CDMA網絡技術發展現狀和趨勢

　　伴隨著國內運營商的重組，CDMA技術重新受到國內業界的關注。目前，總的來看CDMA技術的演進主要包括以下3個方向。

　　首先，考慮到cdma20001x網絡自身演進的要求，業界制定了cdma20001x后續標準。

　　同時，為了滿足系統在現有頻段上擴展無線寬帶數據能力以及在無線數據系統上承載各類應用服務(如VoIP/PSVT等)的需要，業界制定了cdma20001xEV-DO Rev. 0/A/B標準。

　　此外，為了進一步滿足在不同頻段/帶寬上無線寬帶能力的要求和系統演進的需要，業界基于OFDMA技術制定了UMB(UltraMobileBroadband)標準。

　　cdma20001x技術

　　Cdma20001x是由IS-95A/B演進而來的，并與現有的IS-95A/B系統后向兼容。與IS-95A/B相比，cdma20001x在信道類型、物理信道結構和無線分組接口功能上都有很大的增強，網絡部分則根據數據傳輸的特點引入了分組交換機制，支持簡單IP和移動IP業務，支持QoS(Qualityof Service,服務質量)，這些技術特點都是為了適應更多、更復雜的第三代業務。

　　與IS-95A/B相比，cdma20001x具有以下新的技術特點。

　　快速前向功率控制技術：可以進行前向快速閉環功率控制，與IS-95A/B系統前向信道只能進行較慢速的功率控制相比，大大提高了前向信道的容量。

　　反向導頻信道：使反向信道也可以做到相干解調，與IS-95A/B系統反向信道所采用的非相關解調技術相比可以提高3dB增益，相應的反向鏈路容量提高1倍。

　　快速尋呼信道：極大地減少了移動臺的電源消耗，使移動臺的待機時間提高了50%。

　　前向發送分集：前向信道采用發射分集，提高了信道的抗衰落能力，改善了前向信道信號質量以提高系統容量。

　　Turbo碼cdma20001x的業務信道可以采用Turbo碼，以支持更高傳送速率及提高系統容量。

　　輔助碼分信道：使cdma20001x能更靈活地支持分組數據業務。

　　變長的Walsh函數：使得空中無線接口的資源利用率更高。

　　增強的MAC功能：以支持高效率的高速分組數據業務。

　　新的接入過程控制方式：目的在于根據數據業務的突發性特點，增加了控制保持狀態和新的增強接入模式，在數據業務QoS和系統資源占用之間尋求折衷與平衡。

　　cdma20001xRev.0

　　cdma20001xRev.0是cdma20001x的最初版本。它可以實現約為IS-95A/B兩倍容量的語音業務和分組數據業務，數據峰值速率可達153.6kbit/s。Rev.0引入了多種模式(用于確定對前向基本信道和前向補充信道的功控比特分配)的前向快速閉環功率控制和OTD(Orthogonal Transmit Diversity，正交發送分集)模式的前向發送分集技術，支持快速尋呼信道和反向導頻信道，并可為用戶同時提供多種類型的業務。

　　cdma20001x后續版本

　　cdma20001x后續版本包括Rev.A/B/C/D，它主要是對cdma20001xRev.0進行了增強，其主要增強特性包括以下幾個方面。

　　MEID支持，針對cdma20001x系統從ESN過渡到MEID的需要，在LCM生成和手機尋址方式等方面進行了擴展。

　　針對cdma20001x系統與DO系統互操作的需要，在系統中增加了DO網絡指示和交叉尋呼功能。

　　前反向數據能力增強以及前向發送分集支持。

　　新的公共信道支持，如F-BCCH、F-CCCH、F-CACH、F-CPCCH、R-EACH和R-CCCH等。

　　對呼叫建立過程進行優化等。

　　cdma20001xEV-DO技術

　　cdma20001xEV-DO是業界推出的第一個高性能、低成本的無線高速數據傳輸成熟解決方案，是cdma20001x的增強型技術，它針對支持高速無線互聯分組數據的傳輸進行了優化。

　　cdma20001xEV-DO標準現有3個版本，Rev.0、Rev.A和Rev.B，其中Rev.0和Rev.A可支持的前反向峰值速率分別為2.4Mbit/s～153kbit/s和3.1Mbit/s～1.8Mbit/s，而在Rev.B中則可支持高達73.5Mbit/s～27Mbit/s的峰值速率(使用15個1.25M載波)。

　　Rev.0在反向鏈路上的容量大約為每扇區300kbit/s；在Rev.A中，由于采用了自適應的BPSK、QPSK和8-PSK等多種調制方式及多種編碼速率和混合ARQ技術，極大地提高了反向鏈路的容量，扇區吞吐量大約為Rev.0的2倍，達到600kbit/s；在Rev.B中，隨著反向載波數目的增加，系統的反向數據吞吐量也將相應成倍增長。同時，通過在載波間實現自適應調度和在系統中引入干擾消除、均衡以及接收分集等技術，可以使系統性能在原基礎上實現進一步的提高。

　　1.cdma20001xEV-DORev.0

　　針對數據服務突發性，高速率，非對稱以及時延和QoS要求相對靈活的特點，DORev.0進行了相應的優化，在前向鏈路實現了基于分組的調度，其主要特點和增強特性包括4點。

　　(1)CDMA/TDM前向鏈路

　　DORev.0是專門針對數據業務而優化設計的，其前向鏈路在信號傳輸時，對每一用戶均以時分復用的方式在整個扇區內全功率和碼空間發送，從而使系統能以最大的數據吞吐率(峰值可以達到2.4Mbit/s)高速傳輸突發的數據業務，并提高信號的傳輸質量。

　　(2)自適應編碼調制

　　終端基于通信過程中無線導頻信道的變化情況，將定期上報請求(速率最高可達600Hz)與當前前向鏈路信道條件匹配的服務速率(38.4kbit/s～2.4Mbit/s)，每種服務速率將對應不同的調制方式(QPSK/8PSK/16QAM)和編碼速率(Turbo編碼，碼率為2/3,1/3,1/5等)組合。

　　自適應編碼調制結合優化的調度算法使基站可以根據整個系統的實際情況(信道質量及終端所請求的數據速率)來確定每一用戶的服務時間和實際傳輸速率，合理地匹配各終端的當前物理信道情況服務其業務請求。由于多個用戶的信道衰落具有相對獨立性，系統在調度過程中可以利用多用戶分級增益(MultipleUserDiversity)達到更高的傳輸效率。

　　(3)HARQ(TypeII)

　　用戶的移動和干擾的隨機性使系統在服務用戶與用戶上報時的物理信道情況可能存在誤差，這使用戶在上報請求服務的數據速率時相對保守以保證數據包的可靠傳輸。

　　DORev.0在前向信道引入了HARQ機制來保證系統數據傳輸時匹配用戶當前物理信道的同時達到更高的傳輸效率。

　　首先，系統在數據傳輸時引入了交織(Interlace)機制，系統在傳輸數據包時基于Turbo碼可以將編碼后的數據包分為若干子數據包，每個子信息包中包括數據或校驗數據，子數據包中傳輸時使用非連續的時隙從而使系統在傳輸同一數據包所屬數據時可以規避突發性的干擾，獲得時間分級增益(TimeDiversity)。

　　同時，用戶接受每個子信息包后，將對接受的數據進行部分譯碼并基于譯碼結果對發送端進行反饋。如果部分譯碼成功，系統將提前終止該數據包的傳輸。增量式部分譯碼和提前終止的引入，可以使在用戶進行報收信道估計的情況下保證對系統對信道的匹配從而提高傳輸效率。

　　(4)前向虛擬軟切換

　　當用戶在DO系統中移動時，用戶將選擇當前信號最好的扇區來進行數據傳輸；當用戶檢測到服務扇區發生變化時，將及時向系統進行指示并進行虛擬軟切換切換服務扇區。

　　虛擬軟切換的引入消除了由于系統軟切換所帶來的系統負載，同時可以保證系統在給定相同的前向功率條件下達到最高的傳輸效率。

　　2.Cdma20001xEVDORev.A

　　DORev.A是DORev.0的演進，除了在前反向鏈路數據傳輸能力的增強之外，尤其值得一提的是DORev.A針對各種實時業務及應用，如廣播、VoIP、可視電話、在線游戲、實時多媒體業務等，進行了專門的設計和優化，可以充分、有效地支持上述業務。

　　DORev.A的主要特點和增強特性包括3個方面。

　　(1)前反向峰值速率大幅度提高

　　與DORev.0相比，在DORev.A中不僅前向鏈路峰值速率從2.4Mbit/s提升到3.1Mbit/s的新高度；更重要的是反向鏈路得到了質的提升。隨著增量傳送、靈活的分組長度結合、HybridARQ和更高階調制等技術在反向鏈路的引入，DO Rev.A實現了反向鏈路峰值速率從DO Rev.0的153.6kbit/s到1.8Mbit/s的飛躍。

　　(2)小區前反向容量均衡

　　通過在手機中采用雙天線接收分集技術和均衡技術，DORev.A的前向扇區平均容量可以達到1500kbit/s，較DORev.0(平均小區容量850kbit/s)提高了75%。DORev.A的反向平均小區容量也得到大幅度的提升，從DO Rev.0的300kbit/s增加了100%，達到600kbit/s。如果基站上采用4分支接收分集技術，反向平均小區容量還可進一步提高至1200kbit/s。

　　(3)全面支持QoS

　　與DORev.0相比，DORev.A在QoS支持方面也進行了優化，取得了顯著提高，具體體現在以下方面.

　　靈活和有效的QoS控制機制

　　DORev.A中引入了多流機制，使系統和終端可以基于應用的不同QoS要求，對每個高層數據流進行資源分配和調度控制；同時，DORev.A中還提高了反向活動指示信道的傳輸速率，使終端可以實時跟蹤網絡的負載情況。在系統高負載時，保證低傳輸時延數據流的數據傳輸。此外，DORev.A還引入了更多的數據傳輸速率和數據包格式選擇，使系統可以更靈活地進行調度。總之，DO Rev.A在保證系統穩定性的前提下，可以靈活而有效地滿足不同數據流的傳輸要求，從而在一部終端上可以同時支持實時和非實時等多種業務。

　　低接入時延

　　DORev.A對接入信道和控制信道均進行了優化。首先，在接入信道上可以支持更高的傳輸速率和更短的接入前綴，使用戶可以在發起服務請求時更快地接入網絡；其次，在控制信道上可以支持更短的尋呼周期，使用戶可以較快地響應來自網絡的服務請求；此外，DORev.A高層協議中引入了三級尋呼周期機制，使終端可以在適配網絡服務情況的同時降低功耗，延長待機時間。這對支持需要頻繁建立和釋放信道的業務如即按即講(PTT)和即時多媒體通信(IMM)等非常重要。

　　低傳輸時延

　　在進行數據傳輸時，DORev.A引入了高容量模式和低時延模式。在低時延模式下可以采用不同的功率來傳輸某數據包的各子信息包，對首先傳輸的子信息包采用較高功率發射，從而使該數據包提前終止傳輸的概率提高，降低了平均傳輸時延。這對支持如VoIP和可視電話等實時業務十分重要。

　　低切換時延

　　DORev.A中引入了DSC信道，使終端在基于信道情況選擇其他服務小區時，可以向網絡進行預先指示，提前同步數據傳輸隊列，大大降低了前向切換時延。這對支持VoIP和可視電話等實時業務十分重要且效果顯著。

　　3.cdma20001xEV-DORev.B

　　DORev.B是在DORev.A基礎上的多載波擴展和增強。DORev.B在前向鏈路增加了64-QAM調制方式和8192比特數據包，在單載波(1.25MHz)上系統峰值速率達到4.9Mbit/s。在多載波條件下，DO Rev.B系統所支持的峰值速率將隨著載波數據成倍增加，在系統帶寬支持15載波(20MHz)時系統前反向峰值速率將達到73.5～27Mbit/s。

　　多載波系統相對于單載波系統而言，還可以利用無線信道的頻率選擇性(FrequencySelectivity)對用戶的服務請求在多載波上進行聯合調度，從而使系統在調度時獲得時域和頻域的多用戶分級增益，提升系統容量；同時，如果將單載波上的高速數據流分解為多載波上中/低速數據流進行傳輸，可以獲得更高的HARQ增益和降低終端發射功率，最終提升系統的數據吞吐量。

　　另外，DORev.B系統數據傳輸引入了對稱模式(前向載波數等于反向載波數)和非對稱模式(前向載波數大于反向載波數)。

　　對稱模式下，前向與反向載波將一一映射，系統在成對載波上的數據和控制反饋信息的傳輸與DORev.A系統基本相同。

　　非對稱模式下，多個前向載波將映射到一個反向載波，系統將在一個反向信道上傳輸對多個前向載波的控制反饋信息。

　　此外，不同于傳統FDD(FrequencyDivisionDuplex)系統前反向載波頻率采用固定間隔，DORev.B系統引入了前反向載波靈活配對模式(Flexible Duplex簡稱Flex Duplex)以滿足對稱和非對稱模式下不同應用場景的需要。

　　DORev.B系統引入了快速尋呼信道，使系統可以預先向終端指示尋呼到達信息，縮短了中斷在尋呼周期到達時監聽系統控制信道的時間。

　　此外，DORev.B系統中還引入了非連續發送(DTX)和非接收模式(DRX)。

　　當終端工作在DRX模式時，終端可以只在指定的前向交織時隙接收數據而在其他時刻可以關閉接收機。

　　當終端工作在DTX模式時，如果存在子數據包需要發送,終端可以連續發送數據河道頻信道的同時只在指定的時隙發送其他控制信息；如果沒有子數據包需要發送，終端則可以只在指定的時隙發送導頻信道以及其他控制信息，而在其他時隙，終端可以關閉發射機和功放。

　　快速尋呼模式和DTX/DRX的引入可以有效地降低終端在待機和數據傳輸時的電源消耗，提高待機和通話時間。

　　UMB技術

　　UMB以OFDMA技術為基礎,專門針對無線移動環境和實時應用優化的移動無線寬帶系統,它繼承了DO系統的自適應編碼調制、HARQ以及QoS控制機制，結合了CDMA、TDM、QOFDMA(QuasiOFDMA)、LDPC(LowDensity Parity Code)等其他先進技術，同時引入了基于MIMO(Multiple Input Multiple Output)、SDMA(Spatial Division Multiple Access)、Beamforming等多天線技術，使系統可以在達到更高傳輸效率的同時經濟有效地支持具有各類具有QoS要求的應用。UMB系統在20MHz帶寬中前反向物理鏈路上可以達到的峰值速率為290Mbit/s～70Mbit/s。