第6章

    Chapter 6

    cdma2000,高通最后的独行

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图1

    “一流的企业做标准”,这句话在通信世界的语境里,往往指的是高通,高通也配得上这样的尊重。在2G时代,当GSM都已经蔚然成型之时,当时还只是北美的一家小公司的高通斜刺里杀出来,硬是凭着CDMA闯出了一番天地。不仅如此,CDMA还成了3大3G标准——WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000空中接口共同的基础,高通也因此一跃成为通信界的巨头。

    在2G时代和3G时代,高通及其支持阵营都没有选择入盟欧洲制定的主流通信标准——GSM和WCDMA,而是坚持走自己的路,开创了IS-95和cdma2000,并取得了相当的成功。然而,正当人们以为高通在后3G时代也将继续特立独行之时,高通首席执行官Paul E. Jacobs却在2008年11月19日正式宣布——高通将放弃新一代移动体通信规格“超移动宽带(UMB, Ultra Mobile Broadband)”的商业化开发,人员今后将被分派到LTE和LTE-Advanced等的开发中。也就意味着一直扮演独行侠的高通公司,在未来的长期演进中放弃了自己的UMB路线,改投了LTE阵营。这一关键事件标志着3GPP和3GPP2的标准化工作开始融合,并共同演进到IMT-Advanced标准。而cdma2000标准也成了高通公司在无线通信领域最后的独行,不禁令人唏嘘不已。

    cdma2000技术是3大3G标准之一。其实早在1985年,FPLMTS(Future Public Land Mobile Telecommunication System,未来公众陆地移动通信系统)就对未来的第三代移动通信做出了展望,也就是我们在前面的章节里提到的那几个“任何”,在任何时间、任何地点和任何人进行任何种类的信息交换。FPLMTS给我们画了一张大饼,但并没有说具体的细节如何实现。

    1996年,FPLMTS换了个马甲,改名叫IMT-2000(International Mobile Telecom System-2000,国际移动电话系统-2000)。你有时候不得不承认这个名字取得相当之艺术,因为它的主要内容就是3个“2000”。

    (1)系统工作在2000MHz频段(基本差不多,但是UMTS也有工作在900MHz上的,cdma2000也有工作在800MHz上的)。

    (2)最高业务速率可达2000kbit/s(2Mbit/s的速率,当时看已经非常快了,毕竟1996年的互联网带宽才多少?现在看来太保守了,3大标准早已迈过这条线,而且在不断刷新峰值速率纪录)。

    (3)预期在2000年左右得到商用(有点乐观,实际推后了不少)。

    为了达到这几个目标,1998年12月成立了3GPP组织,包含了欧洲大名鼎鼎的ETSI(European Telecommunications Standards Institute,欧洲电信标准协会,就是捣鼓出GSM的那个组织)、日本的ARIB(Association of Radio Industriesand Business,无线工商协会)、韩国的TTA(Telecommunication Technique Association,电信技术协会)和美国的T1等机构,这个组织主要研究GSM的演进,而没有考虑北美的CDMA知识的演进与发展。

    3GPP这样的组织目标显然和高通及其盟友的利益不符,因此1999年1月,3GPP2组织也成立了,主要由美国的TIA(Telecommunication Industry Association,电信工业协会)、日本的ARIB、韩国的TTA等机构组成。3GPP2沿用了以前CDMA IS-95的体系,以cdma2000作为空中接口的标准,核心网沿用ANSI-41为标准。

    1999年11月在ITU的一次会议上,确定了IMT-2000的无线接口技术规范,确定的规范有5种,其中有3种技术成为主流,也就是闻名于世的WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA。

    鉴于我们之前已经介绍过WCDMA标准和TD-SCDMA标准,在开始本章的正文之前,不妨先列举一个3大标准的基本对比,如表6-1所示。

    表6-1        主要3G制式比较

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图2

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图3

    说到多址方式,3大3G标准除了CDMA以外都还有FDMA,其实无线通信标准一般都会有FDMA这个概念。TD-SCDMA还加了个TDMA和SDMA(Space Division Mutiple Access,空分多址)。所谓TDMA,指的就是TD-SCDMA在时间轴上分为3个特殊时隙和7个业务时隙的事情,跟GSM划分时隙有那么点类似;所谓SDMA,指的就是TD里面的智能天线,由于智能天线能对用户进行跟踪定位,因为可以从空间上将用户区分出来。

    接下来我们看到基站间同步,TD-SCDMA由于是时分双工系统,必须得有基站之间的同步,否则基站之间就会互相干扰,这个原因我们在前面的章节里已经讲述过了。但是我们从表6-1发现,cdma2000这个频分双工系统居然也需要基站之间同步,那么cdma2000为什么需要基站之间同步呢?我们稍后再解释原因。

    在本章里,我们不妨沿着CDMA的发展轨迹,也即IS-95、CDMA 1X、EV-DO、EV-DV这样的顺序来阐述CDMA的演变过程。CDMA的历程很有味道,因为它有两条脉络清晰的线索可循,第一条线索是需求,IS-95的出现是为了解决通话问题;当这个问题解决之后,发现人们有上网的数据需求,但是不大,于是出现了上网速度比较慢的版本,CDMA 1X;后来发现大家希望能够通过无线网络随时随地下载东西、看视频、看电视直播,CDMA 1X那点速率显然不够了,于是出现了高速版本——EV-DO和EV-DV。第二条线索是3GPP2与3GPP的PK,目前世界上用得最多的两大移动通信标准体系即欧洲的“GSM体系”和北美的“CDMA体系”,IS-95与GSM、CDMA 1X与GPRS、EDGE,EV-DO、EV-DV与WCDMA、HSDPA之间都呈现出明显的竞争关系,而且技术层面相互也有很多借鉴,可以放到一起对比着去看,这样能有不少收获,所以读者在看本章的时候,一定要时时记住这两条线,顺着这两条线去理,将会更好地理解本章的内容。

    6.1 CDMA,高通发现新大陆

    在CDMA的历史上也好,在3G的历史上也罢,都有一个绕不过去的名字——高通(QUALCOMM),这个名字的意思是“quality communications”,高通希望让高质量的通信成为推送整个社会发展的动力。

    虽然是高通将扩频通信发扬光大,但扩频通信技术最初并不是源自高通,而是源自那个著名的演员及科学家海蒂·拉玛,出于有效控制鱼雷行进方向的目的她创立了扩频通信,而扩频通信技术最初也广泛应用于军事和航空系统中。1977年,库铂(R. G. Cooper)和内特尔顿(Nettleton)首先提出利用扩频技术实现CDMA的方案,使蜂窝移动通信的频谱效率提高。但由于当时的数字无线技术和移动通信的市场均未成熟,因此没有能够投入使用。

    1988年9月,美国蜂窝通信工业协会(CTIA)提出了下一代蜂窝网的用户性能需求,这些要求主要包括:

    (1)系统容量至少是模拟通信网AMPS的10倍;

    (2)通信质量等于或者优于模拟的AMPS;

    (3)能够充分引入新业务(相比以前,呼叫等待、彩铃之类都算是新业务);

    (4)具有话音和数据保密能力(这算是数字通信的优势);

    (5)易于过渡并和现有的模拟系统兼容;

    (6)采用开放的网络结构。

    在当时的北美大陆,TDMA正如火如荼,并且1992年美国蜂窝电信工业协会一致决定TDMA是美国移动网络的标准,这几乎意味着美国对高通的CDMA技术关闭了大门。然而经过实际论证,发现已经被批准的TDMA的标准(IS-54)并不能完全满足上面所列的这些要求,尤其在容量上,跟CTIA提出的要求差距还比较大。于是,这给了高通一线生机。

    从1988年到1995年这段时间里,高通一直在为CDMA孤独地抗争,以求CDMA技术和系统被学术界、设备商、运营商甚至公众所接纳。这也并不奇怪,因为之前CDMA技术只是用于军事通信,其主要用途就是用来进行保密通信,其他作用并不在人们的视线中。要说CDMA还可以同频组网,其容量还比TDMA网络大好几倍,这些未经过验证的理论上的东西虽然听起来很美妙,但是实在很难让人们信服。而且,实际上高通当时还并未解决CDMA网络的一个致命伤——“远近效应”。

    但是高通并没有放弃努力,而且坚信自己一定可以成功。高通从1989年开始就聘请公关公司启动了维持数年的公关推介项目,让高通的声音出现在任何可能的场合;为了在学术界获得影响力,高通的专家在IEEE不断推出重磅的CDMA学术论文;为了加速CDMA系统的外场试验进程(摩托罗拉和朗讯因为在TDMA上投资巨大起初并不支持CDMA),高通不得不投资介入高通并不擅长的系统和终端设备制造领域,为运营商的测试提供早期设备;为了改变产业链支持不足的情况,高通又冒险进入芯片设计领域进行了巨额投资。直到高通终于通过功率控制和软切换解决了远近效应的问题之后,这种局面才发生了逆转。1993年美国电信工业协会(CTIA)将高通提出的CDMA确定为一个暂定的标准。1995年经过修改和完善后,正式颁布了窄带CDMA标准,这也是CDMA的第一个标准,叫做IS-95A,这个名字又跟年份有关。1995年下半年,中国香港开通了全世界第一个IS-95A商用网络,高通持续的努力终于获得了回报!1995年,这距离高通公司创立已经有10年了,距离高通首次提出CDMA的理念也有8年了,漫长地等待,苦苦地抗争,才终于换回了CDMA的开花结果,个中滋味可谓如人饮水,冷暖自知。

    IS-95A主要是为了解决话音问题而设计的,在IS-95A系统中,所有小区可以采用相同的频率,即频率复用因子为1,频谱使用效率是GSM系统的3~5倍。随着IS-95A的商用,市场上对于较高速率数据业务的需求逐渐显现出来。基于这种需求,在IS-95A的基础上,又产生了一系列新的标准,主要就是IS-95B。IS-95B的核心思想就是在不改变IS-95A的基本架构基础上通过捆绑几个信道来提供数据业务,其支持的最高速率为115.2kbit/s。出于种种原因,IS-95B只是昙花一现,并没有在现网中大规模商用。它的下一个版本,是一时风头无两的CDMA 1X。

    2000年5月,国际电信联盟一无线标准部(ITU-R)最终通过了IMT-2000无线接口规范,其中就包括美国电信工业协会(TIA)提出的cdma2000。有好几种技术其统称都是cdma2000,比如说CDMA 1X、CDMA 1X EV-DO、CDMA 1X EV-DV、CDMA 1X其实是cdma2000发展的第一个阶段,通常也叫做2.5G网络,其全称应该叫cdma2000 1x。CDMA 1X的速率并没有达到IMT-2000的要求,其最高速率只有307.2kbit/s,这就催生了CDMA 1X的继续演进。

    CDMA 1X的后续演进有两个版本,其中一个版本称为cdma2000 1x EV-DO。所谓EV-DO其实包含了3个单词,Evolution(演进)、Data、Only。从字面意思就能看出,这是一个纯粹用于数据的版本,其核心思想就是通过与话音业务使用不同的独立载波来提供高速数据业务,其最初版本下行链路数据速率最高可达2.4Mbit/s,上行链路最高速率可达153.6kbit/s。在其后续版本中也演进到了下行3.1MHz,上行1.8MHz。这也是现网应用的最多的一个版本,比如中国电信就采用的此版本。

    EV-DO其想法是有道理的,话音和数据业务特点是有很大不同的,将其分开由不同的载波承载是更有效率,但这样一来就需要在原来的基础上再增加载波,对于许多小运营商而言,用户数和网络负荷都不大,为了支持数据业务就要再花笔钱增加一个载波,显得很不划算。于是,就有了另一个方案,叫做EV-DV。

    EV-DV的全称叫做cdma2000 1x EV-DV,DV即指Data&Voice,意思是系统可以同时支持高速分组数据业务和实时业务,在一个载波上传输实时、非实时和混合业务。其下行链路数据速率最高可达3.1Mbit/s,上行链路最高速率可达1.8Mbit/s。

    到这里,我们不妨来理一理CDMA的各个版本,并将其与GSM进行一下对比,有助于加深大家的印象,如图6.1和图6.2所示。

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图4

    图6.1 cdma2000演进策略

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图5

    图6.2 UMTS演进策略

    下面我们就来对cdma2000进行分版本的一一阐述,由于cdma2000各个版本之间都有着紧密的联系,而且都是为了解决某些问题而演化出来的,因此通过这条线往下捋我们会对CDMA有一个比较清晰的思路和一个比较全面的认识。

    6.2 IS-95横空出世

    我们首先来看看IS-95的网络结构,由于在本章中会反复拿GSM、GPRS、WCDMA的网络结构图来和CDMA进行对比,因此再用前几章那种有型有样的示意图出来就容易看得人眼花,不太容易辨别彼此的差别。因此,在本章中,涉及网络结构的地方,一律都采用框图,这样看起来会比较方便。

    6.2.1 与GSM同场PK

    IS-95面世后的第一个对手,就是来自欧洲的GSM。这并不奇怪,在美国还在TDMA和CDMA之间摇摆的时候,就有来自欧洲的ETSI游说美国采用欧洲标准GSM。如果这一策略得以实施,那么我们今天看到的移动通信或许已经是大一统的局面。但美国为了在这一战略领域发出自己的声音,还是选择了CDMA。

    1995年,美国运营商、朗讯、北电、摩托罗拉等企业开始全面支持CDMA,CDMA正式走出美国,在全球范围内和GSM大打出手。但由于动作还是比GSM慢了一步,CDMA到现在为止全球份额依然远不如GSM。

    GSM和CDMA虽然出自不同的大洲和不同的组织,但是由于通信最基本的原理是相通的,因此两种标准之间还是有诸多相似的地方,我们不妨来看一下,如图6.3所示。

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图6

    图6.3 CDMA?GSM?

    看到图6.3,可能大家要问,这到底是GSM网络还是CDMA网络?因为无论是设备名称还是接口名称,都跟GSM网络一模一样。没错,这就是IS-95的基本结构,包括设备功能的定义,也与GSM网络基本无二致。不过大家也看到了,CDMA创立之初跟GSM一样,并没有去考虑上网和数据业务需求,图6.3中是纯电路域的东西,并没有涉及分组域。等到GSM和CDMA分别考虑数据需求之后,它们就演进成了GPRS和CDMA 1X,这个时候差别开始凸显出来,我们稍后再述。

    既然网络结构一样,那么GSM和IS-95其主要差别在哪里呢?看到第6章了,我想读者应该很容易回答出这个问题,那就是图6.3中那个Um接口,也即空中接口。

    Is-95的工作频段为800MHz,具体到中国就是上行825~835MHz,下行870~880MHz。这比GSM 900MHz的频段要更低一些,所以其绕射性能更好,覆盖范围更广,是不折不扣的无线通信的“黄金频段”。

    IS-95其码片速率为1.228 8Mchip/s,一个载波的带宽为1.25MHz。这两个数据直到后面的CDMA 1X、EV-DO、EV-DV都没有发生变化,继承性做得非常好。GSM是没有码片速率这一说的,不过大家可以看看表6-1,对比一下WCDMA和TD-SCDMA的相关数据。

    IS-95也是采用的Walsh码作为扩频码,如图6.4所示。

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    图6.4 Walsh码

    这个Walsh码算是我们的老熟人了,之前的WCDMA和TD-SCDMA中都有它的身影。不过在IS-95里,它用的方式有所不同。在WCDMA和TD-SCDMA里面,都采用的是可变扩频因子,WCDMA下行可以在4~512之间变化,上行可以在4~256之间变化;TD-SCDMA下行可以在1和16两个扩频因子之间选择,上行可以在1、2、4、8、16之间选择。而IS-95的方式要简单得多,采用的就是SF=64的固定扩频因子,共有64个码,记作第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图8第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图9第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图10,…,第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图11。因此,可提供的码分物理信道也是64个,从第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图12第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图13

    如果把Walsh码资源比喻成一块大蛋糕,那么WCDMA和TD-SCDMA都是采取的比较灵活的切法,WCDMA可以把蛋糕切成4~512块,TD-SCDMA可以把蛋糕切成1~16块,然后根据大家的需求不同分配不同大小的蛋糕。而IS-95则不管三七二十一,冲上来就把蛋糕切成64块,然后再把蛋糕分给大家。看起来还是IS-95的切法最不科学,那么IS-95为什么会选择这种做法呢?

    那是因为IS-95创立之初只考虑了话音需求,还没有去考虑数据需求,大家也知道传送话音需要多大的流量基本是比较固定的,所以IS-95采用这样的码字分配方式也就不奇怪了。随着CDMA往后发展,开始考虑数据需求之后,扩频因子也改成了可变的。

    根据扩频因子的大小,以及调制方式的相关信息我们也不难算出一个物理信道的容量。假设扩频因子为64,下行调制方式为BPSK,那么信道容量1.228 8Mchip/64=19.2kbit/s,如果采用1/2卷积编码,那么真正的业务数据量就是9.6kbit/s,这就是CDMA IS-95中一路话音所采用的编码速率为9.6kbit/s的来历。在CDMA IS-95中,话音的速率可以由声码器来判断并加以改变,分为两个速率集,如表6-2所示。这种可变速率与GSM话音采用固定速率有很大不同。

    表6-2      支持话音速率

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图14

    6.2.2 为啥cdma2000也需要GPS

    我们知道,TD-SCDMA是需要GPS的,因为TD-SCDMA是一个时分双工系统,时分双工则意味着上下行频率相同。为了避免不同基站之间上下行时隙互相干扰,这些基站必须同步,必须有统一的时间,这个统一的时钟源就由GPS来提供。cdma2000可不是什么时分双工系统,可没有什么上下行时隙交叉干扰问题,它为啥也要凑这个热闹,也非要整个GPS挂在基站天线旁边呢?

    我们知道,扩频码其作用在于区分一个CDMA载频下的不同信道,不同的信道就好比一支足球队里不同的球员,需要通过球衣号码来进行区分,而扩频码就扮演了球衣号码的角色。

    然而光有球衣号码是不足以区分一个球员到底是谁的,譬如巴西队和法国队在踢一场比赛,场上就有两个10号(两个相同的扩频码),你如何分得清谁是谁?这不仅对我们球迷是一个挑战,对裁判也是一个挑战,所以球场上又有一个规定,同一场比赛的不同球队应该穿容易区分的不同颜色的球衣来参加比赛。于是,我们就很容易分辨了,穿黄色球衣的10号是巴西队的罗纳尔迪尼奥,穿蓝色球衣的10号是法国队的齐达内。

    既然两支不同的球队可以通过球衣的颜色来进行区分,那么两块不同的CDMA载频自然也有办法进行区分,那就是我们之前在WCDMA那一章中介绍过的,通过扰码来区分不同的小区。

    在WCDMA里面,通过Gold序列码来区分不同的小区;在CDMA IS-95里面,是通过m序列来区分不同的小区。CDMA IS-95中所有的基站都使用一队短码序列,区分基站是利用短码序列的不同时间偏置来完成的,这样一来简是简单了,新的麻烦又来了。这就好比球场上的足球队穿的衣服都是“绿、墨绿、浅绿、淡绿、翠绿”,对颜色的理解稍微有点偏差就不好辨别了。为了解决这个问题,国际足联给每个裁判都发了一张颜色比对卡,以这张颜色比对卡为基准,来对球衣的颜色作为判断。

    由于不同的小区是用m序列的不同偏置来进行区分,所以这个方案能够得以实施的前提条件是所有基站必须是同步的,如果不同步,那么很可能有些基站时间会出现稍稍的位移,从而使得偏置的位置变得相同,那么就会此路不通了。基站之间的同步,也需要下发一个时间标准,下发这个时间的标准叫做GPS。时间标准的作用就好比上文中所说的国际足联发的颜色对比卡。

    应当说这个GPS的使用并不是很方便,它需要每个基站增加一个GPS天线,如图6.5所示。大家知道,GPS一般在比较空旷的地方使用效果比较好,当天线放到室外的时候,这自然不是什么问题,GPS跟着走就是了。但是做室内覆盖的时候,天线是需要放到室内的。而GPS天线又要放到室外,这就给施工带来了很大的麻烦。

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    图6.5 GPS天线

    6.2.3 蛋糕怎么切——IS-95的信道问题

    我们刚才说了,IS-95中一共有64个信道,那么这64个信道是用来做什么的呢,我们不妨来说明一下。

    (1)W0——导频信道(Pilot Channel):几乎所有移动通信制式第一个信道都是用来做导频的。所谓导频,Pilot,顾名思义,就是引导手机锁定载频。就是基站吆喝嗓子让手机知道自己的存在,从而好让手机锁定自己小区载频的频道的。理由很简单,频道都没锁定,你难道还指望手机接下来收看你接下来的节目?这一嗓子吼什么为好呢,自然是越简单越好,越简单,别人判断起来才越不容易错。所以,在当前几个移动通信标准里,这个信道采用的都是全0序列。

    在GSM里面,完成这个工作的叫做FCCH信道;在WCDMA里面,叫做P-CPICH信道;在TD-SCDMA里面是用DwPTS这个特殊时隙来进行导频。

    (2)W32——同步信道(Synchronizing Channel):在无线通信里,定时总是一个非常重要的事情,手机和无线系统之间必须要有统一的时间,像“0011101010101”这样的比特流,要是错位了的话是没有办法解出的。因此,同步信道在所有移动通信标准里面都是需要的。

    在GSM里面,完成这个工作的叫做SCH信道;在WCDMA里面,完成这个工作的叫做P-SCH信道和S-SCH信道;在TD-SCDMA里面,同步和导频采用的是同一个信道,也是在DwPTS这个特殊时隙里完成的。

    (3)W1~W7——寻呼信道(Paging Channel):所谓寻呼,相信大家都已经很清楚它的作用了,就是一个寻人启事。基站子系统需要在某个区域广播这样的寻呼消息来找到某一个手机,手机收到寻呼消息之后自己接入网络,这样就完成了被叫过程。在当前的移动通信体系下,寻呼也是必不可少的。

    在GSM里面,完成这个工作的叫做PCH信道;在WCDMA和TD-SCDMA中,是通过S-CCPCH信道来完成这个工作的(S-CCPCH是物理信道,其对应的传输信道也是PCH)。

    但是IS-95这里有个比较独特的地方,就是它没有广播信道(BCH),它的什么系统参数消息、接入参数消息、邻区列表信息等等诸如此类的,通通都是通过寻呼信道来发送,这算是一个比较特殊的地方。

    (4)剩下的55个信道——业务信道:其实上面说的(1)、(2)、(3)都是为了(4)服务的,如果没有业务信道(承载话音和数据业务),那么其他的一切信道都没有存在的价值。

    到这里,我们就介绍完了CDMA IS-95的下行链路。在这里做一个简单的总结,如图6.6所示。

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图16

    图6.6 IS-95下行链路配置

    至于上行链路,信道配置比较简单,只有两种,一种是接入信道,另一种是业务信道。大家可以参考GSM和WCDMA里面的这两种信道,就不在这里多说了。

    IS-95A有一个很大的缺陷,就是不支持数据业务。为了弥补这个缺陷,1998年12月,出了一个IS-95B的新版本,其核心思想就是通过电路域来提供数据业务,最多可以捆绑8个信道。因为种种原因,IS-95B的商业应用很少,就不在这里详述了。真正开始广泛应用并支持数据业务的,要数CDMA 1X,它的地位与GSM中的GPRS相当,我们来看看CDMA 1X相对IS-95做了哪些改进。

    6.3 冤家路窄——CDMA 1X与GPRS

    我们在上一节里说了,IS-95也好,GSM也罢,考虑的都是话音的需求,没有去考虑数据业务的问题,因为那个时候互联网也刚刚兴起,谁能想到日后互联网业务是如此地蓬勃发展,数据流量更是如此地激增。

    但IS-95应用后不久,数据需求开始显现出来了,为了应对日益增长的数据需求,cdma2000应运而生,cdma2000的第一个阶段就叫做cdma2000 1x,其实除了这个cdma2000 1x之外还有一个cdma2000 3x。1x和3x的主要区别就是1x指的是一个载波,3x是把3个载波捆绑起来,通过更大的带宽来实现更高的速率。当前的主流版本都是1x,所以我们在这里也只介绍1x。

    在cdma2000 1x推出前后,GSM版的数据解决方案GPRS也正式商用了,真可谓不是冤家不聚头。

    6.3.1 花开两朵,各表一枝

    对于CDMA 1X和GPRS,相信中国的很多人都并不陌生。在很长一段时间里,这两者是中国联通和中国移动在数据业务上对撼的主力。

    cdma2000设计之初就考虑了向下兼容,这与GSM的后续演进版本WCDMA有着本质的区别。具体说来,就是你拿着一个IS-95的手机在一张纯cdma2000网络里,或者拿一个cdma2000的手机在一张古老的IS-95网络里,都是可以打电话的。而你拿一个GSM的手机在一张WCDMA的网络里,或者拿一个纯WCDMA手机,在一张GSM的网络里,都是打不了电话的。当然,现在基本没有纯的WCDMA手机,都是GSM/WCDMA双模的,所以WCDMA的手机无论在GSM网络还是WCDMA网络里都可以打电话。而GSM手机,则是无法在WCDMA网络里用的。

    cdma2000向下兼容又包括两方面,一方面指的是空中接口的设计上,它保持了许多IS-95的特征与信道,确保与IS-95的兼容,又新增了一部分信道,用来支持高速数据业务;另一方面指的是核心网,在核心网的电路域,保持了和IS-95的核心网ANSI-41完全一样的结构,为了支持分组数据业务,又新增了一个分组域核心网。我们来看看核心网和空中接口分别有哪些变化和继承。

    6.3.2 英雄所见略同——核心网的继承与变化

    GSM到GPRS的演进过程几乎和IS-95到1x的演进过程完全一样,GPRS在空中接口也保持了GSM的信道和特性,然后新增了部分信道用于支持数据业务。在核心网层面,GPRS也没有改动GSM的电路域核心网,而是新增了一个分组域核心网。我们通过图6.7与图6.8来对比一下GSM和CDMA在增加分组域时的变化。

    我们看到,为了支持分组业务,cdma2000 1x相对CDMA IS-95网络增加了3个网元,分别是:

    (1)PCF (Packet Control Function,分组控制功能):用来负责与分组数据业务有关的无线资源的控制。大多数厂家开发产品的时候,将它与BSC做在一起,因此通常把它理解为无线接入网的部分。

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图17

    图6.7 cdma2000系统结构

    (2)PDSN(Packet Data Serving Node,分组业务数据节点):PDSN一头连着无线接入网,另一头连接外部的IP数据网。其主要作用就是维护与移动台之间的无线数据连接,分配IP地址,并把数据包转发出去。

    (3)AAA服务器(Authentication、Authorization、Accounting,鉴权、授权、记账服务器)。三个A的英文全称很好地阐释了它的基本功能,它很有点电路域的HLR加AuC的味道,可以管理用户的权限和开通的业务等信息,提供用户身份的认证和授权服务以及计费等业务。

    以上三个网元就是cdma2000的基本配置,还有更复杂的包含HA和FA设备,不过现网应用比较少一点,中国电信也是采用的基本配置,所以在此不再加以详述。

    我们再来看看GPRS/EDGE的网络结构,如图6.8所示。

    通过图6.7和图6.8,我们可以看到,cdma2000 1x网络相对GPRS/EDGE网络有几个变化。

    (1)BSC之间有接口,这个在GPRS/EDGE网络里是没有的,因为CDMA制式的网络需要支持软切换,软切换就必然会出现一个手机连接了不同BSC下的基站的情况。因此BSC和BSC之间需要有接口。BSC和BSC之间有两个接口,分别叫A3/A7接口,其中A3接口传递业务,A7接口传递信令。

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图18

    图6.8 GPRS/EDGE网络结构

    (2)在CDMA网络电路域和分组域的鉴权是分开的,大家可以看到在GPRS/EDGE网络里SGSN都跟HLR/AuC有直接的链路相连接。而在CDMA网络里,PDSN与HLR没有直接相连的,所以在CDMA网络里又增加了一个新的鉴权设备,叫做AAA服务器。

    (3)接口对应关系。在GPRS/EDGE网络里,BSC和MSC之间的接口叫做A接口;在cdma2000网络里,分别叫做A1/A2/A5接口,其中A1传递的是控制信令部分,A2传递的是话音部分,A5传递的是64kbit/s的电路型数据。在GPRS/EDGE网络里,PCU与SGSN之间的接口叫做Gb接口;在cdma2000网络里,分别叫做A10/A11网络,其中A10负责传递业务,而A11负责传递信令。

    (4)设备对应关系。在无线接入网这一侧,在GPRS/EDGE网络里负责处理分组数据业务的叫做PCU,在cdma2000网络里叫做PCF,两者的功能没有什么不同,不过是叫法略有差别而已;cdma2000网络的PDSN功能相当于GPRS/EDGE网络的SGSN加上GGSN,无外乎建立数据连接和转发数据包而已;至于AAA服务器,我们在上文中已经说过了,相当于分组域的HLR加上AuC。

    我们看到,CDMA 1X网络和GPRS虽然有分组域核心网的网元和各种接口的叫法上的不同,但是其根本思想都是一致的,那就是不改动已有网络的电路域,通过增加分组域的方式提供数据业务,在空中接口上,都采取了向下兼容的方式,不修改已有物理信道,而是通过新增物理信道的方式来提供数据业务。

    6.3.3 更快更高更强——空口的蜕变

    在上面的内容中主要阐述了CDMA 1X相对IS-95在核心网侧的变化,在这一部分里面我们主要来谈谈空中接口的变化。

    (1)空中接口的第一个变化就是把“切蛋糕”的方式改变了,CDMA 1X不再像IS-95那样均匀地将码资源切成64块,而是顺应潮流,改成了可变扩频因子,从4~128不等。这样,数据速率高的用户就可以占用较小的扩频码,比如SF=16或者SF=8什么的;而数据速率较低用户就可以用数字较大的扩频码,比如SF=64或是SF=128。这样就使得无线资源的利用可以比IS-95更为灵活。

    (2)空中接口的第二个变化就是引进了新的调制方式,具体说来,也就是在下行引进了QPSK调制方式。由于下行链路原来的调制方式是BPSK,因此引入QPSK之后容量从理论上来说可以增加一倍。

    (3)空中接口的第三个变化是支持可变的帧长。在IS-95的时候仅仅支持20ms的帧长,到了1x之后可以支持5ms、20ms、40ms和80ms的帧长。5ms的帧长显然是应对交互类数据业务的,有的数据业务数据量并不大,但需要很短的反应时间,比如说魔兽争霸这样的网络游戏,PK都是在电光火石之间,网络响应是速度快一点还是慢一点对玩家的感知是完全不同的。

    (4)空中接口的第四个变化是增加了下行链路的无线配置(RC,Radio Configuration)。无线配置你可以理解为无线链路的相关参数,这些参数可不只是一个速率问题,它包含了编码方式和调制方式等因素。我们可以拿汽车来对比,汽车的参数肯定不止最高时速这么一条,它肯定还包括所占空间(两厢还是三厢)、驱动方式(两轮还是四轮),等等。在IS-95中我们已经提到了它有两种最高速率,分别为RS1——9.6kbit/s,RS214.4kbit/s。到了CDMA 1X,就不止这两种最高速率了,在列出最高速率的同时,我们不妨也列举一下与这个最高速率相关的编码方式和调制方式等,这些参数和最高速率一起构成了无线配置RC。在这里为了简单起见,我们只列举下行链路的情况,上行链路和下行链路的情况类似,请大家自行查阅相关资料,具体内容如表6-3所示。

    表6-3    CDMA 1X前向链路业务信道RC及其特性

    第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图19

    我们看到,在IS-95时只有RC1和RC2的配置,即只有9.6kbit/s和14.4kbit/s两种最高速率,到了CDMA 1X时,又多了RC3、RC4、RC5,大家请注意,要达到这个速率,变化的不止有调制方式,还有扩频因子。

    (5)空中接口增加了一大把信道,原先的IS-95的信道是很简单的,除了导频、同步、寻呼和业务信道以外,别的啥也没有。到了CDMA 1X时,就基本和WCDMA差不多了,公共控制、广播控制、快速寻呼信道都出来了。为了不使本书显得过于复杂,就不对这些信道一一详述了,有兴趣的读者可以参考相关书籍。

    到这里CDMA 1X的内容就基本告一段落了,我们看到,驱动IS-95向CDMA 1X演进的基本动力源于数据业务的蓬勃发展。为了支持数据业务,CDMA 1X在核心网侧新增了分组单元,在空中接口,采取了可变扩频因子、新增无线链路配置、可变帧长、新增调制方式、新增物理信道等多种方式来提升数据业务速率,增加数据业务灵活性和反应速度。

    CDMA 1X的最高速率可以达到307.2kbit/s,这个速率怎么得来的大家也不难算出来。采用的是RC4的配置,也即扩频因子为4,QPSK调制,1/2卷积码,由于码片速率为1.228 8Mchip/s,我们可以得出此种配置下的最高速率为:

    1228.8 kchip/s/4(扩频因子)×2(QPSK调制)×第6章Chapter 6cdma2000,高通最后的独行 - 图20(1/2信道编码)=307.2kbit/s

    这种速率相对GPRS的峰值速率171.2kbit/s已经有压倒性的优势了。但是随着GPRS升级到EDGE,其峰值速率又提高到473.6kbit/s,CDMA 1X再度和EDGE陷入苦战。不过无论是CDMA 1X也好,EDGE也罢,其理论峰值速率相对互联网而言还相去甚远,能够支持的数据业务也比较有限。更高速率的视频等业务对于这些制式而言还显得非常吃力,因为CDMA 1X并没有就此停下脚步,而是继续往EV-DO和EV-DV演进。

    6.4 迈向3G时代——EV-DO与EV-DV

    我们知道,分组数据和话音是两种性质不同的业务,两者对资源的需求也大大不同。首先分组数据一般是突发的,具有不连续的特点,比如你在上网,一个网页看完了或是没有兴趣再看了就会点击下一个网页,这时候数据流量会有一个突增,而在你看网页的这段时间里,数据流量是很小的;其次,数据业务对时延相对而言没那么敏感,一个网页快两秒或者慢两秒出来对用户的感知差别不是那样大;再次,数据业务的上下行流量一般也是不对称的,下行流量往往远高于上行流量,这个差别大家也很容易感觉出来,我们在网页上看的东西要远多于我们上传的东西;最后,数据业务的QoS也是各异的,比如打魔兽世界和看在线电影所希望的服务质量就是完全不同的,一个数据流量需求小,要求反应速度快,没有缓冲,一个数据流量需求大,有点缓冲无所谓。

    而话音则完全不一样,它首先是对时延和时延的抖动十分敏感,如果对方说话,我们好一阵才能听到,那感觉就非常别扭,这跟等网页打开时候的等待的心情完全不一样;其次,话音的上下行流量也是基本对称的,双方说的话经过话音编码之后差别不会特别多;最后,话音的QoS要求也是基本一致的,谁打电话都是希望无延迟,话音质量好,没有什么特别的差异化的需求。

    两者的要求差别这么大,如果将其放在同一个载波上提供服务,很明显两者会互相影响,协调起来难度较大。而如果将这两种业务分别放在不同的载波上,对两者采取不同的传输和控制方法,则可以大大简化系统设备的结构,简化资源控制方式,使两种业务分别得到很好的服务质量。

    在CDMA 1X时代,由于数据速率并不是很快,这个问题还不是很明显。现在按照IMT-2000的要求,希望大大提高数据速率,那么这个问题就比2G时代更为重要了。围绕这个问题,有两种观点,一种观点认为需要用独立载波来承载数据,于是诞生了EV-DO技术;另一种观点认为用一个载波纯粹来承载数据会造成资源上的浪费,并不经济划算,他们希望话音和高速数据可以承载在同一个载波上,从而诞生了EV-DV技术。

    6.4.1 机动车和自行车分道行驶——EV-DO

    我想曾经一定也有这样的问题在困扰着城市管理者,自行车速度慢,机动车速度快,它们两者之间有很大的差别,在同一条道路上不好控制,那么是不是需要对机动车和非机动车分别划分道路,从而达到城市道路的高效利用?事实上,后来很多城市进行了机动车道和非机动车道的划分,将时速20千米以下的单车、电动车等都纳入了非机动车道。

    这与EV-DO诞生之初的背景也颇有点相似。话音业务和高速数据业务其特点差别是很大的,针对这样的情况,人们提出了cdma2000 1x EV-DO技术。EV-DO系统通过采用独立载波提供高速数据业务,其早期的Rev.0版本下行链路数据速率最高可达2.4Mbit/s,反向链路数据速率最高可达153.6kbit/s。演进到Rev.A之后,其下行和上行速率分别可以到3.1Mbit/s和1.8Mbit/s。

    应当说cdma2000 1x EV-DO现网版本有好几个,一个叫做Rev.0,这是第一个版本,其下行速率为2.4Mbit/s,上行速率为153.6kbit/s,这个版本在现网用的已经很少了;第二个叫Rev.A,也即现在用的最多的A版本,中国电信也在用这个版本,其下行速率为3.1Mbit/s,上行速率为1.8Mbit/s;第三个版本叫做Rev.B,这个版本可以把3个载波捆绑起来使用,下行速率和上行速率可以提高3倍,可以实现下行9.3Mbit/s,上行5.4Mbit/s。中国电信出于对抗中国联通HSDPA的需要,计划于2011年下半年上Rev.B版本,提高上下行速率。

    CDMA 1X EV-DO为了提高数据下载速率,进行了一系列的变革,其上下行速率相对WCDMA R99版本都有了一定程度的优势。不过好景不长,这些优点都被WCDMA学习吸收,并导致了WCDMA的下一个版本HSDPA的诞生。EV-DO不得不重复CDMA 1X和GPRS缠斗的历史,再次陷入和HSDPA进行速率和吞吐能力提升比拼的“军备竞赛”之中。

    尽管在EV-DO系统里话音和数据分别采用的不同载波,但是有一个特点值得大家注意。那就是EV-DO的载波其射频特性和IS-95及CDMA 1X是完全一样的,包括码片速率、链路预算等,这样的话部署EV-DO就不需要重新进行网络规划,而是沿用原来的CDMA 1X的布局即可,这一点真可谓是匠心独具。

    针对高速分组数据业务的特性,cdma2000 1x EV-DO系统对cdma2000 1x系统做了重大改进。1x EV-DO在前向链路上采用了多项与CDMA 1X差别较大的技术。这些技术后来被WCDMA的后续演进版本HSDPA广泛学习,1x EV-DO下行链路的主要特点有以下几个。

    (1)采用时分多址方式。

    1x EV-DO系统将码分多址方式改成了时分多址方式。也就是说,在1xEV-DO系统中一个时刻只有一个用户在接收服务,不同用户在不同的时刻接受服务。这样,当用户没有数据传输的时刻,就不必给用户分配信道。这与HSDPA有着很大的不同,虽然HSDPA也采取了时分,但是HSDPA同一时刻还是可以有几个用户同时传输数据的,不像EV-DO在同一时刻只能接纳一个。

    在应对上网业务时,时分多址相对码分多址是有优势的,因为上网业务的特点就是突发、不连贯,可能有时数据量很大,有时候又没有什么数据量。这样的话,码分就不如时分能更充分利用资源。

    为了便利地进行资源调度,提高空中接口的数据吞吐率,HSDPA也采用了时分复用的方式。在1x EV-DO里,是1.667ms调度一次;而在HSDPA中,是2ms调度一次。不过在HSDPA这2ms中,又有15个码字可以分配给多个用户,这与EV-DO在某个时隙里独占所有资源有所不同。所以说HSDPA是时分多址加码分多址,而EV-DO仅仅是时分多址。但是,EV-DO依然采用了扩频和解扩这种CDMA的方式,这就保留了原来CDMA技术抗多径干扰的特性。

    (2)采用动态速率控制。

    最初设计CDMA 1X的时候,其相对IS-95的主要改进都集中在基站与移动台点对点的无线链路上,如无线配置RC方式的增加、调制方式的变更等。但是,一个完整的蜂窝移动通信系统包含多个基站和多个用户,是一个典型的多点对多点的无线通信系统。随着无线传输速率的增加,系统的性能越来越不单单取决于单个无线链路的性能。

    随着用户逐步远离基站(或者说随着用户无线环境的恶化),用户的信噪比下降,如果此时要保持该用户的下载速率的话,就必须要很好的信噪比,那必然会不断提升功率,从而消耗过多功率资源,也给网络带来很大的干扰。所以,比较合适的做法应该是,对无线环境较好的用户提供较快速率的数据业务,对无线环境较差的用户适当降低传输速率,从而使系统的平均性能达到最大。如果只考虑单个用户,那当它信道质量变差了就给它提升功率对它而言性能是最优的,因为提升功率可以保持和原来相同的信噪比。但是从整网的角度来看,还是少给它传输点数据对系统比较有利,为了一个信道质量比较差的用户消耗过多的功率资源不划算。

    这看起来有点像做生意,对于单个业务员来说,如果所负责的区域市场情况恶化(无线信道质量变差),那么自然是希望公司能够加大投入(提高功率),对于个人而言,这对保持他地区的业务收入(下载速率)有好处。但是对于公司而言,显然不如在市场情况好(无线信道质量好)的地方多投入(提供高的编码速率),在市场差的地方少投入(提供低的编码速率),这样对公司整体收入(系统吞吐率)而言有好处。

    由于在1x EV-DO里,每个时隙只有1个用户在接受业务,此时,基站的全部功率都给这个用户发送信息。所以,1x EV-DO里在下行链路中不需要再进行功率控制,取而代之的是速率控制。所谓速率控制,就是系统根据不同用户的无线环境情况快速调整编码方式,从而达到改变速率的目的。

    在HSDPA中,也采用了相似的做法。HSDPA在下行链路中也不再进行功率控制,而是根据无线环境采用自适应的调制和编码(AMC,Adaptive Modulation and Coding)。无线环境比较好的时候,就采取速率比较高的编码和高阶的调制(比如16QAM),可以传输更多的数据;而无线环境比较差的时候,就采取速率比较低的编码和低阶的调制(比如QPSK),传输更低的数据量可以保证出更少的差错。

    (3)采用灵活的调度算法。

    我们上面说了,由于每个时隙中只有一个用户在接受服务,显然,为了提高系统的整体性能,系统应该优先向无线环境比较好的用户提供服务,从而获得最大的吞吐量。但是这样一来,无线环境环境比较差的用户可能长时间得不到服务,对于一个付费用户,这显然是很不公平也是很难以接受的。

    为了解决这个问题,1x EV-DO系统里引入了“调度”的概念。所谓“调度”,在EV-DO里指的是下一个时隙应该把资源给“哪个”用户,而在HSDPA中指的是下一时隙应该把资源给“哪些”用户。为了兼顾效率和公平,采用了多种调度算法,其中一种叫做“正比公平算法”,这也是HSDPA中普遍应用的一种算法。这种算法有点像学校里老师对待学生的方式,也就是“激励先进,提携后进”,老师一般对成绩好的学生关注比较多,激励学生取得更好的分数;老师对成绩比较差的学生关注也比较多,如果他们离平均分数比较远,就要多加辅导,以期取得更好的成绩。

    在EV-DO中,如果某个用户的信道质量比较好,给它分配的传输速率也会比较高;如果某个用户的信道质量很差,长期得不到调度,远落后于平均水平,其优先级也会得到提高,会得到更多的调度机会,以满足“公平”的需要。

    大家在这里应该注意“自适应调制编码AMC”与“调度”的概念区别。调度的作用,是决定下一时隙的资源“由谁来使用”,用户有这么多,既要考虑效率的因素,自然是希望信道质量好的用户能被多分配几次,但是又要考虑公平的因素,不能让信道质量差的用户长期得不到照顾。“效率与公平”的兼顾,永远不是一件容易的事情。而自适应调制编码的作用,是给“已经被调度”的用户分配资源,如果信道质量好,就分配高阶的调制高速的编码;如果信道质量差,就分配低阶的调制低速的编码。

    (4)采用快速小区交换。

    我们知道,传统的CDMA网络中,如IS-95、CDMA 1X、WCDMA都是采用软切换的。所谓软切换,指的是一个手机同时与多个基站相连和交换数据,这样就不容易出现掉话,但软切换的好处是以占用更多空中接口的资源为代价的。

    到了EV-DO时代,显而易见是没有办法再进行软切换的。因为一个用户就需要占用某个时隙里的所有资源,如果进行软切换,那么和这个手机相连的其他基站的载波也需要把整个载波的资源都给这个用户,这显然是不可能的。由于HSDPA和EV-DO采用的是相似的机制,所以在EV-DO和HSDPA中,都没有采用软切换。

    如果手机用户需要从一个基站的覆盖区域转移到另一个基站的覆盖区域,那么他正在进行的上网业务该怎么办呢?

    在HSDPA中,会对上网业务进行硬切换,就像GPRS一样。而EV-DO会提前通知目标小区进行数据准备,从而没有因为切换导致的数据中断,也称为快速小区交换。

    (5)采用混合ARQ技术。

    由于数据速率很快,一旦出现什么错误,再由RNC来重发就显得有些来不及。所以在EV-DO和HSDPA中,一般都采用Node B来重传数据。这个也叫做快速重传,可以降低空中接口由于重传带来的时延。

    除了关键技术以外,我们不妨对1x EV-DO和HSDPA的一些关键性能也进行一下对比,好加深对它们的认识。

    首先是频谱效率,所谓频谱效率,指的是单位频谱能够支持的峰值下载速率,可以体现频谱资源利用效率的高低。EV-DO采用了1.25MHz带宽,其下载峰值速率为3.1Mbit/s,我们不难算出其频谱效率为3.1Mbit/s/1.25MHz=2.48bit/Hz。而HSDPA在5MHz带宽上的表现又如何呢,HSDPA其峰值速率为14.4Mbit/s,那么有14.4Mbit/s/1.25MHz=2.88bit/Hz。相比EV-DO要略微高出那么一点点,但并没有我们起初认为的那么大,很多人可能因为14.4Mbit/s和3.1Mbit/s相差太大就直观地认为两者频谱效率差距很大,其实造成这个速率差距的原因主要是EV-DO占用的带宽比较少。所以到了Rev.B版本之后,EV-DO把3个载波捆绑起来使用,这样其频谱带宽就可以达到1.25×3=3.75MHz,与WCDMA的5MHz差距小了不少,而其峰值速率可以达到3.1Mbit/s×3=9.3Mbit/s,这样看起来是不是和14.4Mbit/s差别就小了很多了呢?

    其次是承载方式,1xEV-DO业务必须使用独立的载频承载,不能与1x共享载频,这样资源控制比较简单,但容量低时,容易造成资源浪费。而HSPA业务既可以与R99业务共享同一载频,也可以使用独立的载频承载。共享载频时,新增加的物理信道需要占用额外的功率和码资源,会导致R99网络下行覆盖和容量下降,同时提升了上行干扰余量门限,增加了小区间和小区内的干扰,会导致R99网络上行覆盖和容量下降。从这一点上来看,HSDPA更像EV-DV。

    介绍完了EV-DO,我们不妨来看看EV-DV。虽然EV-DO是现网的主流应用,但是一种技术的出现必有其应用的背景,之所以会出现EV-DV,一定是因为它能给运营商带来一些特别的价值,我们可以看看价值都体现在哪些方面。

    6.4.2 机动车与非机动车混合行驶——EV-DV

    EV-DV有点像机动车和非机动车的混合行驶,不过不必担心。电信系统是一个周密的、统一的系统,不像路上的行车是独立的、难以统一控制的个体。所以话音和数据业务可以通过有效的方式来控制使其不产生冲突,即使话音和数据之间产生冲突从而影响了某一方面的性能,其后果也比马路上出了问题来的小得多。

    CDMA 1X EV-DO系统由于引入了很多新的技术而需要使用独立载波,尽管这样做对资源的控制相对简单,话音业务和高速分组数据业务之间没有影响,但这还是会给运营商带来不便。而且由于话音和数据业务使用不同的载波,数据用户无法利用话音用户处于静默期间空闲出来的系统资源(如发射功率);当分组数据量不是很高的时候,DO载波的利用就会不够充分,从而可能降低资源的整体使用率,使用率下降了,从经济效益的角度来看肯定不划算。

    面对这种情况,如何在一个提供话音业务的载波上同时提供传输高速分组数据业务的能力就成为了需要研究的问题,这就是1X EV-DV技术的由来。我们从字面上很容易看出来,DV即Data&Voice,意思是系统可同时支持高速分组数据业务和实时业务,在同一载波上传输实时、非实时和混合业务。

    3GPP2组织从2000年开始就收到了来自各个设备制造商关于EV-DV的提案,经过评估和融合,最终3GPP2在2002年5月通过了EV-DV规范,此规范是在IMT-2000的基础上,增加支持高速的下行分组数据信道的内容,版本定为Rev.C,其有关上行链路的规范也于2004年3月由3GPP2制定完成,版本定为Rev.D,这个过程看起来有点眼熟,是不是很像HSDPA和HSUPA诞生的先后顺序。

    CDMA 1X EV-DV系统中,下行链路最高速率可达3.1Mbit/s,上行链路最高速率可达1.8Mbit/s,这与EV-DO的速率相同。除此之外,EV-DV单载波支持的话音容量与1X相比也有所增加。

    前面讨论过,话音业务和数据业务是两种完全不同性质的业务。话音业务是低速率、低带宽要求,时延要求较高的业务。对于话音业务,CDMA系统采取保留功率控制的方法来分配资源。为了保证和CDMA 1X兼容,功率控制的方式必须得以保留。对于数据业务,EV-DV也采取速率控制和调度的方法来调配资源。实际上,EV-DV也就是把1X和EV-DO的方式混合在一起,其实某种程度上说EV-DV跟HSDPA很像。

    概括地说来,EV-DV没有改变1X的传统的信道,传统的话音和低速数据都是走它们已有的信道,它是通过新增可以时分共享的高速信道来支持高速数据用户,这些高速数据业务不再采用功率控制,而是采用速率控制,这与HSDPA极为相似。

    CDMA 1X EV-DV的这种工作方式与现有的1X系统的兼容性好,应用灵活,容易平滑过渡;同时又充分挖掘了无线资源的潜力,提高了数据传输速率。

    到这里,CDMA的部分就介绍完了。我们看到,CDMA在创始之初,也就是IS-95的时候,并没有考虑到数据业务的需求,由于话音对宽带的需求基本固定,所以采用了对码资源“均匀切蛋糕”进行分配的方式,信道也简单,就那么几条;到了CDMA 1X时代,为了支持数据业务,增加了分组域的核心网,同时增加了若干信道;CDMA 1X虽然能够支持数据业务,但其峰值速率太低,不能支持高速数据业务,为了提供高速率的数据业务,采用了EV-DO和EV-DV两种演进路线,两种路线其所采用的技术手段比较类似,都是通过自适应调制和编码、混合ARQ、对高速数据业务不采取功控等方式来实现的,区别在于EV-DO采用的是单独载波,而EV-DV话音和数据都在一个载波上实现。

    在2G到3G这一段过程中,高通一直在坚持自己的独立演进路线,从IS-95到CDMA 1X,从CDMA 1X到EV-DO、EV-DV。而在3G的后续长期演进中,高通放弃了自己的演进路径——UMB,而是转向了LTE,可见LTE已成为大势所趋,接下来我们就来了解了解LTE,看看它与3G都有哪些区别,相对3G都有哪些性能提升。