1x-EV-DV技術(shù)的特點(diǎn)
1x-EV的空中接口標(biāo)準(zhǔn)是對現(xiàn)有cdma2000 1x的一個(gè)擴(kuò)展,以支持至少2Mb/s的高速數(shù)據(jù)和1.25MHz寬信道的更高話音容量。1x的演進(jìn)計(jì)劃分為兩個(gè)階段。演進(jìn)的第一階段(1xEV-DO)要求在標(biāo)準(zhǔn)的1.25MHz的專用信道中,下行分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)達(dá)到2.4Mb/s的峰值速率。演進(jìn)的第二階段(1xEV-DV)要求在提供2.4Mb/s峰值速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時(shí),與電路交換型話音和數(shù)據(jù)用戶共享頻譜。
1xEV-DV系統(tǒng)要求在現(xiàn)有cdma2000 1x業(yè)務(wù)的同一RF載頻上提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
未來1xEV-DV系統(tǒng)在運(yùn)營方面應(yīng)滿足三項(xiàng)要求:
1)1xEV-DV規(guī)范應(yīng)包括并擴(kuò)展cdma2000 Release A和Release B標(biāo)準(zhǔn)中定義的現(xiàn)有cdma2000 1x所有的特點(diǎn)、功能及業(yè)務(wù)。
2)1xEV-DV規(guī)范提供從TIA/EIA/IS-95-A,TIA/EIA-95-B及cdma2000的平滑演進(jìn),把對終端和基站設(shè)備的影響減到最小,以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
3)1xEV-DV系統(tǒng)的開通將增加1xEV-DV 移動(dòng)臺的待機(jī)時(shí)間和通話時(shí)間。
1xEV-DV的基本要求
1)核心網(wǎng)
1xEV-DV規(guī)范應(yīng)與ANSI-41核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)兼容。根據(jù)MC MAP規(guī)范,1xEV-DV規(guī)范應(yīng)支持GSM MAP核心網(wǎng)并與之兼容。
2)系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)速率
支持1xEV-DV的系統(tǒng)應(yīng)該能夠支持下列系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)速率。
*對于使用相同扇區(qū)配置和語音編碼器的無線信道,同時(shí)發(fā)生的話音呼叫至少是cdma2000的兩倍。
*對于任何處于室外高速車載環(huán)境中的用戶,前向和反向數(shù)據(jù)傳送信道峰值速率至少達(dá)到1.25Mb/s,前向和反向信道要求必須同時(shí)滿足。滿負(fù)荷系統(tǒng)每扇區(qū)平均數(shù)據(jù)速率要求:前向和反向數(shù)據(jù)傳送信道至少達(dá)到600kb/s。前向和反向信道要求必須同時(shí)滿足。
*對于任何處于步行速率環(huán)境的用戶和處于室內(nèi)靜止環(huán)境的用戶,峰值數(shù)據(jù)速率要求為:前向和反向數(shù)據(jù)傳送信道至少達(dá)到2Mb/s。前向和反向信道必須同時(shí)滿足該要求。
另外,前向和反向信道的對稱和 非對稱模式均應(yīng)支持以上所列的所有要求。當(dāng)1xEV-DV工作在3x無線配置下,對于系統(tǒng)性能的要求(峰值和系統(tǒng)均值)應(yīng)按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展組規(guī)定的方式成比例放大。
3)一般要求
1xEV-DV規(guī)范還應(yīng)滿足下列要求:
* 對于給定的射頻環(huán)境和系統(tǒng)負(fù)荷,在滿足QoS要求的同時(shí),自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率和操作參數(shù),使得系統(tǒng)容量達(dá)到最大。
* 支持QoS要求不斷變化的業(yè)務(wù),包括在多條或一條信道上傳輸?shù)脑捯、視頻和數(shù)據(jù)。
* 在工作于1xEV-DV的扇區(qū)和工作于cdma2000標(biāo)準(zhǔn)族其它標(biāo)準(zhǔn)的扇區(qū)之間進(jìn)行切換。當(dāng)兩個(gè)扇區(qū)支持相等的數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)時(shí),需要滿足這一要求,盡管當(dāng)這兩個(gè)扇區(qū)提供不同的容量時(shí),QoS或數(shù)據(jù)速率會(huì)有所不同。
* 每個(gè)用戶有多個(gè)同時(shí)發(fā)生的分組數(shù)據(jù)進(jìn)程。
* 支持已有的話音和分組數(shù)據(jù)服務(wù)功能。
* 存在一種工作模式使得話音質(zhì)量達(dá)到或超過cdma2000系統(tǒng)。
* 使用現(xiàn)有的基站天線滿足以上所述的全部系統(tǒng)容量、信息數(shù)據(jù)速率和無線環(huán)境的要求。
* 支持現(xiàn)有的cdma2000語音編碼器。
1xEV-DV不應(yīng)排除對GSM全速語音編碼器的AMR編碼器的支持。
4)無線環(huán)境
當(dāng)基站位置、發(fā)送功率和基站天線相同,且移動(dòng)臺具有相同的天線增益時(shí),1xEV-DV規(guī)范應(yīng)能配置系統(tǒng),使系統(tǒng)覆蓋超過cdma2000標(biāo)準(zhǔn)族成員所能達(dá)到的覆蓋。
1xEV-DV系統(tǒng)頻帶范圍外的發(fā)射應(yīng)滿足與cdma2000 1x系統(tǒng)相同的要求。
支持1xEV-DV的系統(tǒng)應(yīng)能支持移動(dòng)臺和固定移動(dòng)臺。
5)兼容性
1xEV-DV規(guī)范應(yīng)支持其系統(tǒng)扇區(qū)向一個(gè)遵從cdma2000標(biāo)準(zhǔn)族之前版本的移動(dòng)臺提供服務(wù)。
IS-2000碼片速率和頻段規(guī)劃必須支持現(xiàn)有的幀長,但這并不排除增加新的幀長。
1xEV-DV規(guī)范應(yīng)許可使用遵從cdma2000標(biāo)準(zhǔn)族之前版本的基站的天線配置。
6)協(xié)作性
1xEV-DV規(guī)范應(yīng)該被一個(gè)基于演進(jìn)的4.0版協(xié)作性規(guī)范的開放無線接入網(wǎng)絡(luò)所支持。
以上是1xEV-DV規(guī)范的基本特點(diǎn)及要求。在此基礎(chǔ)上,各公司,如朗訊、高通、三星及我國的太平洋連宇紛紛提出了自己的解決方案。本文主要介紹朗訊等公司提出的聯(lián)合提案。
聯(lián)合提案
基本概念
朗訊等公司的聯(lián)合提案的基本概念是語音和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地分享以下資源:功率、非同步遞增冗余(IR)技術(shù)及可變的前置碼(Preamble)、發(fā)射功率(Tx)、碼空間等。
基于這一基本概念, 聯(lián)合提案又提出了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和概念:
1)在話音用戶和數(shù)據(jù)用戶之間快速地分配功率(800Hz)。
2)異步自適應(yīng)遞增性冗余技術(shù)(Asynchronous and Adaptive Incremental Redundancy,A2IR)以充分利用調(diào)度增益。
3)不同的前置碼以保證準(zhǔn)確地探測包的所屬用戶。其長度由當(dāng)前速率和用戶發(fā)出的天線指示(RAI)決定。
4)基于多輸入多輸出(Multi Input-Multi Output,MIMO)的新型天線技術(shù),其目的是提高數(shù)據(jù)高峰/平均吞吐量,避免高階調(diào)制。
5)動(dòng)態(tài)Walsh碼分配(Code Space)。在PC(功率控制)業(yè)務(wù)和RC(速率控制)業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)地分享片斷的碼空間,能夠最高效地使用整個(gè)碼空間。
物理鏈路和信道結(jié)構(gòu)
目前,1xEV-DV方案的主要目標(biāo)是增強(qiáng)原有cdma2000 1x系統(tǒng)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力。由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)固有的非對稱性,因此,對1xEV-DV方案的主要修改都集中于前向鏈路,反向鏈路上的個(gè)別修改也是為前向鏈路提供支持。
在前向信道中,保留了cdma2000標(biāo)準(zhǔn)所定義的以下信道:前向?qū)ьl信道、前向發(fā)送分集導(dǎo)頻信道、前向輔助導(dǎo)頻信道、前向輔助發(fā)送分集導(dǎo)頻信道、前向同步信道、前向?qū)ず粜诺馈⑶跋驈V播共用信道、前向快速尋呼信道、前向共用控制信道、前向公共分配信道、前向?qū)S每刂菩诺、前向基本信道和前向輔助信道。
聯(lián)合提案定義了兩個(gè)新信道:
*前向分組數(shù)據(jù)信道(FPDCH):由分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶按照時(shí)分的方式共用。幀長20ms,一幀中16個(gè)時(shí)隙,每個(gè)時(shí)隙1.25ms/1536碼片。
*前向分組數(shù)據(jù)MAC信道(MACH):碼分的廣播消息信道,輔助控制使用分組數(shù)據(jù)信道通信的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶。
在聯(lián)合提案中,保留了大部分IS-2000的反向信道, 并增加了一些新的信道以支持前向分組數(shù)據(jù)信道(FPDCH)。 移動(dòng)臺對這些信道的使用為:
(1)ACK信道(AKCH)用來報(bào)告前向信道FPDCH數(shù)據(jù)包的快速確認(rèn)信息ACK/NACK,每個(gè)時(shí)隙1比特,重復(fù)90次。
(2)反向速率指示信道(RICH)用來指示反向補(bǔ)充信道(RSCH)的數(shù)據(jù)速率,以便基站準(zhǔn)確解碼,每幀3比特。
(3)最佳扇區(qū)指示信道(BSICH)用來指示前向的最佳服務(wù)扇區(qū)。
(4)數(shù)據(jù)速率和天線指示信道(RAICH),RAICH向基站報(bào)告當(dāng)前FPDCH上適用的數(shù)據(jù)傳輸速率和天線配置。RICH、AKCH、RAICH和BSICH應(yīng)該用長度為16的正交的Walsh函數(shù)擴(kuò)展。幀長為20、40和80ms。每20ms的幀包括16個(gè)時(shí)隙, 每時(shí)隙長為1.25 ms,每時(shí)隙包括1536個(gè)碼片。
下行控制
對于語音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),應(yīng)當(dāng)進(jìn)行功率控制以達(dá)到最大的Erlands/MHz。對于高速分組數(shù)據(jù)等非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),應(yīng)當(dāng)進(jìn)行速率控制以獲得最大的kb/s/MHz。
在下行鏈路中,1xEV-DV要同時(shí)提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),因此聯(lián)合方案提出:將功率控制和速率控制結(jié)合起來;以800Hz的頻率估計(jì)話音用戶的功率需求,將其余的功率分配給非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)用戶;后向兼容3G的1x系統(tǒng)。
FPD具體控制過程包括以下步驟。
1)移動(dòng)用戶測量基站發(fā)送的公共導(dǎo)頻信道的信噪比。
2)電路型業(yè)務(wù)用戶根據(jù)測量結(jié)果,向基站發(fā)送功率控制信息。
3)基站根據(jù)所有電路型業(yè)務(wù)用戶發(fā)來的功控信息,估算出下一時(shí)隙中所有電路型業(yè)務(wù)用戶占用的總功率。
4)基站根據(jù)總發(fā)射功率和電路型業(yè)務(wù)所占功率計(jì)算出可分配給分組型業(yè)務(wù)的功率,并通過MACH把功率比例、Walsh碼空間信息等消息廣播通知所有分組型業(yè)務(wù)移動(dòng)臺。
5)分組型業(yè)務(wù)移動(dòng)臺根據(jù)測量得到的信噪比、基站分配的功率比例、移動(dòng)臺天線配置等信息,估算出在下一時(shí)隙內(nèi)能夠支持的數(shù)據(jù)傳輸速率。
6)分組型業(yè)務(wù)移動(dòng)臺通過反向控制信道向基站報(bào)告數(shù)據(jù)速率估算結(jié)果和天線配置信息。
7)在下一時(shí)隙,基站根據(jù)電路型業(yè)務(wù)用戶要求,分配指定的功率,完成數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí),分配剩余的功率給FPDCH,根據(jù)各個(gè)分組型業(yè)務(wù)用戶報(bào)告的數(shù)據(jù)速率估算結(jié)果和一定的調(diào)度算法,確定在當(dāng)前時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩粢约跋鄳?yīng)的編碼、調(diào)制方案,完成數(shù)據(jù)傳輸。
靈活的調(diào)度算法
1xEV-DV方案實(shí)際上可以看作是IS-95/cdma2000 1x和HDR系統(tǒng)的一個(gè)組合,其支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)方案主要是繼承了HDR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。
1xEV-DV在FPDCH信道上使用時(shí)分的方式,在每個(gè)可能的時(shí)隙上,從所有的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶中選擇一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳輸。在數(shù)據(jù)包傳輸結(jié)束后,再重新選擇。其根本目的是充分利用系統(tǒng)資源,實(shí)現(xiàn)多用戶分集,提高整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。
調(diào)度算法(Scheduling Algorithm),即基站根據(jù)移動(dòng)臺報(bào)告的信息和數(shù)據(jù)傳輸情況,選出進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩簦⒋_定與之對應(yīng)的編碼、調(diào)制方案。其設(shè)計(jì)思想的實(shí)質(zhì)是在整個(gè)系統(tǒng)的總吞吐量和各個(gè)用戶的公平性問題之間尋求平衡。如:若根據(jù)最大信噪比原則進(jìn)行調(diào)度,則可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)吞吐量的最大化;若根據(jù)輪詢算法,則可實(shí)現(xiàn)各用戶之間的完全公平。Qualcomm公司在HDR系統(tǒng)中提出了兼顧系統(tǒng)吞吐量和公平性的調(diào)度算法。
異步自適應(yīng)的遞增性冗余技術(shù)
為滿足高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo),出現(xiàn)了一些新的鏈路級技術(shù),如:鏈路自適應(yīng)(Link Adaptation, LA)和遞增性冗余(Incremental Redundancy, IR),其核心思想都是通過不斷調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸方案使之適應(yīng)時(shí)變的無線信道條件,以增大吞吐量。其不同之處在于,LA技術(shù)需要先行估計(jì)信道條件,然后根據(jù)估計(jì)結(jié)果,調(diào)整編碼/調(diào)制方案;而IR技術(shù)不進(jìn)行信道估計(jì),根據(jù)接收端解碼結(jié)果,調(diào)整發(fā)送端的信道編碼速率,如:在初次傳送時(shí),以高速率編碼,冗余度較小,若未能正確解碼,則降低編碼速率,增大冗余度,再次發(fā)送,接收端將兩次接收到的數(shù)據(jù)包合并解碼,增大糾錯(cuò)能力。現(xiàn)行IR的同步操作要求嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系。這樣在多用戶情況下充分利用調(diào)度增益受到了限制。
聯(lián)合方案提出的A2IR技術(shù)實(shí)質(zhì)上是把上述兩種技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合,并與1xEV-DV方案中的調(diào)度算法相結(jié)合。其處理過程為:
*信源產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)包(Encoder Packet, EP)。
* 系統(tǒng)根據(jù)移動(dòng)臺報(bào)告的信息,確定第一次傳輸?shù)木幋a/調(diào)制方案,產(chǎn)生傳輸子包(sub-packet),并發(fā)送。
* 接收端進(jìn)行解碼,若能夠正確解出,則發(fā)送ACK,否則發(fā)送NACK。
* 發(fā)送端若收到ACK,則根據(jù)移動(dòng)臺報(bào)告的信息和系統(tǒng)調(diào)度算法的統(tǒng)一控制,在合適的時(shí)隙發(fā)送下一個(gè)EP。
* 發(fā)送端若收到NACK,也要根據(jù)移動(dòng)臺報(bào)告的信息和系統(tǒng)的調(diào)度算法,在合適的時(shí)隙,重新選擇合適的編碼/調(diào)制方案,發(fā)送新的sub-packet。
* 接收端在收到新的sub-packet后,與之前收到的sub-packet合并解碼,重復(fù)第三段之后的過程。
A2IR技術(shù)利用IR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)結(jié)合了信道估計(jì)和調(diào)度算法。使用IR技術(shù)降低了對信道估計(jì)技術(shù)及其準(zhǔn)確性的依賴,可以在很大程度上克服由于信道估計(jì)不準(zhǔn)造成的效率下降(信道估計(jì)不準(zhǔn)可能會(huì)造成傳輸速率過高,從而引起重傳;或傳輸速率過低,造成浪費(fèi));另一方面,通過一定的信道估計(jì),可以在大量用戶中根據(jù)調(diào)度算法選出當(dāng)前適合傳輸?shù)挠脩簦瑢?shí)現(xiàn)多用戶分集的功能,避免了某個(gè)用戶在信道條件不好時(shí)大量重傳,造成系統(tǒng)效率下降,干擾增加;同時(shí),用preambles的信息,幫助用戶區(qū)分它們自己的包和其他用戶的包,避免了嚴(yán)格的時(shí)間限制。
聯(lián)合提案根據(jù)對A2IR的一系列仿真結(jié)果的報(bào)告認(rèn)為:
* A2IR方案提供了足夠的調(diào)度靈活性,可以充分地利用多用戶分集增益。
* 該方案性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了同步(尤其是在低數(shù)據(jù)速率到中數(shù)據(jù)速率情況下)和非適應(yīng)方案。這是因?yàn)樵摲桨傅恼{(diào)度靈活性和對變化的信道的適應(yīng)能力。
* 該方案能靈活地實(shí)現(xiàn)不同速率(不同調(diào)制方式,不同編碼方案)之間的聯(lián)合IR。
* 該方案允許同一個(gè)數(shù)據(jù)速率靈活地選擇不同的編碼長度。
* 該方案可在純速率控制模型(如鏈路自適應(yīng))上使用。因此對不同的連接或數(shù)據(jù)流(如不同的延遲和 FER目標(biāo)值)可以提供不同的QoS。
* 該方案允許透明的快速小區(qū)切換。當(dāng)仿真使用快速小區(qū)切換時(shí),會(huì)提高預(yù)期的系統(tǒng)容量。
* 該方案工作在最小的用戶識別開銷下(0.8-8%)。
1xEV-DV技術(shù)還在不斷地發(fā)展,3GPP2對1xEV-DV的工作主要分為研究評估方法階段和對技術(shù)方案的性能進(jìn)行評估階段。目前,第一個(gè)階段的工作已經(jīng)結(jié)束,各個(gè)公司和研究機(jī)構(gòu)正在積極對技術(shù)建議本身的內(nèi)容展開深入的研究。