什么是CDMA EV-DO 3G技术

CDMA2000 1x EV-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CDMA2000 1x EV-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Data Only(后来有为了能够更好地表达此技术的含义，把Data Only改为Data Optimized,表示EV-DO技术是对CDM



随着技术的不断进步和人们生活水平的不断提高，由于互联网以及移动电话的快速普及，人们热切盼望能够支持高速无线分组数据业务的技术出现与使用。CDMA2000 1x EV-DO正是这样一种技术，经过在韩国一年多的商用实践和世界上其它地区的各种实验网络的验证，已经证明它可以为广大用户提供丰富的移动多媒体业务。



标准的发展：



  CDMA2000 1x EV-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CDMA2000 1x EV-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Data Only（后来有为了能够更好地表达此技术的含义，把Data Only改为Data Optimized,表示EV-DO技术是对CDMA2000 1X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，CDMA2000 1x EV-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，目前世界上已经有三星、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CDMA2000 1X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，有些像现在的乒乓球运动，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CDMA2000 1X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KT Freetel就是采用三星的基站，花了小的代价从1X升级到1X+EV-DO.现在网络运行良好。



  这里我们可以稍微讲一下EV-DV。在CDMA2000 1X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CDMA2000 1X。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CDMA2000 1X的芯片制造经验，目前来看只有Qualcomm和三星有自己的CDMA2000 1X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，所以虽然在去年5月份3GPP2确定了CDMA2000 1x EV-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。



标准概述



  把两种业务分别放在两个独立的载波上承载，这是EV-DO技术的基本思想。从系统开发角度看，这样做极大地简化了系统软件的设计难度，避免了复杂的资源调度算法。



  虽然EV-DO使用单独的载波来传输数据业务，但是从射频角度来看，IS-95/2000 1X与EV-DO是完全兼容的，这样就意味着基站的射频器件是与IS-95/2000 1X系统是相同的，这对设备制造商来说就不会增加设备元器件生产和采购上的难度，对运营商来说就有在现网升级时使用现存IS-95/2000 1X射频部分的可能性，从而保护投资。



  EV-DO技术极大地提高了空中接口的传输速率，可以达到前向链路峰值速率2.4576 Mbps/FA/Sector；采用速率控制而不是功率控制，始终以最大功率发射前向链路信号，提高了可靠性和速率；运用特有的调度算法合理安排小区内多个终端的业务竞争。反向链路采用辅助导频、功率控制等技术。



名词解释



  Session（会话）: 在EV-DO系统内的Session与IP网络里面的Session不同，EV-DO的Session可以说是指一种AT和AN之间的状态，如果AT与AN之间存在Session,那么就说明双方已经各自保存好了协商过的协议和协议中所使用参数的配置，这些协议和相应的配置是双方通信的先决条件。也就是说，AT和AN之间只有在打开Session（Open Session）的时候才能通信。



  当然，在EV-DO网络中进行数据业务时肯定也会涉及到IP业务级的Session概念，这个Session是与我们以前理解的概念是一样的，它是属于第四层的，在网络层和传输层之上。而EV-DO的Session是在链路层（EV-DO的RLP层）和流层（Stream Layer）之下。



  一旦AT与AN之间的session建立起来，则会一直维持，直到终端移动出subnet范围或者很长时间不工作以后才拆除这个session.

Connection（连接）：是指空中链路的状态之一，此时AT被分配了前向和反向业务信道和相应的MAC信道。在一个session连接的状态下，AT和AN可以打开和关闭“连接”多次。



  mobility boundary：能够维持AT的一个session不变的区域。Mobility boundary 在EV-DO中也叫 "Subnet" , 与CDMA2000系统中的 "Packet Zone" 相似。一般来说一个PCF区域被设置为一个"Subnet"。



  UATI（Unicast AT Identifier）：AT在AN中的地址，由AN分配，长度为128bit。AN在下列情况之一会给AT分配UATI：终端第一次开机的时候；重新建立session的时候；进行subnet切换的时候。



EV-DO的速率控制机制



  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”(Goldsmith and Varaiya, IEEE Trans. On Information Theory, 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。



前向调度机制



  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。



EV-DO的协议设计



  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的网络结构



  EV-DO标准中定义了两种网络结构，分别称为Phase 1和Phase 2,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Phase 1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。

  Phase 2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，而且目前多数厂家的设备都是将PCF集成在BSC内，如果按Phase II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。



双模终端的混合操作模式



  关于双模混合终端的操作模式目前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。



总结



  综上所述，CDMA2000 1xEV-DO是面向移动高速数据业务的技术，是一项前所未有的革命，虽然在实际建网中需要使用两个载波来同时支持语音与数据业务，但是从频谱效率上看，如果都以5MHz带宽为基准，则1X+1xEV-DO的传输能力已经大大超过WCDMA（目前WCDMA能够实现的R4版本空中接口速率仍然为2.4Mbps/5MHz）。而且从技术实现上面来看，把语音和数据业务分开，既保持了原有的高质量语音，又获得了更高的数据速率，网络规划和优化上由于1X和1xEV-DO有相同的射频特性所以也很方便。而且从目前的状况看，各个主要设备厂家的系统都能支持从1X向1xEV-DO 的平滑升级，这对于运营商在技术和投资方面都是很理想的结果。 到目前为止，1xEV-DO已经在韩国大规模商用，运营商推出了多种适合高速率的移动数据应用业务。1xEV-DO的用户数量和用户的ARPU值都呈很好的上升势头。从2002年世界杯开是之前到现在为止用户数量已经达到150多万。世界上其它地区的运营商也在积极建设EV-DO网络，如美国的SPRINT和VERIZON就将在今年下半年按原定计划启动网络的部署。



  因此，可以说1xEV-DO是目前最为成熟的、最具有商用经验的技术，是我们迈向3G世界的第一步。







  







A2000 1X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，CDMA2000 1x EV-DO技术作为CDMA2000家族的一个分支被吸纳为IMT-2000标准之一。