CDMA 1x EV-DO与HSPA接入技术对比分析

中讯邮电咨询设计院冯建民

    随着通信技术的发展和新业务的不断涌现，传统的移动用户已不满足于简单的语音、短信和低速数据业务。用户需求的变化推动了移动宽带化的迅速发展。目前，3GPP/3GPP2已经制定了1xEV-DO(Rev0、A、B)、HSDPA/HSUPA（统称HSPA）等技术标准，凭借这些标准，用户可在移动环境下实现宽带数据传输。

    HSDPA与1xEV-DORev0的技术具有可比性。从设计目的来看，两者解决问题的技术手段相同，都是通过提供高速的下行(前向)链路数据来支持非对称业务的需求。高速的下行(前向)链路十分有利于诸如广播、组播、流媒体等非对称业务的开展与应用；在标准兼容性方面，两种技术都考虑了与现有标准版本的兼容，最大程度地保护了运营商的现有投资与利益，减少了由现有网络技术升级带来的开销与代价。

    同样，作为HSDPA与1xEV-DORev0的演进版，HSUPA与1xEV-DORev A也非常类似，都是为提高上行分组数据速率，进一步满足宽带数据业务需求而提出的技术标准。

    总之，HSPA与1xEV-DO在设计目的、传输业务、实现手段和采用的关键技术上都有很大的相似性，但也有差别。下面将从标准演进、关键技术、网络性能、商用情况方面对二者进行对比分析。

    一、1xEV-DO与HSPA标准概况及演进对比

    国际标准化组织3GPP/3GPP2分别负责UMTS和CDMA2000标准的制定。随着Internet数据网络的迅猛发展，为了在CDMA上支持高速率分组数据业务，高通公司提出了CDMA1xEV-DO的概念。2000年10月，3GPP2颁布了1xEV-DORev0标准。CDMA2000 1xEV-DO由CDMA2000 1x演进而来，是第一个可与有线宽带相比拟，提供高速分组数据业务的第三代移动通信标准。

    为了能够与1xEV-DO抗衡，WCDMA在R5规范中引入了HSDPA，在R6规范中引入了HSUPA。图1给出了HSPA与1xEV-DO标准的演进历程对比。

    标准兼容性上，HSDPA和WCDMA的R99及R4是完全后向兼容的，可以共享同一载波，也可以使用独立载波，但共享载波会对原网络造成一定影响。1xEV-DO与CDMA20001x网络完全后向兼容，它可以共享频谱，但必须占用独立载波，资源控制相对简单。

    从技术上来说，3G标准的演进具有趋同性，表1为lxEV-DO与HSPA的基本参数对比。未来3G标准的演进在物理层方面会侧重于向带宽更高、频谱利用率更高的方向发展；高层则着重于向提供更好的QoS，特别是提供多种实时性业务的方向演进。在新技术方面，两种标准体系采用的新技术将趋于相似。例如，未来的HSDPA/lxEV-DO标准都将考虑MIMO、OFDM、64QAM调制技术、智能天线等新技术。

    二、1xEV-DO与HSPA的关键技术对比

    1xEV-DO和HSPA技术分别是CDMA2000和WCDMA标准系列中专门提供高速分组数据业务的无线标准通信技术。与CDMA20001x和WCDMA相比，1xEV-DO和HSPA技术在数据吞吐量、射频参数、编码和数据调制、业务支持、组网等方面进行了重大的改进。

    1．下行链路复用方式

    HSDPA和DORev0下行都有时分复用的概念，在HSDPA系统中，下行链路不仅支持多路用户数据的时分复用，还支持码分复用的方式，通过不同的OVSF码复用多路用户信号，在同一时刻最大的服务用户数为15。而在DORev 0系统中，下行链路只支持多路用户数据的时分复用，即在下行链路的某一时刻只有一个用户的数据传送。

    HSDPA可与WCDMA共载波，新引入的HSDPA信道与WCDMA原有的信道码分复用，这种方式有助于语音和高速数据业务的混合使用和操作。这种情况下，HSDPA的用户可以共享HSDPA信道并进行时分分配，不同终端既可以在不同TTI，也可以在同一TTI内分享信道资源。在功率资源剩余的情况下，HSDPA业务信道也可码分复用，最多有4个HSDPA码分业务信道。

    2．自适应调制编码

    HSDPA和1xEV-DORev0均使用了自适应调制和编码技术，使数据传输与信道质量相匹配，从而获得更高的传输速率和频谱利用率。HSDPA前向使用了QPSK和16QAM调制方式；1xEV-DORev 0前向使用了QPSK、8PSK和16QAM调制方式；1xEV-DO Rev A在反向链路使用了QPSK和8PSK，增强了反向链路的峰值速率和系统容量。

    DORev0系统中，自适应调制编码的实现通过终端测量当前时隙前向导频的信噪比，预测下一时隙内前向链路所能支持的最大传送速率，并通过DRC信道上报给基站。基站根据调度算法选择被服务用户，按照该用户请求的数据速率选择调制编码。

    HSDPA系统中，自适应编码和调制是网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户获得尽可能高的数据速率。

    HSPA和1xEV-DO都采用了适合高速突发数据业务的Turbo编码技术。

    3．HARQ技术

    HSPA和1xEV-DO都采用了HARQ重传机制，综合了前向纠错码（FEC）和重传（ARQ）两种方式的特点，重传功能移至基站，一方面减小数据传输的时延，另一方面，它充分利用了已传送的信息，获得时间分集的增益。

    虽然HSDPA和DORev0都采用了HARQ技术，但在具体实现机制上两者仍存在一定的不同。在HSDPA的数据传输格式中，仅仅要求给出需要传送的数据包大小、调制及编码格式等，不定义重传次数，是否重传完全取决于基站所收到的确认消息是确认ACK还是否认NCK，重传的时隙由调度算法决定。我们通常所说的HSDPA速率是指数据包的尺寸与一个传输时隙（2ms）之比，不考虑重传可能造成的时间延长和速率降低。然而在DORev 0中，重传次数在传输格式中进行了明确的定义，每一个重传时隙的间隔也是固定的，所标称的速率是传输数据包大小与传输时隙数所用时间的比值。DO Rev 0支持“提前终止”技术，即根据速率确定分组重传的最大时隙数。在传送过程中，当发送端收到接收方的ACK应答后，立即停止重传，开始发送下一个新的数据分组。因此，1xEV-DO的实际速率往往高于标称速率。

    HSUPA和DORevA上行也都采用了HARQ。RevA的前、反向链路在传输时都采用“HARQ+提前终止”传输机制。但前反向传输机制有差别，前向是基于时隙交织，反向基于子帧。HARQ可以在信道条件多变的无线环境中提前结束帧的传送，由于大多数的包都会提前终止传送，提高了单用户的吞吐量。

    4．快速多用户调度

    HSPA系统中常用的算法与1xEV-DO相同。调度时主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的管理特性。HSPA将调度功能单位放在NodeB，通过把分组调度功能从RNC移到NodeB中的MAC层，HSPA系统能更好地适应信道的快速变化。快速分组调度机制能根据终端的CQI报告决定下一个2ms时间间隔应该调度给哪个用户，并向具有瞬间最好信道条件的用户发送数据，使得每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和系统吞吐量。HSDPA可以更加有效地实施QoS控制，网络可以更加智能地对不同优先级的应用与服务进行排序与资源调度。

    5．小区间的切换

    1xEV-DORev0下行采用了虚拟软切换，DRCCover信息指出终端认为的下行信道质量最好的扇区，基站通过解码该信息决定切换，RevA中引入了DSC信道，提前进行切换准备，取消了由于切换导致的数据传送中断，实现了无缝虚拟软切换。在HSDPA中，由于它的信令消息仍然采用码分专用信道的形式，所以，在该终端的主小区（PrimaryCell）改变后，对应的HSDPA无线链路发生硬切换。HSDPA与lxEV-DO的反向都是软切换。

    此外，lxEV-DO还有前向动态速率控制技术，RevA有前向PDMA、反向T2P、ROT等独特技术。表2给出了1xEV-DO与HSPA两种技术的一些关键参数的比较结果。

    三、1xEV-DO与HSPA网络性能对比

    1．频谱效率

    HSDPA与lxEV-DO频谱效率对比见图2。从频谱效率来看，两者大致相当，但由于HSDPA使用5MHz带宽，EV-DO使用1.25MHz带宽，HSDPA峰值速率大于单载波的EV-DO，对此，EV-DO采取多载波技术与其抗衡。

    2．承载方式

    HSPA业务既可以与R99/R4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，由于引入了HSUPA，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/R4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/R4网络上行覆盖和容量下降。

    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。

    3．业务能力

    HSUPA目前不支持VoIP业务，VoIP的相关规范正在R7版本中进行定义，目前大概完成了50%。而DORevA通过物理层、MAC层、高层的改进和QoS控制增强，可以支持低时延的实时性业务，如VoIP、VT等。因此，DORev A的业务能力比HSUPA强。

    4．QoS策略的不同

    就EV-DORev0的QoS策略而言，它在分组核心网中引入了IP流的概念，以支持多种IPQoS业务。在具体实现时，把每种业务看成由一个或多个IP流复合而成，对业务QoS的支持就变成对相应IP流QoS的支持。EV-DORev A对业务的QoS控制进行了增强，提出了完整的QoS架构：在空中接口引入了多IP流和多RLP流，定义了相应的QoS请求机制；在RAN中重点解决了多IP流、RLP流、A8和A10连接彼此间的映射关系；在PDSN中提出了业务流模板（TFT）、QoSProfile等概念，以解决每个IP流的IPQoS的资源申请，规定了基于IP流的资源申请流程；在AAA中存储每个用户的QoSProfile，以区分不同用户的QoS等级。Rev A不仅可以根据用户的QoSProfile对不同的用户实现不同的QoS要求，同时由于引入了多个RLP流的支持，使同一用户的具有不同QoS要求的应用可以映射到不同的RLP流，每个RLP流的参数可以单独设置。

    就HSPA的QoS策略而言，承载在E-DCH上的用户业务的QoS由UE及服务NodeB来决定。其在QoS保障上相对较差，没有太多可靠的QoS保障机制，当前主要还是采用BestEffort的方式，并不适用于对时延保障要求高的业务承载，如交互类业务。

    5．组网及升级能力

    1xEV-DO组网非常灵活，对于只需要数据业务的区域可以单独组网，对于同时需要语音和数据的区域可与IS95/1x共同组网。1xEV-DORev0网络完全后向兼容系统，与IS95/1x具有相同的RF特性，链路预算的覆盖半径基本一样，理论上可以完全共站。在组网时，可采用升级网或叠加网两种组网方式。

    在从CDMA20001x升级到1xEV-DORev0时，可以在机架内直接插信道板，共用射频部分。除此之外，还必须添加额外的网元，包括DO Rev 0的PDSN（分组数据服务节点）以及AAA（计费、鉴权和授权）服务器等。DO Rev 0可以平滑升级到DO Rev A，只是BTS需要更换信道板并升级软件，BSC需要软件升级。

    HSPA后向兼容WCDMAR99及R4，HSPA可单独组网，也可与R99共同组网，运营商可以根据网络建设发展的需要进行平滑升级，不会对现有的WCDMA用户造成影响。并且HSDPA的引入主要是对NodeB的修改，对RNC则主要是修改协议软件，对硬件影响很小。

    四、1xEV-DO与HSPA商用情况对比

    HSDPA和1xEV-DORev0是现在已经商用的两种3G无线宽带技术。1xEV-DO技术在2002年韩国世界杯时就已投入了使用，目前全球共有179个运营商部署了173个CDMA1x和52个1xEV-DO商用网络，41个1x和53个1xEV-DO网络处于部署中。目前，全球CDMA20001x的用户数已超过2.66亿，1xEV-DO的用户数已接近4000万。

    从主设备厂商的情况看，大多数拥有1x设备的厂家如朗讯、北电、摩托罗拉、中兴、华为都有Rev0和RevA的商用设备。

    从终端情况看，目前市场上有超过86个设备厂家为CDMA提供了361种DORev0的终端，已有8款DORevA手机/数据卡终端。

    HSDPA从2005年年底开始商用以来，截至2006年10月，有123个HSDPA网络计划在56个国家和地区开展商用，其中已有70个HSDPA商用网络在39个国家开始商用。HSUPA的设备预计在2007年会有商用产品。

    从主设备情况看，几乎所有的支持WCDMA标准的大的设备制造商都已经推出了自己的HSDPA商用版本设备，多家设备已经工作在目前的商用或者试验网上。受市场情况影响，HSUPA设备的研发进程相对滞后，设备商对于HSUPA的研究开发多处于实验室阶段。但从几大主流设备商的演示情况看，HSUPA的开发已取得初步成果，预计在2007～2008年能够提供商用。

    从终端情况看：截止到2006年10月，全球已经推出66款支持HSDPA的终端，其中22款为手持机，44款PC卡及路由器。高通已在2006年上半年推出首款支持HSUPA终端的芯片MSM7200，该芯片后向兼容UMTS、HSDPA、GSM/GPRS/EDGE，上下行峰值速率分别为2Mbit/s和3.6Mbit/s。高通计划于2007年推出支持HSUPA的手机终端。