CDMA 1xEV-DO與HSPA無線接入技術(shù)對(duì)比分析

隨著通信技術(shù)的發(fā)展和新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的移動(dòng)用戶已不滿足于簡(jiǎn)單的語音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用戶需求的變化推動(dòng)了移動(dòng)寬帶化的迅速發(fā)展。目前，3GPP/3GPP2已經(jīng)制定了1xEV-DO(Rev0、A、B)、HSDPA/HSUPA(統(tǒng)稱HSPA)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，憑借這些標(biāo)準(zhǔn)，用戶可在移動(dòng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸。

　　HSDPA與1xEV-DORev0的技術(shù)具有可比性。從設(shè)計(jì)目的來看，兩者解決問題的技術(shù)手段相同，都是通過提供高速的下行(前向)鏈路數(shù)據(jù)來支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)的需求。高速的下行(前向)鏈路十分有利于諸如廣播、組播、流媒體等非對(duì)稱業(yè)務(wù)的開展與應(yīng)用；在標(biāo)準(zhǔn)兼容性方面，兩種技術(shù)都考慮了與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)版本的兼容，最大程度地保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)有投資與利益，減少了由現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)升級(jí)帶來的開銷與代價(jià)。

　　同樣，作為HSDPA與1xEV-DORev0的演進(jìn)版，HSUPA與1xEV-DORev A也非常類似，都是為提高上行分組數(shù)據(jù)速率，進(jìn)一步滿足寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求而提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　總之，HSPA與1xEV-DO在設(shè)計(jì)目的、傳輸業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)手段和采用的關(guān)鍵技術(shù)上都有很大的相似性，但也有差別。下面將從標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)、關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)性能、商用情況方面對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比分析。

　　一、1xEV-DO與HSPA標(biāo)準(zhǔn)概況及演進(jìn)對(duì)比

　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP/3GPP2分別負(fù)責(zé)UMTS和CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)的制定。隨著Internet數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，為了在CDMA上支持高速率分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，高通公司提出了CDMA1xEV-DO的概念。2000年10月，3GPP2頒布了1xEV-DORev0標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000 1xEV-DO由CDMA2000 1x演進(jìn)而來，是第一個(gè)可與有線寬帶相比擬，提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　為了能夠與1xEV-DO抗衡，WCDMA在R5規(guī)范中引入了HSDPA，在R6規(guī)范中引入了HSUPA。

　　標(biāo)準(zhǔn)兼容性上，HSDPA和WCDMA的R99及R4是完全后向兼容的，可以共享同一載波，也可以使用獨(dú)立載波，但共享載波會(huì)對(duì)原網(wǎng)絡(luò)造成一定影響。1xEV-DO與CDMA20001x網(wǎng)絡(luò)完全后向兼容，它可以共享頻譜，但必須占用獨(dú)立載波，資源控制相對(duì)簡(jiǎn)單。

　　從技術(shù)上來說，3G標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)具有趨同性，表1為lxEV-DO與HSPA的基本參數(shù)對(duì)比。未來3G標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)在物理層方面會(huì)側(cè)重于向帶寬更高、頻譜利用率更高的方向發(fā)展；高層則著重于向提供更好的QoS，特別是提供多種實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的方向演進(jìn)。在新技術(shù)方面，兩種標(biāo)準(zhǔn)體系采用的新技術(shù)將趨于相似。例如，未來的HSDPA/lxEV-DO標(biāo)準(zhǔn)都將考慮MIMO、OFDM、64QAM調(diào)制技術(shù)、智能天線等新技術(shù)。

　　二、1xEV-DO與HSPA的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)比

　　1xEV-DO和HSPA技術(shù)分別是CDMA2000和WCDMA標(biāo)準(zhǔn)系列中專門提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無線標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)。與CDMA20001x和WCDMA相比，1xEV-DO和HSPA技術(shù)在數(shù)據(jù)吞吐量、射頻參數(shù)、編碼和數(shù)據(jù)調(diào)制、業(yè)務(wù)支持、組網(wǎng)等方面進(jìn)行了重大的改進(jìn)。

　　1.下行鏈路復(fù)用方式

　　HSDPA和DORev0下行都有時(shí)分復(fù)用的概念，在HSDPA系統(tǒng)中，下行鏈路不僅支持多路用戶數(shù)據(jù)的時(shí)分復(fù)用，還支持碼分復(fù)用的方式，通過不同的OVSF碼復(fù)用多路用戶信號(hào)，在同一時(shí)刻最大的服務(wù)用戶數(shù)為15。而在DORev 0系統(tǒng)中，下行鏈路只支持多路用戶數(shù)據(jù)的時(shí)分復(fù)用，即在下行鏈路的某一時(shí)刻只有一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳送。

　　HSDPA可與WCDMA共載波，新引入的HSDPA信道與WCDMA原有的信道碼分復(fù)用，這種方式有助于語音和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的混合使用和操作。這種情況下，HSDPA的用戶可以共享HSDPA信道并進(jìn)行時(shí)分分配，不同終端既可以在不同TTI，也可以在同一TTI內(nèi)分享信道資源。在功率資源剩余的情況下，HSDPA業(yè)務(wù)信道也可碼分復(fù)用，最多有4個(gè)HSDPA碼分業(yè)務(wù)信道。

　　2.自適應(yīng)調(diào)制編碼

　　HSDPA和1xEV-DORev0均使用了自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸與信道質(zhì)量相匹配，從而獲得更高的傳輸速率和頻譜利用率。HSDPA前向使用了QPSK和16QAM調(diào)制方式；1xEV-DORev 0前向使用了QPSK、8PSK和16QAM調(diào)制方式；1xEV-DO Rev A在反向鏈路使用了QPSK和8PSK，增強(qiáng)了反向鏈路的峰值速率和系統(tǒng)容量。

　　DORev0系統(tǒng)中，自適應(yīng)調(diào)制編碼的實(shí)現(xiàn)通過終端測(cè)量當(dāng)前時(shí)隙前向?qū)ьl的信噪比，預(yù)測(cè)下一時(shí)隙內(nèi)前向鏈路所能支持的最大傳送速率，并通過DRC信道上報(bào)給基站?；靖鶕?jù)調(diào)度算法選擇被服務(wù)用戶，按照該用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)速率選擇調(diào)制編碼。

　　HSDPA系統(tǒng)中，自適應(yīng)編碼和調(diào)制是網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)用戶瞬時(shí)信道質(zhì)量狀況和目前資源選擇最合適的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，使用戶獲得盡可能高的數(shù)據(jù)速率。

　　HSPA和1xEV-DO都采用了適合高速突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的Turbo編碼技術(shù)。

　　3.HARQ技術(shù)

　　HSPA和1xEV-DO都采用了HARQ重傳機(jī)制，綜合了前向糾錯(cuò)碼(FEC)和重傳(ARQ)兩種方式的特點(diǎn)，重傳功能移至基站，一方面減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，另一方面，它充分利用了已傳送的信息，獲得時(shí)間分集的增益。

　　雖然HSDPA和DORev0都采用了HARQ技術(shù)，但在具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制上兩者仍存在一定的不同。在HSDPA的數(shù)據(jù)傳輸格式中，僅僅要求給出需要傳送的數(shù)據(jù)包大小、調(diào)制及編碼格式等，不定義重傳次數(shù)，是否重傳完全取決于基站所收到的確認(rèn)消息是確認(rèn)ACK還是否認(rèn)NCK，重傳的時(shí)隙由調(diào)度算法決定。我們通常所說的HSDPA速率是指數(shù)據(jù)包的尺寸與一個(gè)傳輸時(shí)隙(2ms)之比，不考慮重傳可能造成的時(shí)間延長(zhǎng)和速率降低。然而在DORev 0中，重傳次數(shù)在傳輸格式中進(jìn)行了明確的定義，每一個(gè)重傳時(shí)隙的間隔也是固定的，所標(biāo)稱的速率是傳輸數(shù)據(jù)包大小與傳輸時(shí)隙數(shù)所用時(shí)間的比值。DO Rev 0支持“提前終止”技術(shù)，即根據(jù)速率確定分組重傳的最大時(shí)隙數(shù)。在傳送過程中，當(dāng)發(fā)送端收到接收方的ACK應(yīng)答后，立即停止重傳，開始發(fā)送下一個(gè)新的數(shù)據(jù)分組。因此，1xEV-DO的實(shí)際速率往往高于標(biāo)稱速率。

　　HSUPA和DORevA上行也都采用了HARQ。RevA的前、反向鏈路在傳輸時(shí)都采用“HARQ+提前終止”傳輸機(jī)制。但前反向傳輸機(jī)制有差別，前向是基于時(shí)隙交織，反向基于子幀。HARQ可以在信道條件多變的無線環(huán)境中提前結(jié)束幀的傳送，由于大多數(shù)的包都會(huì)提前終止傳送，提高了單用戶的吞吐量。

　　4.快速多用戶調(diào)度

　　HSPA系統(tǒng)中常用的算法與1xEV-DO相同。調(diào)度時(shí)主要基于信道條件，同時(shí)考慮等待發(fā)射的數(shù)據(jù)量以及業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)等情況，并充分發(fā)揮AMC和HARQ的管理特性。HSPA將調(diào)度功能單位放在NodeB，通過把分組調(diào)度功能從RNC移到NodeB中的MAC層，HSPA系統(tǒng)能更好地適應(yīng)信道的快速變化。快速分組調(diào)度機(jī)制能根據(jù)終端的CQI報(bào)告決定下一個(gè)2ms時(shí)間間隔應(yīng)該調(diào)度給哪個(gè)用戶，并向具有瞬間最好信道條件的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，使得每個(gè)瞬間都可以達(dá)到最高的用戶數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)吞吐量。HSDPA可以更加有效地實(shí)施QoS控制，網(wǎng)絡(luò)可以更加智能地對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用與服務(wù)進(jìn)行排序與資源調(diào)度。

　　5.小區(qū)間的切換

　　1xEV-DORev0下行采用了虛擬軟切換，DRCCover信息指出終端認(rèn)為的下行信道質(zhì)量最好的扇區(qū)，基站通過解碼該信息決定切換，RevA中引入了DSC信道，提前進(jìn)行切換準(zhǔn)備，取消了由于切換導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳送中斷，實(shí)現(xiàn)了無縫虛擬軟切換。在HSDPA中，由于它的信令消息仍然采用碼分專用信道的形式，所以，在該終端的主小區(qū)(PrimaryCell)改變后，對(duì)應(yīng)的HSDPA無線鏈路發(fā)生硬切換。HSDPA與lxEV-DO的反向都是軟切換。

　　此外，lxEV-DO還有前向動(dòng)態(tài)速率控制技術(shù)，RevA有前向PDMA、反向T2P、ROT等獨(dú)特技術(shù)。表2給出了1xEV-DO與HSPA兩種技術(shù)的一些關(guān)鍵參數(shù)的比較結(jié)果。

　　三、1xEV-DO與HSPA網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)比

　　1.頻譜效率

　　HSDPA與lxEV-DO頻譜效率對(duì)比見圖2。從頻譜效率來看，兩者大致相當(dāng)，但由于HSDPA使用5MHz帶寬，EV-DO使用1.25MHz帶寬，HSDPA峰值速率大于單載波的EV-DO，對(duì)此，EV-DO采取多載波技術(shù)與其抗衡。

　　2.承載方式

　　HSPA業(yè)務(wù)既可以與R99/R4業(yè)務(wù)共享同一載頻，也可以使用獨(dú)立的載頻承載。共享載頻時(shí)，由于引入了HSUPA，新增加的物理信道需要占用額外的功率和碼資源，會(huì)導(dǎo)致R99/R4網(wǎng)絡(luò)下行覆蓋和容量下降，同時(shí)提升了上行干擾余量門限，增加了小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)的干擾，會(huì)導(dǎo)致R99/R4網(wǎng)絡(luò)上行覆蓋和容量下降。

　　1xEV-DO業(yè)務(wù)必須使用獨(dú)立的載頻承載，不能與1x共享載頻，這樣資源控制比較簡(jiǎn)單，但容量低時(shí)，容易造成資源浪費(fèi)。

　　3.業(yè)務(wù)能力

　　HSUPA目前不支持VoIP業(yè)務(wù)，VoIP的相關(guān)規(guī)范正在R7版本中進(jìn)行定義，目前大概完成了50%。而DORevA通過物理層、MAC層、高層的改進(jìn)和QoS控制增強(qiáng)，可以支持低時(shí)延的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，如VoIP、VT等。因此，DORev A的業(yè)務(wù)能力比HSUPA強(qiáng)。

　　4.QoS策略的不同

　　就EV-DORev0的QoS策略而言，它在分組核心網(wǎng)中引入了IP流的概念，以支持多種IPQoS業(yè)務(wù)。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，把每種業(yè)務(wù)看成由一個(gè)或多個(gè)IP流復(fù)合而成，對(duì)業(yè)務(wù)QoS的支持就變成對(duì)相應(yīng)IP流QoS的支持。EV-DORev A對(duì)業(yè)務(wù)的QoS控制進(jìn)行了增強(qiáng)，提出了完整的QoS架構(gòu)：在空中接口引入了多IP流和多RLP流，定義了相應(yīng)的QoS請(qǐng)求機(jī)制；在RAN中重點(diǎn)解決了多IP流、RLP流、A8和A10連接彼此間的映射關(guān)系；在PDSN中提出了業(yè)務(wù)流模板(TFT)、QoSProfile等概念，以解決每個(gè)IP流的IPQoS的資源申請(qǐng)，規(guī)定了基于IP流的資源申請(qǐng)流程；在AAA中存儲(chǔ)每個(gè)用戶的QoSProfile，以區(qū)分不同用戶的QoS等級(jí)。Rev A不僅可以根據(jù)用戶的QoSProfile對(duì)不同的用戶實(shí)現(xiàn)不同的QoS要求，同時(shí)由于引入了多個(gè)RLP流的支持，使同一用戶的具有不同QoS要求的應(yīng)用可以映射到不同的RLP流，每個(gè)RLP流的參數(shù)可以單獨(dú)設(shè)置。

　　就HSPA的QoS策略而言，承載在E-DCH上的用戶業(yè)務(wù)的QoS由UE及服務(wù)NodeB來決定。其在QoS保障上相對(duì)較差，沒有太多可靠的QoS保障機(jī)制，當(dāng)前主要還是采用BestEffort的方式，并不適用于對(duì)時(shí)延保障要求高的業(yè)務(wù)承載，如交互類業(yè)務(wù)。

　　5.組網(wǎng)及升級(jí)能力

　　1xEV-DO組網(wǎng)非常靈活，對(duì)于只需要數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的區(qū)域可以單獨(dú)組網(wǎng)，對(duì)于同時(shí)需要語音和數(shù)據(jù)的區(qū)域可與IS95/1x共同組網(wǎng)。1xEV-DORev0網(wǎng)絡(luò)完全后向兼容系統(tǒng)，與IS95/1x具有相同的RF特性，鏈路預(yù)算的覆蓋半徑基本一樣，理論上可以完全共站。在組網(wǎng)時(shí)，可采用升級(jí)網(wǎng)或疊加網(wǎng)兩種組網(wǎng)方式。

　　在從CDMA20001x升級(jí)到1xEV-DORev0時(shí)，可以在機(jī)架內(nèi)直接插信道板，共用射頻部分。除此之外，還必須添加額外的網(wǎng)元，包括DO Rev 0的PDSN(分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn))以及AAA(計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)和授權(quán))服務(wù)器等。DO Rev 0可以平滑升級(jí)到DO Rev A，只是BTS需要更換信道板并升級(jí)軟件，BSC需要軟件升級(jí)。

　　HSPA后向兼容WCDMAR99及R4，HSPA可單獨(dú)組網(wǎng)，也可與R99共同組網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的需要進(jìn)行平滑升級(jí)，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的WCDMA用戶造成影響。并且HSDPA的引入主要是對(duì)NodeB的修改，對(duì)RNC則主要是修改協(xié)議軟件，對(duì)硬件影響很小。

　　四、1xEV-DO與HSPA商用情況對(duì)比

　　HSDPA和1x EV-DO Rev0是現(xiàn)在已經(jīng)商用的兩種3G無線寬帶技術(shù)。1xEV-DO技術(shù)在2002年韓國(guó)世界杯時(shí)就已投入了使用，目前全球共有179個(gè)運(yùn)營(yíng)商部署了173個(gè)CDMA1x和52個(gè)1xEV-DO商用網(wǎng)絡(luò)，41個(gè)1x和53個(gè)1xEV-DO網(wǎng)絡(luò)處于部署中。目前，全球CDMA20001x的用戶數(shù)已超過2.66億，1xEV-DO的用戶數(shù)已接近4000萬。

　　從主設(shè)備廠商的情況看，大多數(shù)擁有1x設(shè)備的廠家如朗訊、北電、摩托羅拉、中興、華為都有Rev0和RevA的商用設(shè)備。

　　從終端情況看，目前市場(chǎng)上有超過86個(gè)設(shè)備廠家為CDMA提供了361種DO Rev0的終端，已有8款DO RevA手機(jī)/數(shù)據(jù)卡終端。

　　HSDPA從2005年年底開始商用以來，截至2006年10月，有123個(gè)HSDPA網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃在56個(gè)國(guó)家和地區(qū)開展商用，其中已有70個(gè)HSDPA商用網(wǎng)絡(luò)在39個(gè)國(guó)家開始商用。HSUPA的設(shè)備預(yù)計(jì)在2007年會(huì)有商用產(chǎn)品。

　　從主設(shè)備情況看，幾乎所有的支持WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的大的設(shè)備制造商都已經(jīng)推出了自己的HSDPA商用版本設(shè)備，多家設(shè)備已經(jīng)工作在目前的商用或者試驗(yàn)網(wǎng)上。受市場(chǎng)情況影響，HSUPA設(shè)備的研發(fā)進(jìn)程相對(duì)滯后，設(shè)備商對(duì)于HSUPA的研究開發(fā)多處于實(shí)驗(yàn)室階段。但從幾大主流設(shè)備商的演示情況看，HSUPA的開發(fā)已取得初步成果，預(yù)計(jì)在2007～2008年能夠提供商用。

　　從終端情況看：截止到2006年10月，全球已經(jīng)推出66款支持HSDPA的終端，其中22款為手持機(jī)，44款PC卡及路由器。高通已在2006年上半年推出首款支持HSUPA終端的芯片MSM7200，該芯片后向兼容UMTS、HSDPA、GSM/GPRS/EDGE，上下行峰值速率分別為2Mbit/s和3.6Mbit/s。高通計(jì)劃于2007年推出支持HSUPA的手機(jī)終端。