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EV-DO

EVDO(EV-DO)实际上是三个单词的缩写:Evolution(演进)、DataOnly。其全称为:CDMA20001xEV-DO,是CDMA20001x演进(3G)的一条路径的一个阶段。这一路径有两个发展阶段,第一阶段叫1xEV-DO,即“DataOnly”,它可以使运营商利用一个与IS-95或CDMA2000相同频宽的CDMA载频就可实现高达2.4Mbps的前向数据传输速率,目前已被国际电联ITU接纳为国际3G标准,并已具备商用化条件。第二阶段叫1xEV-DV。1xEV-DV意为“DataandVoice”,它可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据。

EV-DO是英文Evolution-Data Optimized或者Evolution-Data only的缩写,有时也写做EVDO或者EV。EVDO应用技术之一,支持从Wifi连接转换为3G连接。(参见本文结尾的扩展阅读 VPNguide.pdf 第24页)

CDMA2000 1xEV-DO是一种可以满足移动高速数据业务的技术。一条EV-DO信道的频宽为1.25 MHz。实际建网时需要使用两个不同的载波支持语音与数据业务,这虽然降低了频率利用率,不过从频谱效率上看,CDMA2000 1X+CDMA2000 1xEV-DO的传输数据能力已经大大超过WCDMA(WCDMA能够实现的R4版本空中接口速率为2.4Mbps/5Mhz,而CDMA2000 1xEV-DO Release 0速率为2.4Mbps,CDMA2000 1xEV-DO Revision A速率为3.1Mbps,CDMA2000 1xEV-DO Revision B速率为9.3Mbps)。而且从技术实现上面来看,语音业务和数据业务分开,既保持了高质量的语音,又获得了更高的数据传输速率。网络规划和优化上CDMA2000 1X和CDMA2000 1xEV-DO也相同,各个主要设备制造商的系统都能支持从CDMA2000 1X向CDMA2000 1xEV-DO的平滑升级,这对于电信运营商在技术和投资方面的选择都很理想,有助于CDMA2000 1xEV-DO的推广。

CDMA20001xEV-DO标准最早起源于Qualcomm公司的HDR技术,早在1997年的时候Qualcomm就向CDG提出了HDR(高速数据)的概念,此后经过不断地完善和实验在2000年3月份以CDMA20001xEV-DO的名称向3GPP2提交了正式的技术方案。1xEV的意思是''''Evolution'''',也表示标准的发展,DO的意思为DataOnly(后来有为了能够更好地表达此技术的含义,把DataOnly改为DataOptimized,表示EV-DO技术是对CDMA20001X网络在提供数据业务方面的一个有效的增强手段)。同年10月份3GPP2投票表决把该标准定义为C.S0024,在美国的TIA/EIA称为IS-856。2001年12月在ITU的会议上,CDMA20001xEV-DO技术作为CDMA2000家族的一个分支被吸纳为IMT-2000标准之一。

标准发展的同时有技术实现手段的支持才能够最快速地把技术应用到市场,由于EV-DO技术实际上是来源于Qualcomm公司的HDR技术,因此Qualcomm公司也能够及时地推出相应的MODEM芯片,在2001年第二季度Qualcomm公司已经宣布可以批量生产EV-DO的网络侧和终端用的芯片CSM5500和MSM5500.其实技术标准与芯片的竞争归根结底是为了取得市场上的领导地位,众所周知Qualcomm公司依靠CDMA技术专利和芯片制造能力得到了丰厚的利润。对于CDMA技术专利的收益,其它公司自然无法染指,但是对于CDMA芯片的利润早已是众多实力雄厚的芯片制造商和通信设备制造商觊觎已久的了,世界上已经有三星、德州仪器、诺基亚等公司有能力制造CDMA2000系列的MODEM芯片了,实际上三星公司从1999年起就在其基站中使用自己制造的CDMA20001X芯片,在其EV-DO基站中仍然是使用自己开发的EV-DO芯片。“我们欢迎竞争,但不愿意丢失市场份额”,这是Qualcomm的看法,有些像这些的乒乓球运动,不过从长远的角度看,竞争的出现的确是利大于弊。

从系统设备制造商看,目前为止,已经宣布支持EV-DO的设备制造商有:Hitachi,Samsung,Lucent,LGIC,Nortel,Ericsson,Airvana,ComDev,Motorola以及中兴、华为等。而且原来有CDMA20001X设备的厂家几乎都声称自己的设备可以“平滑升级到EV-DO”。确实,韩国的SKT和KTFreetel就是采用三星的基站,花了小的代价从1X升级到1X+EV-DO.所以网络运行良好。

中国电信建全球第二大EV-DO网络

这里我们可以稍微讲一下EV-DV。在CDMA20001X阶段之后,从技术本身讲应该说EV-DV是1X的后续演进阶段,EV-DV也兼容CDMA20001X。因此曾经有人想跳过DO,直接到达DV阶段,在以前的通信展会上也曾经有公司进行过EV-DV的演示。但是EV-DV是要把语音和数据业务放在同一个载波里面传输,而且是更高速的数据业务,因此从技术实现本身和实际组网上都存在很大难度,还有很多问题需要进行实验、仿真来分析、解决。从最基础和最关键的芯片制造角度看,制造EV-DO芯片需要具有CDMA20001X的芯片制造经验,目前来看只有Qualcomm和三星有自己的CDMA20001X芯片,而Qualcomm又是一直大力宣扬源自其HDR的EV-DO,韩国和日本也已经采用三星提供的EV-DO基站进行组网商用,所以虽然在2012年5月份3GPP2确定了CDMA20001xEV-DV的标准,但是距离实际的商用设备出现还需要有很长一段时间。

前反向峰值速率大幅度提高

与EV-DORev0相比,在EV-DORevA中不仅前向链路峰值速率从2.4Mbps提升到3.1Mbps的新高度,更重要的是反向链路得到了质的提升。随着应用增量传送及灵活的分组长度的结合,以及HybridARQ和更高阶调制等技术在反向链路的引入,DORevA实现了反向链路峰值速率从DORev0的153.6Kbps到1.8Mbps的飞跃。

小区前反向容量均衡

通过在手机中采用双天线接收分集技术和均衡技术,EV-DORevA的前向扇区平均容量可以达到1500Kbps,较EV-DORev0(平均小区容量850Kbps)提高75%。EV-DORevA的反向平均小区容量也得到大幅度的提升,从EV-DORev0的300Kbps增加100%,达到600Kbps。如果基站上采用4分支接收分集技术,反向平均小区容量还可进一步提高至1200Kbps。

全面支持QoS

与EV-DORev0相比,EV-DORevA在QoS支持方面进行了优化,取得了显著提高。

灵活和有效的QoS控制机制

EV-DORevA中引入了多流机制,使系统和终端可以基于应用的不同QoS要求,对每个高层数据流进行资源分配和调度控制。同时,EV-DORevA中还提高了反向活动指示信道的传输速率,使终端可以实时跟踪网络的负载情况,在系统高负载时,保证低传输时延数据流的数据传输。此外,EV-DORevA还引入了更多的数据传输速率和数据包格式,使系统可以更灵活地进行调度。总之,EV-DORevA在保证系统稳定性的前提下,可以灵活而有效地满足不同数据流的传输要求,从而在一部终端上可以同时支持实时和非实时等多种业务。

低接入时延

EV-DORevA对接入信道和控制信道均进行了优化。首先,在接入信道上可以支持更高的传输速率和更短的接入前缀,使用户可以在发起服务请求时更快地接入网络;其次,在控制信道上可以支持更短的寻呼周期,使用户可以较快地响应来自网络的服务请求;此外,EV-DORevA高层协议中引入了三级寻呼周期机制,使终端可以适配网络服务情况的同时降低功耗,提高待机时间。这对支持需要频繁建立和释放信道的业务,如即按即讲(PTT)和即时通信(IMM)等非常重要。

传输时延

在进行数据传输时,EV-DORevA引入了高容量模式和低时延模式。采用低时延模式可以采用不同的功率来传输某数据包的各子信息包。对首先传输的子信息包采用较高功率发射,从而使该数据包提前终止传输的概率提高,降低了平均传输时延。这对支持入VoIP和可视电话等实时业务十分重要。

EV-DORevA中引入了DSC信道,使终端基于信道情况选择其他服务小区时,可以向网络进行预先指示,提前同步数据传输队列,大大降低了前向切换时延。这对支持VoIP和可视电话等实时业务十分重要且效果显著。

EV-DORevA支持的新业务

得益于大幅度提高的前反向峰值速率和平均小区容量以及对QoS的支持,EV-DORevA系统除了可以明显提高用户对于已在CDMA1X和EV-DORev0网络上开展的服务的体验外,还可以支持很多对QoS有较高要求的新业务。

可视电话

作为一项有代表性的3G业务,可视电话业务一直受到运营商的特别关注。可视电话业务可以提供实时的语音和视频的双向通信。移动用户可以通过可视电话与其亲友和朋友分享重要的时刻及其感受。运营商还可以在可视电话之上开发其他的增值服务,如可视会议、多人交互游戏、保险理赔、远距离医护、可视安全系统等等。

可视电话具有高带宽和高实时性的要求,因此应在能保证QoS的EV-DORevA网络上开展。EV-DORevA中大幅提高的反向速率和反向的频谱效率,是可视电话业务顺利开展的保证。EV-DORevA的QoS机制可以支持可视电话要求的快速呼叫建立、低端到端延时、快速切换。另外,采用接收分集技术将可以更好地提升可视电话的服务质量。

VoIP及VoIP和数据的并发业务

顺应网络和业务向全IP化演进的趋势,EV-DORevA还可以支持分组网络上的VoIP业务。与可视电话一样,VoIP有较高的实时性要求,这些都可以通过EV-DORevA特有的QoS机制得到保证。但另一方面,相比于可视电话业务,VoIP所需的带宽较低,而对打包效率和抗时延抖动有更高的要求。EV-DORevA中针对VoIP将数据包格式进行了优化。同时,为更好地支持语音特性的数据包的传输,3GPP2还制定了C.S0063规范,定义了基于segment的成帧技术和头压缩技术。

EV-DORevA每扇区可以支持高达44个VoIP呼叫,已超过CDMA1X网络上的电路型语音的容量。若采用如接收分集和干扰消除等技术,容量还可进一步增大。

在EV-DORevA网络上开展VoIP业务,用户不仅可以获得与电路型语音业务相同的话音质量,还可以通过一部终端,进行语音和数据的并发通信。例如在通话时收发Email和上网浏览,或是在通话的同时,向对方传送多媒体内容,如文本、图片、音频、视频等。甚至可以在进行数据应用的同时(如下载或移动游戏等),发起和接听语音呼叫。

Push-to-Connect和即时多媒体通信

Push-to-Connect(PTC)业务是一种一对一或群组间半双工的即按即讲业务。即时多媒体通信又使PTC扩展到可以包含文本、图片和视频等多媒体。

除了和可视电话及VoIP一样,要求快速呼叫建立、低端到端延时及快速切换等之外,PTC和IMM还要求网络有能力支持频繁和快速的呼叫建立和释放。EV-DORevA在接入信道上引入的更高的传输速率和更短的接入前缀,在高层协议中引入的三级寻呼周期机制,可以使终端在满足上述要求的同时降低功耗,提高待机时间。

联机在线式移动游戏,可以是单人(人与服务器间交互)或多人交互式游戏。有了移动交互式游戏,用户就可以在路上继续进行其在家时玩的游戏。

不同的交互式游戏,对带宽的要求差异较大。如有的场景式游戏需要较高的带宽以实时传送场景地图,而有的游戏则需要在游戏者按键操控时传送较少的数据包。EV-DORevA在前反向上都可以支持较高的数据速率,可以满足实时场景式游戏的要求。同时EV-DORevA还针对数据量较少、但数据包很频繁的游戏应用设计的非常灵活的组包方式。如可以将若干个用户小的数据包组成一个较大的数据包进行传送,即保证了传输效率,又减小了数据包的传输等待时延。

基于BCMCS的多播业务

EV-DO提供更高的前反向扇区容量和峰值速率,使用户可以快速下载或上传大量数据。但是EV-DO网络提供的是单播技术,即网络上传输的数据仅能够为一个用户所接收。当小区内的很多用户需要同时接收相同的内容时,如很多用户同时观看相同的流媒体内容,单播方式将占用大量的网络资源,使网络处于高负载状态。这种情况下单播方案是一种很不经济的传输方式。

为了以较经济的方式向大量用户同时传送多媒体内容,3GPP2先是于2004年3月完成了基于DORev0的金牌多播标准,后又于2005年8月完成了采用OFDM调制方式的铂金多播标准,相关BCMCS地面网络标准也已于2005年完成。通过在广播时隙上采用OFDM调制方式,铂金多播较基于DORev0的金牌多播可以实现大约3倍的容量提升,在98%的覆盖范围内可实现1.2Mbps的数据速率(DORev0在双天线接收的情况下为409.6Kbps)。金牌多播和铂金多播可以与DO共享一个载波,使DO载波在网络忙时和闲时均能得到充分地利用。运营商可以在部署EV-DORevA系统的同时,在同一个载波上分配一些时隙部署BCMCS并在BCMCS平台上逐步开发一些有特色的服务,如与移动电视和DO单播相捆绑的综合多媒体传送服务;也可将受到广泛关注和认可的基于CDMA1X单播分组网络的流媒体业务过渡到BCMCS平台,提升网络传送视频流媒体的容量,以降低业务成本。

EV-DORevA系统可以支持很多对QoS有较高要求的新业务。

根据相关的理论研究,已经得到如下的结论:“在SNR高的时候增加数据传输量和在SNR较差的时候减少数据的传输量,这样的传输机制相对于使用变化的功率来传输恒定速率的数据可以得到更大的系统容量”(GoldsmithandVaraiya,IEEETrans.OnInformationTheory,Nov.1997)。因此,功率控制对于电路类型的连接是有益处的,但是在进行分组数据业务时会减少系统吞吐量。所以,在针对分组数据业务的EV-DO系统中采用了速率控制的机制。

系统吞吐量也与调度算法有很大关系。1xEV-DO系统采用了Fair调度方法,每个希望得到服务的用户的DRC申请将被保存在基站系统,并计算出一段时间内单个用户的平均DRC数值,当此用户当前通过DRC申请的速率大于上面的平均DRC速率时,此用户得到服务,否则不给予服务。这样,对于每个用户得到服务的机率都是相同的,系统总是在当前用户无线环境最好的状态下提供业务服务。增大了系统容量,同时又保证了用户之间的平等。

关于双模混合终端的操作模式没有明确的定义和规范,一般来说都是运营商来确定双模手机在自己的网络中如何选择网络和进行状态间的转换。Qualcomm公司层提出过双模终端的状态迁移图:一般来说,当手机在两个网络中都成功地进行了登录以后,手机就工作在时隙模式(slotted),可以是只监视1X网络的时隙模式也可以是同时监视1X和EV-DO网络的时隙模式,总之是永远要对1X网络进行监听,因为和数据业务比起来语音业务还是要优先保障的。但是经过实验显示,双模终端在同时监视1X和EV-DO网络的时候会很费电,因此应该设定一个时长,当超过这个时长的时候就转入只监听1X网络的时隙模式。

EV-DO空中接口采用分层的结构,共分为七层,这样做的好处是使协议各层间相互独立,信令简化,便于维护。每个协议可以单独进行谈判,在进行系统开发时,模块化的设计允许单独对某个协议/软件进行更新。空中接口协议分层不会对数据业务吞吐量造成影响。从EV-DO总体的网络协议栈来看,只有物理层,RLP层,和相关的信令是由1xEV-DO标准定义的,PPP和上层协议基于IETF标准。

EV-DO标准中定义了两种网络结构,分别称为Phase1和Phase2,实际上这两种网络结构并没有演进的关系,可以说是实现EV-DO网络的两种不同方法。从上图我们可以看出Phase1结构对原有的1X网络改变不大,在接口上增加了A12和A13两个接口,这两个接口都是从AN中新增加的SC/MM(会话控制/移动性管理)模块中发出的,分别与AN_AAA和其它AN连接,用于EV-DO终端的鉴权认证和切换。因此要从现有1X网络升级到EV-DO只须在原来的BSC中增加SC/MM模块即可,有的厂家的设备为了最大限度地减少对原有设备的改动和对现有网络的影响,把SC/MM模块单独拿出来形成一个新的网元设备,并提供公开的A12和A13接口。公开的A13接口比较重要,它可以支持AT在不同设备厂家之间的切换和漫游,如日本KDDI的EV-DO网络分别是由三星和日立公司提供的网络设备,两家公司都提供公开的A13接口,因此能够做到AN之间的互联。如果没有A13接口,那么在AT从一个AN切换到另一个AN时,将需要重新进行协商、登记(即重新建立session),这不仅会使AT的响应速度变慢,而且还会增加系统的负荷。Phase2结构是把SC/MM功能模块从AN中分离出来,搬到PCF中。从而增加了新的接口如A14,A15,Ax.接口。实际上SC/MM功能模块与AN内呼叫处理模块联系非常紧密,放在AN内部是比较合理的结构,放在PCF中意义不大,而且多数厂家的设备都是将PCF集成在BSC内,如果按PhaseII架构进行标准化需要AN和PCF都进行改动,无法做到在1x系统上的平滑过渡。

到目前为止,CDMA2000 1xEV-DO已经大规模商用,运营商推出了多种适合高速率的移动数据应用业务。

亚洲:

2002年1月 韩国 SK电讯

2002年5月 韩国 KT Freetel

2003年11月 日本 KDDI

2004年11月新西兰新西兰电信

2007年9月中国澳门 中国联通(2008年10月1日起,业务移交至中国电信)

2008年11月 中国香港电讯盈科

2009年2月,中兴通讯宣布在其CDMA2000商用系统上打通了全球第一个EV-DOB版本(Rev.B)的VoIP电话,并率先实现了9.3Mbps下载速率和5.4Mbps上传速率。

2009年3月中国大陆中国电信

2009年5月,华为模块EM660获得国家工业和信息化部颁发了的首张内置3G模块型号核准证书和入网许可证书,成为国内首款获3G入网证的EV-DO模块。2009年6月,中兴通讯、高通和摩洛哥CDMA运营商Wana三方联合宣布:全球第一个EV-DORev.B商用实验局在摩洛哥建成。


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