的应用。

5.手机发射功率低。CDMA系统通过功率控制,使得CDMA手机尽量降低发射功率,以减少干扰和提高网络容量。

6.频率规划灵活。用户按不同的码序列区分,扇区按不同的导频码区分,相同的CDMA载波可以在相邻的小区内使用,因此CDMA网络的频率规划灵活,扩展方便。

1.功率控制技术

功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自干扰系统,所有移动用户都占用相同带宽和频率,因此需要某种机制使得各个移动台信号到达基站的功率基本处于同一水平上,否则离基站近的移动台发射的信号很容易盖过其它离基站较远的移动台的信号,造成所谓的“远近效应”。CDMA功率控制的目的就是克服“远近效应”,使系统既能维护高质量通信,又减轻对其他用户产生的干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制,反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。

(l)反向开环功率控制。移动台根据在小区中接收功率的变化,调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应。

(2)反向闭环功率控制。闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正,以使移动台保持最理想的发射功率。

(3)前向功率控制。在前向功率控制中,基站根据移动台提供的测量结果,调整对每个移动台的发射功率,其目的是对路径衰落小的移动台分配较小的前向链路功率,而对那些远离基站和误码率高的移动台分配较大的前向链路功率。

2.码技术

PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的,因而要求PN码自相关性好,互相关性弱,实现和编码方案简单等。CDMA系统就是采用一种基本的PN序列m序列作为地址码。基站识别码采用周期为215-1的m序列(称为短码),用户识别码采用周期为242-1m序列(称为长码)。

3.RAKE接收技术

移动通信信道是一种多径衰落信道,RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调,然后叠加输出达到增强接收效果的目的,这里多径信号不仅不是一个不利因素,而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。一般地,RAKE接收机有搜索器(Searcher)、解调器(Finger)和合并器(Combiner)三个模块组成。通常CDMA基站一个RAKE接收机有4个解调器,移动台有3个解调器。

4.软切换技术

移动台从A基站覆盖区域向B基站覆盖区域行进,在A、B两基站的边缘,移动台先与B基站建立连接后,再将与A基站原来的连接断开,这种技术称之为软切换。CDMA系统工作在相同的频率和带宽上,因而软切换技术实现起来比TDMA系统要方便容易得多。

5.话音编码技术

CDMA系统使用了确定声码器速率的自适应阈值,从而可以根据背景噪声电平的变化改变声码器的数据速率。这些阈值的使用压制了背景噪声,因而在噪声环境下也能提供清晰的话音。CDMA2000系统采用的话音编码技术有CELP(CodeExcitedLinearPrediction,代码激励线性预测)、QCEP8K/13K(QualcommCELP)、EVRC(EnhancedVariableRateCoder,增强型可变速率编码器)等。

作为第三代移动通信技术的一个主要代表,CDMA2000是美国向ITU-T提交的第三代移动通信空中接口标准的建议,它由CDMAIS-95标准发展演进而来。

CDMAOne是基于IS-95标准的各种CDMA制造厂商的产品和不同运营商的网络的总称,也是国际CDMA发展组织(CDG)的一个品牌。IS-95标准于1993年7月发布,是CDMAOne系列标准中最先发布的一个标准,但真正在全球得到应用的第一个CDMA标准是美国TIA(电信工业协会)于1995年5月正式颁布的窄带CDMA标准IS-95A。IS-95A是CDMAOne第二个标准,工作频段为800MHz,兼容模拟和CDMA通信系统。在IS-95A的基础上,又分别出版了支持13K话音编码的TSB-74文件、支持1900MHz的CDMAPCS系统的STD-008标准和支持64Kbps数据业务的IS-95B标准。

然而CDMAOne系统也仅能提供最高为64Kbps的数据业务,不能满足人们对多媒体通信的需求。为了能进一步提升数据传输速率和系统容量,3GPP2标准化组织制定并发布了IS-2000,即CDMA2000标准。在CDMA2000技术体制研究的前期,提出了1x和3x的发展策略。如果系统分别独立使用带宽为1.25MHz的载频,则被叫做1x系统;如果系统将3个载频捆绑使用,则叫做3x系统。但随后的研究表明,1x和1x增强型技术代表了未来发展方向。同是1x,在CDMA2000向前发展的过程中,技术又出现了两个分支:1xEV-DO和1xEV-DV,且这两种技术均能满足ITU对第三代移动通信系统的要求(如最高数据传输速率达到2Mbps)。

CDMA20001xEV-DO标准最早起源于Qualcomm公司于1997年向CDG提出的高速率(HDR)技术。此后,经过不断完善,Qualcomm公司于2000年3月以CDMA20001xEV-DO的名称向3GPP2提交了正式的技术建议方案。“EV”是Evolution的缩写,“DO”则是“DataOnly”或是“DataOptimized”的缩写,EV-DO表示该技术是对CDMA20001x在提供数据业务方面的一种演进和增强。2000年10月,3GPP2通过了1xEV-DO的空中接口标准《CDMA2000HighRagePacketDataAirInterfaceSpecification》(简称HRPD)。到目前为止,3GPP2已经完成了1xEV-DO(或称HRPD)的空中接口标准的Rev0和RevA两个版本。由于1xEV-DO采用独立的载频来承载数据业务,因此终端只能通过双模互操作来实现语音业务和数据业务。

CDMA20001x已经发展出CDMA2000Release0、CDMA2000ReleaseA、CDMA2000ReleaseB、CDMA2000ReleaseC和CDMA2000ReleaseD等5个版本,商用较多的是Release0版本。部分运营商引入了ReleaseA的一些功能特性,ReleaseB作为中间版本被跨越;1xEV-DV对应于CDMA2000ReleaseC和CDMA2000ReleaseD。

事实上,1xEV-DV距离真正商业还有很长一段距离。业界普遍认为,1xEV-DO能够对无线高速数据及其应用提供良好的支持,而且在1xEV-DO的ReleaseA版本上能够保证高效的QoS,在此基础上提供诸如VOIP之类的实时业务。相比之下,1xEV-DV并不具备明显的技术优势。同时,由于1xEV-DV的标准比1xEV-DO复杂,在技术实现和开发进度上明显滞后于1xEV-DO。出于对以上两方面原因的考虑,国际上越来越多的主流CDMA2000运营商对1xEV-DV的需求明显降低,而纷纷选择1xEV-DO。所以,1xEV-DO就成为CDMA2000比较现实的演进技术。

CDMA2000移动网络由移动终端(UE)、无线接入网(AN)和核心网(CN)三个部分构成。

1.移动终端

移动终端是用户接入移动网络的设备。

2.无线接入网

无线接入网实现移动终端接入到移动网络,主要逻辑实体包括1x基站(1xBTS)、1x基站控制器(1xBSC)、HRPD基站(HRPDBTS)、HRPD基站控制器(HRPDBSC)和接入网鉴权、授权、计费服务器(AN-AAA)和分组控制功能(PCF)。

(1)1x基站:采用CDMA20001x空中接口技术,提供无线收发信息功能。

(2)1x基站控制器:管理多个1x基站,提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。

(3)HRPD基站:采用HRPD的空中接口技术,提供无线收发信息功能。

(4)HRPD基站控制器:管理多个HRPD基站

(5)接入网鉴权、授权、计费服务器:提供接入网级的接入认证功能。

(6)分组控制功能:与1x基站控制器或HRPD基站控制器配合,提供与分组数据有关的无线信道控制功能。

3.核心网

核心网负责移动性管理、会话管理、认证鉴权、基本的电路和分组业务的提供、管理和维护等功能,包括核心网电路域和核心网分组域两个部分。

(1)核心网电路域

核心网电路域分为两种,即TDM电路域和软交换电路域。在实际组网中,核心网可以采用这两种电路域中的一种,但软交换电路域是网络演进的方向。如果需要对原来是TDM电路域的核心网采用软交换电路域进行升级换代时,初期可以新建软交换电路域,并使两种电路域同时工作。

TDM电路域采用ANSI41标准,主要逻辑实体包括移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)和鉴权中心(AC)等。

1)移动交换中心:提供对所管辖区域的移动终端进行呼叫控制、移动性管理、电路交换等功能。

2)拜访位置寄存器:存储与呼叫处理有关数据的数据库,用于完成呼叫接续。

3)归属位置寄存器:管理移动用户信息的数据库,包括用户识别信息、签约业务信息以及用户的当前位置信息。

4)鉴权中心:产生鉴权参数并对用户进行认证鉴权。

软交换电路域采用了控制与承载相分离的网络架构,控制平面负责呼叫控制和相应业务处理信息的传送,承载平面负责各种媒体资源的转换,主要网元包括移动软交换(MSCe)和媒体网关(MGW)。

1)移动软交换:提供呼叫控制和移动性管理功能。

2)媒体网关:提供媒体控制功能。

(2)核心网分组域

核心网分组域主要逻辑实体包括分组数据服务节点(PDSN)、认证授权和计费服务器(AAA)、归属代理(HA)、外埠代理(FA)、域名服务器(DNS)和L2TP网络服务器(LNS)。

1)分组数据服务节点:为用户提供分组数据业务,具体功能包括管理用户通信状态和转发用户数据。

2)鉴权、授权、计费服务器:提供管理用户的权限、开通的业务、认证信息、计费信息等功能。

3)归属代理:提供移动IP地址分配、路由选择和数据加密等功能。

4)外埠代理:提供移动IP注册、反向隧道协商以及数据分组转发等功能。

5)域名服务器:提供CDMA移动网络分组域设备的域名解析功能。

6)L2TP网络服务器:提供国际漫游用户的L2TP承载建立、用户IP地址分配及计费信息转接等功能。

由于空中接口采用了前向快速功控、反向相干导频、Turbo码、动态信道分配、发射分集等新技术,CDMA20001x系统容量和数据速率得到进一步提高。以系统实现的技术版本Rev0和RevA为例,前者向用户提供的最高前向速率为153.6Kbps,最高反向速率为76.8Kbps;后者前向速率达到307.2Kbps,反向速率达到153.6Kbps。对高速分组数据业务的支持是CDMA20001x技术的最大亮点。为此,系统在物理层引入补充信道,并在网络侧增加了两个重要的设备:分组控制功能(PCF)和分组数据服务节点(PDSN),前者主要是在基站和PDSN之间提供PPP帧的传输,是无线链路协议(RLP)连接的终止点,后者则是点对点协议(PPP)连接的终止点,为IP数据包提供路由功能。

随着Internet与信息技术的高速发展,市场对无线数据业务的需求日益增长,而且数据业务向着多样性、大容量和非对称方向发展。虽然CDMA20001x的数据速率高于IS-95,但仍然不能满足数据业务的需求。CDMA20001xEV-DO技术的出现,进一步提高了系统的数据速率。

1.CDMA20001xEV-DO技术的设计思想

数据和语音业务具有不同的特性。数据业务对实时性要低于语音业务,而对误比特率的要求却高于语音业务。一般地,前向数据业务的速率需求比反向高出数倍,而语音业务则是前反向对称的业务。因此,像在CDMA20001x系统中那样,将数据业务和语音业务通过扩频码复用在一起,并通过快速功控来共享基站的发射功率和频率资源,对于高速数据业务来说系统效率较低。

把数据和语音业务分别放在两个独立的载波上承载,是CDMA20001xEV-DO的基本思想,即CDMA20001xEV-DO系统用单独的载频来提供高速分组数据业务,传统的语音业务与中低速数据业务则用CDMA20001x系统承载。不同于CDMA20001x系统采用闭环功控技术以抵消信道衰落影响的传统方法,1xEV-DO借助于新的帧结构、更短的时隙,采用前向调度算法,始终以最大功率为当前传输速率最高(也即信道条件最好)的终端服务,从而变对抗信道衰落为充分利用信道衰落,实现了系统整体数据吞吐量的提高。

CDMA20001xEV-DO系统的设计最初是针对非实时、不对称的高速分组数据业务的。作为Internet的无线接入手段,1xEV-DO主要提供网页浏览、文件下载等前向数据量大、对时延要求不高的传统互联网业务,并未考虑满足实时业务的需求。因此,设计1xEV-DO系统时重点改善了前向链路,对反向链路的优化相对较少。1xEV-DO前向链路采样了时分复用(而不是码分复用)、自适应调整编码(AMC)、混合自动请求重发(HARQ)、多用户调度、功率分配和虚拟软切换等关键技术;在反向链路上,最初Rev0版本只是为配合前向增加了速率控制机制,基本沿袭了CDMA20001x的技术,仅采用了连续导频,改善了解调性能。从网络应用的结果来看,系统设计达到了预期目的。以传输速率为例,Rev0版本在单扇区系统满载的情况下,可以提供平均为600Kbps的上网速率,达到与有线网络(如ADSL)基本相同的水平。

2.CDMA20001xEV-DO技术的发展

3GPP2已就1xEV-DO技术推出两个版本,即Rev0和RevA。

(1)CDMA20001xEV-DORev0

1xEV-DO的核心思想是通过动态控制数据速率而非功率,使每个用户以可能得到的最高速率通信,基站总以最高功率发送信号,使处于有利位置的终端可以获得较高的传输速率。前向链路使用可变时隙的方式进行时分复用,并采用了自适应调制编码(AMC)、动态信道评估以及混合自动重复请求(HARQ)等机制,将前向峰值速率由CDMA20001x的153.6Kbps提高到2.4Mbps,频谱效率提高到了1.92b/s/Hz。

1xEV-DO前向采用虚拟软切换机制,移动台在任一时刻只接受来自一个基站的数据。根据实时的动态数据控制(DRC)信息,基站可快速地相互切换。同时,基站测量载干比(C/I)并在DRC信道向移动台指示最佳基站;移动台则不断测量导频强度,并不断要求一个与当前信道条件相符的数据速率。基站按当时移动台所能支持的最大速率进行编码,当用户需求改变及信道条件改变时,动态地确定优化的数据速率。在反向,1xEV-DO仍然采用与IS-95、CDMA2000相同的软切换技术。

1xEV-DO空中接口协议设计简洁、灵活。协议栈模型按功能分为7层,对应完成不同的功能。各层之间没有严格的上下层承载关系,相互独立,便于维护。各层协议都可根据终端与网络的配置以及承载业务类型的不同,由终端与网络共同协商、配置。在1xEV-DO空中接口1xEV-DORevA7层协议之上运行TCP/IP协议,为各种数据业务应用提供了统一的技术平台。

但是,1xEV-DORev0是面向非对称的无线数据业务,在满足用户各种新业务方面存在一些不足:

1)前反向业务能力不平衡。1xEV-DORev0前向链路的峰值速率达到了2.4Mbps,而反向链路的峰值速率只有153.6Kbps。这种前反向链路的不对称限制了对称型数据业务的开展;

2)对QoS的支持不能满足业务多样性要求。1xEV-DORev0系统对服务质量基本上采用尽力而为(BestEffort)的机制,因此,对以可视电话为代表的实时类数据业务,无法提供足够的QoS技术保证机制;

3)数据与语音业务的并发问题。1xEV-DORev0是以数据方式接入Internet为设计目标,且与电路域没有任何联系,也使1xEV-DO系统难以接收到电路域中关于语音的呼叫信息。解决方案为双模终端,在使用1xEV-DO网络的同时,周期性地监听1x网络的寻呼信息,增加了终端电池消耗,也影响1xEV-DO数据业务的使用;

4)不支持共享的广播信道。1xEV-DORev0空中接口没有定义高速的广播哟业务信道,只能由多个单播信道完成,造成无线资源的浪费。

(2)CDMA20001xEV-DORevA

1xEV-DORevA是1xEV-DORev0的增强型技术,它通过一系列技术手段,特别是在反向链路的物理层采用了HARQ技术,大大改善了数据业务传送的时延;前向链路支持的峰值速率也提高到3.1Mbps,反向链路支持的峰值达到1.8Mbps。

针对1xEV-DORev0的不足,3GPP2在1xEV-DORevA中提出了以下几点相应的改进方案。

1)提高了系统反向链路的数据吞吐率。反向链路峰值速率达到1.8Mbps;

2)改进了系统的前向链路。前向链路增加了对更高数据传输速率(3.1Mbps)和更低的速率(4.8Kbps)的支持,从而大大提高了空中接口的数据打包效率,提高了在用户信道条件好时的瞬时吞吐率;

3)增强了对QoS的支持。系统在物理层、MAC层以及更高层都进行了改进。前向链路增加了对更小数据包的支持,利用对时延敏感的小包传送,而且可以多用户同时发送,减少等待时间;反向链路采用了子分组发送,降低平均发送时延,MAC层采用T2P(Traffic-to-Pilot)技术,有效减小对时延敏感业务的时延和抖动。新增了反向DSC信道,提升切换速度;

4)完善了CDMA20001x与1xEV-DO系统间的双模操作。为了得到电路域的信息,便于在1xEV-DO系统与CDMA20001x的电路域之间建立联系,1xEV-DORevA对网络侧进行了改动,使得1xEV-DOAN(接入网)能够支持CDMA20001x系统互操作的A1接口,以接收来自1xMSC的寻呼消息、短消息等电路域信息。为此,RevA空中接口应用层新增了CSSNP(Circuit-SwitchedServiceNotificationProtocol)协议,将电路域消息封装为特定的数据包,通过1xEV-DO空中接口定义的隧道协议传送给双模终端。

(3)1xEV-DO技术特点

与IS-95/CDMA20001x技术相比,1xEV-DO除了上述在空中接口上的特点外,在射频参数、技术实现和组网等方面具有如下特点。

1)射频参数方面。1xEV-DO与IS-95/CDMA20001x具有相同的RF特性、码片速率、功率要求、覆盖区域,从而最大限度地保护了运营商的现有投资,使得网络进行1xEV-DO升级时,能够直接使用现有IS-95/CDMA20001x的射频部分。事实上,大部分厂家均支持通过1x设备升级的方式来实现HRPDBTS和HRPDBSC的功能。

2)技术实现方面。1xEV-DO与IS-95/CDMA20001x具有相同的功率控制、软切换、接入过程、编码等技术,可以使设备商利用IS-95/CDMA20001x方面的成熟经验,较方便地研制1xEV-DO产品。

3)组网方面。1xEV-DO在组网方面灵活。对于只需要分组数据业务的用户,可以单独组网;对于同时需要语音、数据业务的用户,则可以与IS-95/CDMA20001x联合组网,同时提供语音和高速分组数据业务。另外,对于同时支持CDMA20001x和1xEV-DO的双模终端,1xEV-DO技术还提供了在两个系统间进行切换的机制。


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