CBB_002_C3 EVDO Release 0无线基础技术 原理及关键技术,中兴通讯学院 CDMA-BSS 团队,提纲,EVDO Rel 0 概况 无线关键技术 物理层介绍,3G的由来,AMPS,TACS,NMT,其它,第一代 80年代,模拟,模,拟,技,术,GSM,CDMA,IS95,TDMA,IS-136,PDC,第二代 90年代,数字,需求驱动,数,字,技,术,语,音,业,务,第三代,IMT-2000,UMTS,WCDMA,CDMA,2000,需求驱动,宽,带,业,务,TD- SCDMA,EVDO Rel 0 概况,4,CDMA2000标准家族演进,CDMA2000 1x Rel 0,CDMA2000 1x Rel A,CDMA2000 1x Rel B,CDMA2000 1x Rel C,1999 2000 2002 2003 2004,2000,TIA/EIA-95-B,1995 1999,CDMA2000 1x Rel D,CDMA2000 HRPD Rev A,“1xEV-DV”,“1xEV-DO”,CDMA2000 HRPD Rev B,2004,2006,EVDO Rel 0 概况,EVDO频段规划,EVDO的标准支持从Band0到Band7的所有频段，包含800M/1900M/450M/2100M等。目前在800M、1900M、450M都有非常成熟的系统设备和多样化的终端，但是在3G的标准频段2.1G，目前的产业链还不是很完善。 联通C网800M一共有7个载波的宽带，根据联通DO技术体制，频率规划按照1x从频段高段往下走，DO从低段开始往上走的原则进行。,37,78,119,160,201,242,283,EVDO Rel 0 概况,CDMA2000 1xEV-DO技术基本特点,提高频谱效率和吞吐量,前向链路使用TDMA 反向链路使用 CDMA,自适应调制和编码方式,动态信道预测,混合型自动重复请求(ARQ),高效率调度程序,专门用于高速数据业务的载波 -1.25 MHz 带宽最大前向链路数据速率 2.4 Mbps与1x相比,前向链路平均数据吞吐量有3到4倍提高双模终端 可兼容1xRTT 语音和高速数据业务,EVDO Rel 0 概况,CDMA2000 1x 网络架构,RADIUS: Remote authentication Dial-In User Services,EVDO Rel 0 概况,EV-DO Release 0网络参考模型,AT：接入终端，与IS2000系统中的MS是同一个概念； AN：接入网络，包含BSC和BTS； AN-AAA：接入网络侧的AAA服务器；,EVDO Rel 0 概况,EV-DO 与1X的双模服务,典型的EV-DO网络一般都与1X结合在一起，通过引入1x/DO的双模终端，为客户提供完整的话音加高速数据解决方案。 双模终端的特性： 双模终端可在1X网络接收电路域业务和低速分组数据服务，也能在EV-DO网络接收高速分组数据服务； 双模终端在1x与DO网络之间切换时，终端与PDSN之间的PPP连接可以保持不断； 双模终端可以同时监听1x网络和DO网络的寻呼信道，并且即使双模终端正在1xEV-DO网络传送数据时，如果有来自1x网络的话音寻呼，双模终端可以根据指定的准则中断1xEV-DO网络的数据传输，转到1X网络去接收语音呼叫。,EVDO Rel 0 概况,EV-DO产业化进展,EV-DO Rel.0系统已经在全球大规模商用，据来自CDG的消息，截至2005年8月全球共有1870万DO用户。 亚洲：韩国、日本、印尼、菲律宾、越南、蒙古、巴基斯坦等 美洲：美国、加拿大、巴西等 欧洲：挪威等 非洲：主要是一些实验局 EV-DO Rel.0系统设备供应商 中兴、朗讯、北电、摩托、爱立信、三星、华为 美国Airvana为爱立信、北电等提供EV-DO的OEM产品 EV-DO Rel.0终端设备供应商 中兴、三星、Gtran、LG、NEC、摩托等,EVDO Rel 0 概况,提纲,EVDO Rel 0 概况 无线关键技术 物理层介绍,1xEV-DO关键技术提纲,前向时分复用 调度算法 前向虚拟切换 自适应编码与调制 Hybrid-ARQ 反向信道增强,无线关键技术,关键技术之一：前向信道时分复用,在EV-DO中，前向信道作为一个“宽通道”，供所有的用户时分共享。最小分配单位是时隙（slot），一个时隙有可能分配给某个用户传送数据或是分配给开销消息（称为active slot），也有可能处于空闲状态，不发送任何数据（称为idle slot）。,无线关键技术,前向信道时隙结构图,MAC 64 Chips,Pilot 96 Chips,MAC 64 Chips,MAC 64 Chips,Pilot 96 Chips,MAC 64 Chips,Data 400 Chips,Data 400 Chips,Data 400 Chips,Data 400 Chips,MAC 64 Chips,Pilot 96 Chips,MAC 64 Chips,MAC 64 Chips,Pilot 96 Chips,MAC 64 Chips, Slot 1024 Chips, Slot 1024 Chips,Active Slot,Idle Slot,1 time slot = 1.666msec = 2048 chips 信道以全部的扇区功率发射（没有数据时除外） 时隙中的Data部分由业务信道和控制信道共用。,无线关键技术,前向满功率发送,小区发射功率,小区发射功率,时间,时间,IS95/1x前向链路功率示意图,1xEV-DO前向链路功率示意图,Total traffic,无线关键技术,关键技术之二：调度算法,1. 调度算法的作用：由于前向业务信道时分复用，具体某一时刻向哪一个用户发送数据需要调度程序根据一定的调度策略来决定。 2. 调度算法的目标: 同一扇区下所有用户尽可能公平； 扇区总吞吐量尽可能最大；,无线关键技术,基站选取最大的用户，为之调度前向数据,比例公平调度算法：P-Fair Scheduler,基本原理每个AT被服务的机会与AT所要求的DRC成正比，与AT最近一段时间所接收的数据量成反比，这样达到一个相对的公平。 具体做法调度算法对每一个用户维持一个变量Tk，并且在每个时隙进行更新，用Tkn表示用户k在时隙n时的变量,调度决策,无线关键技术,多用户分集增益,根据P-Fair Scheduler算法，用户获得调度的机会与其申请的DRC成正比。由于无线信道环境的衰落特性，调度程序会倾向于在用户的无线环境好于其最近平均水平时服务该用户。随着用户数的增多，这种机会会逐渐增加。,无线关键技术,关键技术之三：前向虚拟切换,DO系统跟任何CDMA系统一样，支持软切换、更软切换（soft/softer handoff）。但是DO软切换跟1x话音有一个区别在于：对于话音系统，当一个手机处于软切换中时，反向有几条腿，前向就有几条腿；但是在DO系统中，当一个手机处于n方软切换时，反向跟话音一样有n条腿，而前向在任何时候只有一条腿。 这样就导致了DO系统中一种特殊的切换：前向虚拟软切换（virtual soft handoff），它的定义是：在DO系统中，任何一个时刻对同一个AT，最多只有一个扇区（Serving sector）在给该AT发送数据，即只有一条腿； AT根据前向信道的好坏决定谁是当前的服务扇区（serving sector）。AT选择服务扇区的过程就是虚拟软切换，有时也称快速扇区选择（Fast Cell Site Selection）。,无线关键技术,前向虚拟切换示意图,Server before t1,Server after t1,无线关键技术,服务扇区选择示意图,无线关键技术,虚拟切换实现机制,DO系统中实现虚拟软切换的机制是这样的：每个处于连接状态的AT通过DRC信道向AN反馈信息。DRC信道包含两方面的信息：DRC cover和DRC value，其中DRC Cover表示serving sector的选择，DRC Value表示前向速率的选择。AN解调出DRC信息后，自动将前向数据从AT选择的扇区发出。,无线关键技术,关键技术之四：自适应编码与调制,1xEV-DO系统能根据前向信道的变化情况自动调整前向信道的数据速率（从38.4 kbps到2.4576Mbps）、调制方式（QPSK、8-PSK、16QAM）、Turbo编码率（2/3、1/3、1/5）。信道环境好的时候使用较高的速率等级，信道环境差的时候使用较低的速率等级。 前向信道自适应调整机制，是通过AT不停地测量前向信道的状况，并将这些信息通过DRC信道以600Hz的更新速率反馈给网络，网络然后根据这些信息决定下一时隙的速率等级。,无线关键技术,速率控制 vs 功率控制,无线信道增益,1x RTT Power Control 速率固定，功率随着信道条件的变化而变化,1x EV-DO Rate Control 功率固定，速率随着信道条件的变化而变化,无线关键技术,前向业务信道速率等级,无线关键技术,前向业务信道与反向DRC信道时序图,(a) AT对应的前向信道; (b) AT在DRC信道的发射,1.66ms,Estimate data rate,Request data rate,TX at requested data rate,DRC,Pilot-DRC,DRC,(a),(b),DRC,Pilot Bursts,1.66ms,无线关键技术,前向速率随信道条件变化图,无线关键技术,关键技术之五：Hybrid ARQ,Hybrid ARQ基于以下基本原理：在前向信道发包时，一般一个包会占用多个时隙（比如一个153.6kbps的包就要占用4个时隙）。由于包在发送前，经过了很复杂的处理，包括Turbo编码、信道交织、重复，最后发送的符号里面包含了很多冗余的信息，终端有可能在收到部分的符号后即正确地解调出完整的数据包。那么在这种情况下，余下的时隙就可以不再发送，从而节省了前向信道的时隙资源。 整个过程的实现机制：AT根据前向信道的质量，估计下一时刻自己能正确接收的最大速率，并将该信息通过DRC信道通知AN；当调度到该AT时，AN按照AT指定的速率，向AT发送前向业务包； AT通过Ack信道向AN反馈接收的情况，没能正确解调当前包则发送Nak 比特，如果正确解调了当前包则发送Ack比特； AN如果接收到AT的Ack比特，则停止当前包的发送而开始下一个包。,无线关键技术,Multi-slot packet with normal termination,下图描述的是一个由4个时隙组成的153.6kbps的物理层数据包，使用完全部4个时隙的发送情形。,无线关键技术,Multi-slot packet with early termination,下图描述的是一个由4个时隙组成的153.6kbps的发送包仅使用3个时隙就完成了发送的情形。,无线关键技术,一个完整的前向业务包发送流程示意图,无线关键技术,Ack信道对系统性能影响,Ack信道机制相当于是对AT前向速率预测的一个调整，使系统性能有较大地提升。,无线关键技术,关键技术之六：反向信道增强,使用反向导频信道，网络可使用相干解调； 使用定长帧结构（16slots），低码率的Turbo编码（1/2和1/4）； 反向信道速率可从9.6kbps到153.6kbps变化，并专门使用一个信道（RRI）指示反向信道速率，避免网络侧的速率判决； 分布式的反向速率动态指派，AT根据要发送的数据量、最高速率限制、反向信道的忙闲（RAB）自己决定自己的发送速率。,