cdma 2000空中接口技術的演進
加入技術交流群
1、概述
2005年3月，3GPP2啟動了CDMA2000演進技術的研究與標準化工作，其空中接口技術的演進稱為AIE（AirInterfaceEvolution）。cdma2000空中接口技術演進的基本思路為：提高峰值數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)吞吐量能力；保護現(xiàn)有投資和保持后向兼容性；提升寬帶無線體驗。
為了滿足不同市場的需求，降低開發(fā)復雜度，3GPP2將AIE的工作分為兩個階段。
?。?）階段一實現(xiàn)多載波EV-DO（NxEV-DO），即EV-DORev.B。該階段在性能提高的前提下盡可能后向兼容，減少系統(tǒng)對基礎硬件的影響，在性能與市場化進程之間折衷。
?。?）階段二實現(xiàn)cdma2000增強數(shù)據(jù)分組空中接口（E-PDAI）。該階段可滿足市場長遠發(fā)展的需要，大幅度提升系統(tǒng)性能。
2、階段一
階段一立足于快速發(fā)展的市場化進程，保持后向兼容性，滿足近期市場的需求。它主要是基于現(xiàn)有的1xEV-DO，通過合并多個1xEV-DO載波來提供更高的分組數(shù)據(jù)速率。
2.1 具體需求
?。?）NxEV-DO系統(tǒng)不應修改多信道的1xEV-DORev.A基站或基礎硬件。
?。?）NxEV-DO的總傳送帶寬應為CDMA信道的整數(shù)倍。
?。?）NxEV-DO系統(tǒng)應完全后向兼容EV-DORev.A。低于1xEV-DO版本的接入終端應能接收來自NxEV-DO系統(tǒng)的服務；NxEV-DO終端應能接收低于EV-DO版本的系統(tǒng)在接入網絡提供的服務。
?。?）在NxEV-DO系統(tǒng)中，可單獨建立和釋放前向鏈路（FL）和反向鏈路（RL）CDMA信道，并且可按需動態(tài)改變FL和RLCDMA的信道集。
?。?）在NxEV-DO系統(tǒng)中，F(xiàn)LCDMA信道數(shù)可與指配的RLCDMA信道數(shù)不同。
?。?）在NxEV-DO系統(tǒng)中，可支持獨立指配RLCDMA信道的能力，不必遵循cdma2000FL／RLFDD成對的原則。
?。?）NxEV-DO技術標準應支持NxEV-DO接入網分配連續(xù)和不連續(xù)的N-CDMA信道，并應支持不同頻段類別間信道的合并。
?。?）NxEV-DO技術標準前向應支持至少NF×3.1Mbit/s的總峰值速率，反向應支持至少NR×1.8Mbit/s的總峰值速率。其中，NF為前向鏈路的載波數(shù)，NR為反向鏈路的載波數(shù)。
?。?）NxEV-DO技術標準應允許為單載波AT（如1xEV-DO）分配NxEV-DO接入終端使用的載波。
階段一的技術定位決定了多載波EV-DO基于1xEV-DORev.A物理層，主要是對媒質接入控制（MAC）層和高層進行修改，以支持多載波的調度、增加、刪除和不對稱前反向載波。
2.2 主要技術點
（1）為了支持更高的數(shù)據(jù)速率，可采用高階調制64QAM，并支持更大的數(shù)據(jù)分組。
?。?）對于ACK/DRC等控制信道來說，當前向、反向載波數(shù)對稱時，采用與EV-DORev.A相同的方式；當前向、反向載波數(shù)不對稱時，尤其是前向載波數(shù)大于反向載波數(shù)時，采用長碼掩碼（LongCodeMask，LCM）實現(xiàn)一個反向載波上多個ACK/DRC信道的復用。
?。?）將物理層分為對稱模式、基本不對稱模式和增強不對稱模式三種。對稱模式涵蓋單載波操作，是必須支持的，并且它對于所有反向鏈路載波都采用相同的LCM；在基本不對稱模式中，每個前向鏈路載波的前向開銷信道（DRC/ACK）采用惟一的LCM，也就是說每個前向鏈路載波采用一個LCM，則（NxFL，1xRL）要采用N個惟一的LCM；在增強不對稱模式中，每4個前向鏈路載波采用一個LCM，即采用CDM+TDM方式實現(xiàn)前向開銷信道。
?。?）采用DTX/DRX和快速循環(huán)以降低終端耗電。
?。?）采用混合頻率復用以提高小區(qū)邊緣用戶的性能。
目前，階段一即EV-DORev.B的空中接口標準已于2006年6月正式頒布。EV-DORev.B的芯片正在積極研發(fā)當中，預計一兩年內投入市場。
3、階段二
階段二立足于遠期的市場需求，采用新技術提高頻譜效率和數(shù)據(jù)速率。
3.1 具體需求
?。?）語音容量：每MHz每扇區(qū)支持100個并發(fā)VoIP會話。
?。?）數(shù)據(jù)吞吐量。在帶寬為20MHz的情況下討論。
?、儆脩舴逯禂?shù)據(jù)速率見表1。
?、谙到y(tǒng)平均吞吐量。當系統(tǒng)處于滿負荷狀態(tài)時，在室外高速車載環(huán)境下，前向速率為60 Mbit/s，反向速率為30 Mbit/s。
?。?）頻譜效率≥4 bit/s/Hz。
?。?）系統(tǒng)時延?？臻e狀態(tài)時延為10 ms，傳送時延為10 ms，切換時延為20 ms。
（5）與其他cdma2000技術的無縫互操作。
?。?）與其他無線接入技術的無縫切換。
3.2 工作流程
階段二的工作首先由TSG-C中負責物理層的工作組WG3啟動。2005年5月，WG3確定了階段二的工作流程。
?。?）首先由TSG-S確定最終的需求和技術文稿。
?。?）更新評估方法。該評估方法主要包含信道模型、空間調整、天線配置、業(yè)務模型、控制信道模型和干擾模型。
（3）各公司正式提交階段二的建議。
?。?）校準和決議。評估和選擇技術并形成標準。
WG3于2005年12月初步確定了階段二的工作計劃，如圖1所示。
3.3 確定解決方案
截至2006年3月，共提交了6個階段二的技術框架。其中，一部分廠商提交的解決方案包含緊耦合（SBC）和松耦合（LBC）兩部分；另一部分廠商提交的方案只包含LBC部分。SBC方案是在階段一即多載波的基礎上，采用類似于3GPP2增強多播廣播技術的方式，保持Pilot和MAC等控制信道不變，在Data時隙上采用OFDM技術傳輸數(shù)據(jù)，采用MIMO和干擾消除等提高性能，基本保持與階段一的后向兼容。LBC主要是基于OFDM技術，采用了資源調度、干擾消除及MIMO等技術提高性能，不與階段一后向兼容，只是保持與階段一時序或采樣頻率的一致性。
由于時間關系，TSG-C一直在對LBC和SBC的優(yōu)先級進行討論，希望將有限的精力集中于一種解決方案。CDG（CDMA Development Group）也多次組織運營商召開會議，主要從目前全球市場需求、運營商頻段及運營商長遠規(guī)劃的角度，對LBC和SBC的優(yōu)先級進行討論。參加會議的所有CDMA運營商都表示3GPP2一定要保證階段二中LBC部分按計劃完成。
在AIE新一輪技術征集（主要指LBC）中，OFDM以其技術優(yōu)勢毫無爭議地成為AIE的基本多址技術。引入OFDM技術使得系統(tǒng)可用資源變?yōu)闀r域和頻域二維資源池，甚至加上碼字資源成為三維資源池。如何靈活動態(tài)地進行資源調度，使其既可以充分利用時域和頻域特性提高頻譜效率又能滿足不同業(yè)務QoS，成為AIE技術研究的重點。目前，候選資源調度方式主要有集中式和分散式兩種，分別采用了頻域選擇性增益和頻率分集增益技術。OFDM自身可消除小區(qū)內干擾，但無法消除小區(qū)間干擾，如何消除小區(qū)間干擾及提高小區(qū)邊緣用戶成為AIE的關鍵技術點。目前主要的候選技術有頻率復用和軟切換。OFDM每個子載波信道可看作水平衰落信道，可以較容易地引入MIMO技術，根本性地提高系統(tǒng)容量。采用何種MIMO技術、如何插入導頻以提高信道估計的準確度也是目前AIE研究的重點。目前主要的MIMO候選技術有SDMA、SCW和MCW等。
針對LBC，經過多輪談判，在2006年6月3GPP2會議上，終于形成了10家公司融合的Framework文稿。融合后的LBC Framework文稿，以高通公司原有的UHDR-FDD為框架，上下行鏈路采用OFDM技術。
AIE融合方案的主要技術特點如下。
?。?）自適應編碼和調制，調制方式為QPSK、8PSK、16QAM和64QAM。
?。?）采用遞增冗余IR的同步HARQ。其特點如下。
?、俑痰腍ARQ重傳時延（前反向鏈路約為7 ms）；
?、谠诟哳l率下，重傳的HARQ可以采用更低階調制，以避免編碼比特重傳獲得1 dB的增益；
?、跦ARQ間隔尚未確定，候選值為5、6和8幀。
?。?）前向采用支持MIMO的OFDMA，達到20 MHz帶寬、260 Mbit/s的峰值速率。
?。?）前向鏈路有效的頻域分集DRCH（分散式資源信道）和頻域選擇性BH（塊資源信道）資源調度，以及靈活的DRCH和BH復用。
?。?）前向鏈路預編碼和SDMA。
?、俚退俜答伒腗ISO/MIMO閉環(huán)預編碼；
?、陬A編碼和空分多址聯(lián)合。
?。?）準正交反向鏈路傳輸。
?、倩贠FDMA的正交傳輸；
?、趯盈B代OFDMA（LS-OFDMA）的非正交傳輸。
?。?）預編碼的CDMA反向鏈路。
?、貱DMA信道與OFDMA信道頻率復用；
?、贑DMA用于反向控制信道；
③可選支持CDMA業(yè)務信道，用于傳送低速、突發(fā)的和時延敏感的業(yè)務。
?。?）通過功率控制獲得最優(yōu)的吞吐量和公平性的折衷。根據(jù)前綴信息，進行基于其他小區(qū)干擾情況的反向功率控制。
（9）利用軟頻率復用消除小區(qū)間干擾，提高小區(qū)覆蓋和邊緣小區(qū)性能，并在此基礎上利用動態(tài)軟頻率復用以提高帶寬利用率。
?。?0）最大限度地重用現(xiàn)有高層協(xié)議和分層結構。
?。?1）為了提高小區(qū)邊緣用戶性能，支持前向軟切換組。
?。?2）小區(qū)內采取單頻率規(guī)劃，以增強前向業(yè)務和信令，支持軟切換、快速尋呼信道。
4、兩種技術介紹
4.1 資源分配
根據(jù)不同的頻域分集和頻域選擇性，有兩種資源分配方式。
?。?）DRCH。用戶分配的Tone（符號）分散于整個帶寬，以獲得頻域分集增益，信道和干擾估計基于寬帶公共導頻。所有可用子載波（T個）被分為N個組，每組包含T/N個子載波。N對應于DRCH（16，0）中的16，0表示符號位置的偏置量。
?。?）BRCH或BH。是集中式資源分配方式，即為用戶分配頻域上連續(xù)的一段頻率，時域上分配一個幀的所有符號，以獲得頻域選擇性增益。用戶在不同幀上占用的塊可以不同（Hopping），不同扇區(qū)的Hopping方式也可以不同。信道和干擾估計基于專用導頻，根據(jù)不同的SIMO/MIMO方式，提供了三種導頻插入方式。
上面兩種資源分配方式也可以同時出現(xiàn)在每個物理幀中，有在BH上打孔形成DRCH或DRCH和NH在不同子帶上應用兩種模式。
4.2 功率控制方式
功率控制分為控制信道、CDMA業(yè)務信道和OFDM業(yè)務信道三部分。反向CDMA業(yè)務信道與cdma2000 1x EV-DO Rel.A業(yè)務信道的功率控制方式一致。以下重點描述控制信道和0FDM業(yè)務信道的功率控制方式。
基站采用反向導頻信道作為閉環(huán)功率基準，反向導頻信道采用CDMA方式周期性發(fā)送信息?；緦ьl信道的功率控制方式與傳統(tǒng)的閉環(huán)功率控制方式相同，即基站比較導頻信道的SINR與目標值，確定基站發(fā)送的功率控制比特信息，終端根據(jù)接收到的功率控制比特，增加或降低導頻信道的發(fā)送功率。其他反向控制信道以反向導頻信道的功率作為基準進行功率調制，調制的粒度與反向服務扇區(qū)的ROT和導頻質量指示相關。
終端反向業(yè)務信道功率的大小與該終端引起的扇區(qū)間和扇區(qū)內干擾相關。首先因為反向鏈路上不同終端占用不同的時頻資源，應該避免基站接收到的子載波間功率相差太大，因為若載波間功率相差太大將導致載波正交性下降，降低網絡容量。也就是說為了降低扇區(qū)內干擾，應該限制業(yè)務信道的變化范圍。
基于OFDMA的業(yè)務信道主要是本小區(qū)對鄰小區(qū)的干擾，但服務扇區(qū)并不了解此扇區(qū)業(yè)務信道引起的扇區(qū)間干擾。因此在融合方案中，當扇區(qū)的IoT（Interference over Thermal）高于門限值時，采用超幀前綴的扇區(qū)間干擾信道廣播負載指示，該負載指示可取0、1和2共三個值，用于控制干擾終端的功率（扇區(qū)間干擾信道覆蓋相鄰扇區(qū)）。
另外，終端將Delta值和目前可支持的最大子載波數(shù)發(fā)送給基站，基站可通過這些信息進行反向鏈路分配。Delta值較小的用戶，就有可能分配到較多的子載波，獲得更高的數(shù)據(jù)速率，即基站可利用這些信息在調度過程中更好地進行折衷。
5、結束語
雖然AIE階段二的技術框架已經確定，但其中還有大量的技術點處于Open狀態(tài)。在隨后的3GPP2會議中，各成員將會基于已確定的技術框架進一步提交技術文稿和仿真結果，3GPP2將依據(jù)仿真結果選擇最終的技術。
cdma相關文章:cdma原理
評論