CDMA2000无线接入网向EV-DO Rev B演进分析

0  前言

DO Rev B是继DO Rev A后的又一个CDMA2000无线网标准演进版本。目前，全球主要CDMA2000网络运营商都已成功地部署了DO Rev A网络，但是否要将DO Rev A网络升级到DO Rev B则是摆在运营商面前的重要问题。首先，DO Rev B在技术层面领先于DO Rev A，DO Rev B版本的产业链已基本形成，部分运营商已进行了商用试验网验证，商用时机已基本成熟。其次，由于HSPA接入技术的大规模商用，DO Rev A无线接入网面临来自其他3G接入网技术的竞争日趋明显。最后，LTE的商用路标目前尚不明确，给CDMA2000运营商带来了很大困惑，成为运营商将DO Rev A网络升级到DO Rev B的主要潜在风险。

本文主要阐述DO Rev A面临的竞争压力、DO Rev B相对于DO Rev A的技术优势、影响DO Rev B部署的LTE及其他因素。

1  DO Rev A网络面临的竞争压力

截至目前，全球主要WCDMA运营商都已成功地部署了HSPA无线网络，在5 MHz带宽上提供5.76 Mbit/s/14.4 Mbit/s的上/下行峰值速率。目前，主流的商用终端可在HSPA网络上获得1.8 Mbit/s/6.5 Mbit/s的应用层上/下行速率，如使用上行2 ms TTI的HSUPA终端，上行可获得4.6 Mbit/s的应用层速率。HSPA可和R99共享载波，也可独立载波部署。

DO Rev A在1.25 MHz的带宽上提供1.8 Mbit/s/3.1 Mbit/s的上/下行峰值速率，相较之下HSPA网络具有明显的优势。若DO Rev A网络部署3个载波，也只能提升系统容量，而单个用户的上/下行峰值速率却无法获得提升，且多载波间的负载无法平衡还会给频谱效率带来影响。

DO Rev A网络面临着来自HSPA网络的用户峰值速率、频谱利用率等方面的竞争压力，迫切需要通过新的增强技术来改变这种现状，而DO Rev B则是目前商用时机最为成熟的演进版本。首先，DO Rev B通过引入高阶调制（64-QAM）和更大的MAC层包格式实现了下行峰值速率的提升，可在单载波时获得1.8 Mbit/s/4.9 Mbit/s的上/下行峰值速率。其次，DO Rev B通过引入多载波功能可实现在20 MHz的带宽上提供27 Mbit/s/73.5 Mbit/s的上/下行峰值速率，并支持多载波间的自适应负载平衡，从而改善了频谱利用率。图1给出了CDMA2000空口标准向3G演进的示意图。

2  DO Rev B技术增强

DO Rev B引入多链路无线链路协议（ML-RLP）实现了信道汇聚、自适应服务扇区选择、自适应负载均衡策略等增强技术，提升了单用户的上/下行峰值速率、改善了频谱效率。

2.1  信道汇聚

在DO Rev B网络侧，可通过在DO Rev A的信道板上进行的软件升级实现多载波配置，使DO Rev A的信道板支持DO Rev B单载波。DO Rev B在RLP层引入具有信道汇聚功能的多链路RLP协议（ML-RLP），从而使用DO Rev A的信道板通过采用下行链路多载波获得更高的峰值数据速率。ML-RLP的操作流程示意如图2所示。

图2给出了从基站控制器（BSC）将分组发送给每一个被分配的载波（信道板）到终端对收到的分组进行重组的过程示意。BSC发给不同信道板的分组的SAR_seq采用统一编号。由于接收端收到某一个载波上发送的分组时，无法根据SAR_seq判断是否存在分组丢失，因此DO Rev B中引入了快速NAK序号（QN_seq），通过某一个载波发送的分组使用统一的编号空间，接收端收到该载波上的分组时，首先检测其QN_seq，如果未发现分组丢失，则依据收到的分组的SAR_seq对其进行重组，否则将会对丢失的分组进行重传请求过程。图2中，若接收端在接收到<QN_seq，SAR_seq>为<9，6>的分组时，则会发现<QN_seq，SAR_seq>为<8，4>的分组丢失，就会对其进行重传请求。

升级过的DO Rev A的信道板在作为DO Rev B单载波信道板使用时，不同的信道板互相不能通信且运行各自独立的调度器，当终端被分配不同载波的信道板时，要使用ML-RLP。

目前已有设备商通过将3个DO Rev A载波通过软件升级实现DO Rev B，可获得5.4 Mbit/s/9.3 Mbit/s的上/下行峰值速率，并已在商用试验网中成功部署。

2.2  导频集管理和自适应服务扇区选择

DO Rev B的1个导频是<PN偏置，CDMA频点>有序二元组。GroupID是DO Rev B导频组的标识。如果2个导频的PN偏置相同且与导频相对应的GroupID相同，这2个导频则属同一个导频组。AT只对激活集和候选集中每个导频组中的1个导频报告其导频强度。激活集是指AT可在下行链路请求数据传送的<PN偏置，CDMA频点>有序二元组。相邻集是指切换的候选扇区和覆盖了AT附近地理区域的扇区的集合。导频组分配和DSC指向见图 3。

图3中，使用ML-RLP，AT可同时向处于不同频率上的不同小区请求数据，DO Rev B中数据源控制信道（DSC）用来选择每个下行链路载波的最佳下行链路数据源。AT的激活集中导频<pn=a，f1>和<pn=b，f1>的覆盖区域相邻，导频<pn=b，f1>和<pn=b，f2>为<pn=a，f1>相邻集，而<pn=a，f1>和<pn=b，f2>则分别为该AT在f1和f2 2个频率上的最佳下行链路数据源。由图2可知，激活集中的导频分别属于导频组x和导频组y。由于在频点2上PN偏置为a的扇区不发射，减少了相邻信道干扰，导频<pn=b，f2>的覆盖是大于<pn=b，f1>的。

2.3  载波间自适应负载平衡

与单载波系统一样，DO Rev B的导频分配在BSC中完成，单载波系统中静态负载平衡是通过给每个新的AT分配1组载波来实现的。由于应用流的可变特性和突发数据源，所以静态负载平衡不能在更短的时间尺度上获得载波间的负载统一。在DO Rev B中，AN基于载波负载、终端流的组成和终端能力为每个AT分配载波，来实现自适应负载平衡。在下行链路，AN的负载平衡可细化到每个数据分组。AT通过采用每个数据分组的子载波选择机制可在上行链路上获得类似的负载平衡。如果维持载波间统一的负载，AN可按照将容量利用和频谱效率增益最大化的方法为AT分配载波。在这个前提下，AN可为AT分配所有它支持的载波，这将允许终端在"最好"的载波上接收始于"最好"时隙的分组发送。在上行链路上，负载平衡保证了每个载波上的干扰几乎相等，使得AT能为每个上行链路分组的发送选择瞬时"最好"的载波。AN可将负载较轻的载波分配给需要更高速率的AT，也可将一些载波分配给功放余量受限的AT。

AN 可在连接状态中根据需要分配或重新指配载波。载波分配和去分配可由AN或AT发起，但由AN最终决定。例外的情况是，如果AT的功放余量受限，AT自动取消分配的载波并向AN报告去分配事件，AN就可收回在该载波上分配给AT的资源。

3  DO Rev B部署优势

DO Rev B具有良好的后向兼容性，支持灵活的载波分配策略和多种混合载波复用配置场景。

3.1  DO Rev B的后向兼容性 

在DO Rev B的标准制定过程中，充分考虑了对DO Rel 0和DO Rev A的兼容。DO Rev A作为目前全球的主流CDMA2000商用版本，可通过软件升级方式实现网络向DO Rev B的平滑演进，单载波的上/下行峰值速率为1.8/3.1 Mbit/s，单个用户的峰值速率随着载波数目的增大而线形提升。DO Rev A还可通过更换部分版件并结合软件升级实现网络向DO Rev B的演进。由于DO Rev B的板件支持64-QAM调制方式，所以单载波的上/下行峰值速率可达1.8/4.9 Mbit/s。

DO Rev B支持的带宽从1.25 MHz到20 MHz，每个载波1.25 MHz带宽，最大可支持15个载波。终端同时支持1个或多个载波。DO Rev B可通过对DO Rev A基站的软件升级来实现对现有的1x EV-DO网络的后向兼容，从而有效地保护了运营商的投资。DO Rel 0和DO Rev A版本的终端无需任何改动即可在DO Rev B接入网络下使用，这不仅最大程度地保护了终端用户的投资，也能让DO Rel 0和DO Rev A版本的用户体验到DO Rev B接入网带来的覆盖和容量提升。 同时，由于可采用软件升级的方式实现DO Rev B，因此运营商的网络升级周期将大大缩短，这给运营商带来很大的灵活性，可在竞争环境发生改变时灵活调整网络建设和运营策略。

3.2  灵活的载波分配策略

典型的CDMA系统在分配下行和上行CDMA频点时保留1个固定的间隔。图4给出了固定双工空间和弹性双工空间的设置场景。有了弹性双工空间，1个频带中任意1个上行CDMA频点可和来自本频带或其他频带的下行CDMA频点配对，当然配对的频带要服从AT的能力（由网络的会话属性指出），这给运营商在频谱指配方面提供了更多的灵活性。

3.3  混合载波复用配置场景

如图4所示，DO Rev B的配置场景大致可分为叠加配置方式（图4 a）和混合复用配置方式（图4 b）。图中，K=1表示单载波配置，（K=1）2表示2个载波通过K=1方式组合，2x表示双载波操作。

典型的混合频率复用为K=1和K=3。传统的单载波系统使用K=1的设置，以获得最大的频谱效率。若采用更高的频率复用因子如K=3，系统在提升边缘覆盖性能的同时，也牺牲了频谱效率。在多载波系统中，可采用K=1和K=3的复用方式来保证小区边缘的覆盖性能，同时又能通过EGoS调度提高频谱效率。如图5所示，小区边缘的大部分业务由K=3的载波传送，而小区中央的大部分业务则由K=1的载波传送，从而在扇区容量最大化的同时，也在整个小区获得了类似于叠加复用方式的用户体验。

用K=1的2个CDMA上行信道支持4个下行CDMA频点。前向链路使用K=3，使SINR得到改善，尤其使边缘覆盖用户得到改善。测试表明，采用图5所示的混合频率复用配置时，扇区边缘的单用户吞吐量是单载波场景下的4倍，而所使用的载波资源和硬件资源则仅为单载波场景的2倍。

4  结束语

CDMA2000接入网运营商在其3G网络运营中面临着来自诸如HSPA等其他3G技术制式的压力，同时LTE商用成熟时机及竞争对手针对LTE的策略的不确定性也给CDMA2000接入网运营商带来了3G网络后续演进的困惑。由于DO Rev B已进行了商用试验网验证，其商用时机已基本成熟；DO Rev B的技术优势和支持全业务运营的能力可保持CDMA2000接入网的竞争优势；DO Rev B网络升级简单、成本低的特点使得其具有较强的生命力，因此运营商可视竞争环境和LTE技术的实际情况考虑是否部署DO Rev B接入网。