1xEV-DO与HSPA无线接入技术对比

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更新于2007-10-09 13:48:42

HSPA 1xEV-DO

前言

    随着通信技术的发展和新业务的不断涌现，在市场与技术的相互驱动下，移动通信领域的发展出现了一些新的特点。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，希望能使用更高数据速率的业务和更丰富的业务类型。用户需求的变化推动了移动宽带化的迅速发展。3GPP/3GPP2已经制定了1xEV-DO (Rev 0、A、B)、HSDPA/HSUPA（统称HSPA）等技术标准，在移动环境下实现宽带数据传输。

    HSDPA与1xEV-DO Rev 0的技术具有可比性，从设计目的来看，两种技术解决问题的手段相同，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。

    HSUPA与1xEV-DO Rev A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，分别是HSDPA与1xEV-DO Rev 0的演进版，二者具有可比性。

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

1、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1x EV-DO的概念。2000年10月，3GPP2颁布1xEV-DO Rev 0标准。CDMA2000 1xEV-DO由CDMA2000 1x演进而来，是第一个与有线宽带相比拟，提供高速分组数据业务的第三代(3G)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标准演进历程对比。

图1　HSPA与1xEV-DO标准演进历程对比

    在标准兼容性上，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。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。

    从图1可以看出，在时间上，1xEV-DO的标准走在了HSPA的前面。2000年10月，3GPP2颁布了1xEV-DO Rev 0标准，前反向峰值速率达到2.4 Mbit/s/153.6 kbit/s。2004 年3 月，3GPP2 发布了1xEV-DO Rev A 版本，前反向峰值速率达到3.1/1.8 Mbit/s。Rev.B第一个空口标准于2006年3月完成，前反向峰值速率达到73.5/27 Mbit/s。Rev.C预计2007年完成。

    3GPP将HSDPA的演进分三个阶段，第一阶段从2000年启动，2001年3月被3GPP批准作为UMTS R5的一部分，标准已于2003 年6月完成。通过引入HS-DSCH信道、AMC和HARQ技术，支持14.4 Mbit/s的峰值速率；第二阶段是R6版本定义的增强型HSUPA，通过采用MIMO技术将峰值速率理论上提高至30 Mbit/s；第三阶段将联合采用OFDM和64QAM，使峰值速率达到100 Mbit/s以上。

    从技术上来说，3G标准的演进具有趋同性，表1为lxEV-DO与HSPA的基本参数对比表。首先，CDMA是 所有3G标准的技术基础；其次，移动数据业务本身就很相似；再者，HSDPA的关键算法其实就是WCDMA向CDMA2000的一种“借鉴”。未来3G标准的演进在物理层方面会侧重向带宽更宽，频谱利用率更高的方向发展；高层则着重于提供更好的QoS，特别是提供多种实时性业务方向的演进。在新技术方面，两种标准体系采用的新技术会越来越相同。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。

表1　1xEV-DO与HSPA的基本参数对比表

2、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。

    DO Rev 0系统设计的目的在于提供非对称的高速分组业务，系统设计优化的重点在于前向链路，反向只是增加了一些信道和速率控制机制。DO Rev 0前向链路采用了时分复用、动态速率控制、自适应调制编码(AMC)、混合自动重传技术（HARQ）、多用户调度、虚拟软切换等关键技术。

    DO Rev A在Rev 0的基础上，前向链路新增了PDMA、无缝虚拟软切换、快速寻呼，反向新增了HARQ、自适应调制编码、快速接入、资源控制（T2P）、ROT、时延控制等技术。

    为了达到提高下行分组数据业务的速率和减少时延的目的，HSDPA借鉴DO Rev 0的理念，采用了许多与DO Rev 0相同的关键技术，在空中接口实现了更大的吞吐能力，对Node B的功能进行了增强。HSDPA采用的技术主要包括：下行时分加码分复用、由WCDMA的专用数据信道到HSDPA的共享数据信道、自适应调制编码、下行HARQ以及快速调度算法、更短的TTI长度（2 ms）等。

    HSUPA在HSDPA的基础上反向增加了HARQ、基于Node B的快速调度、10 ms/2 ms TTI短帧传输等技术。

    下面对各项关键技术进行对比分析。

    2.1  下行链路复用方式

    HSDPA和DO Rev 0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DO Rev 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和DO Rev 0都采用了共享信道结构，由于DO独立载波的特点，开销信道和业务信道都是时分形式，即其下行导频信道、控制和业务信道均是时分复用，每一个时刻只有一个用户数据包在传送。在DO Rev A中，引入了多用户数据包和小数据包，可以同时传送多个用户的小包，最多8个用户。

    HSDPA可与WCDMA共载波，使用WCDMA原有的开销信道，保留原有WCDMA的业务信道，新引入的HSDPA信道与这些信道码分,这种方式有助于话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。

    2.2  自适应调制编码

    HSDPA和1xEV-DO Rev 0均使用了自适应调制和编码技术，从而使数据传输与信道质量相匹配，获得高的传输速率和频谱利用率。通过引入高阶调制，提高系统的性能。HSDPA前向使用了QPSK和16QAM调制方式；1xEV-DO Rev 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。

    DO Rev 0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，使用户达到尽量高的数据速率。

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

    2.3  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。一方面降低了数据传输的时延，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DO Rev 0都采用了HARQ技术，但在具体实现机制上两者仍存在一定的差别。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NAK，重传的时隙由调度算法决定。通常所说的HSDPA速率是数据包的尺寸与一个传输时隙（2 ms）之比，不考虑重传可能造成的时间延长和速率降低。然而，在DO Rev 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DO Rev A上行也都采用了HARQ。Rev A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中止，提高了单用户的吞吐量。

    在HSUPA中定义了上行的物理层的数据包快速混合重传机制。类似于HSDPA，但也有差别。HSDPA采用了异步的HARQ，而HSUPA采用同步的HARQ。在HSUPA中，上行可以进行软切换，因此可以利用宏分集技术带来显著的性能增益，在宏分集合并中，只有当所有激活集中的Node B都不能正确解码时，UE才会进行重传；否则，只要有一个ACK，UE就不会执行重传，从而进一步降低了重传次数。

    2.4  快速多用户调度

    由于1xEV-DO前向链路是时分的，为提高时隙资源的利用率，DO系统将前向链路时隙在多用户之间分配，常用的多用户调度算法包括轮询、最大信干比和比例公平调度算法等。在考虑多用户调度准则时，要照顾到业务的QoS要求。

    HSPA系统中常用的算法与1x EV-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。HSPA将调度功能单位放在Node B，通过把分组调度功能从RNC移到Node B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2 ms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。

    1xEV-DO和HSPA系统根据无线环境作适配，进行快速用户调度，充分利用小区的功率和频谱资源：在DO中最小的调度时间间隔为1.67 ms，HSPA的调度时间间隔为2 ms，即1个10 ms WCDMA帧中有5个HSPA子帧，用户数据传输可以在更短的时长内分配给一条或多条物理信道，从而允许网络在时域、码域中重新调节其资源配置。在HSUPA中采用了TTI为2 ms的短帧结构与TTI为10 ms帧混合使用的机制。协议规定10 ms帧结构要求所有UE强制支持，2 ms帧结构为可选。更短的帧结构可以在给定的时间内，使物理层的重传次数得到增加，从而提高链路的效率和吞吐率。对应相同的物理层时延，更短的帧结构可以有效降低上层的传输时延。

    2.5  小区间的切换

    1xEV-DO Rev 0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。Rev A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、Rev A有前向PDMA、反向T2P、ROT等独特技术。表2给出了两种技术一些关键参数的比较结果。

表2　HSPA与1xEV-DO的关键技术对比表

3、1xEV-DO与HSPA网络性能对比

    3.1  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，但是由于HSDPA使用5M带宽，EV-DO使用1.25M带宽，HSDPA峰值速率大于单载波的EV-DO，而EV-DO采取多载波技术与其抗衡。

图2　HSDPA与1xEV-DO频谱频率对比

    3.2  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，由于引人了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。

    1x EV-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。

    3.3  业务能力

    HSUPA目前不支持VoIP业务，VoIP的相关规范在R7版本中定义，目前大概完成了50%。而DO Rev A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DO Rev A的业务能力比HSUPA强。

    另外lxEV-DO系统引入了CSNA、多RLP流支持等多种新型业务与应用。CSNA可以使lxEV-DO基站通过其空中接口传递来自1x网络的消息；多RLP流技术是指在终端与基站之间可以同时支持多个RLP流，每个RLP流的相关参数可以随上层业务QoS的不同而单独设置。另外，IS835-D还针对每种实时性业务提供了基于上层业务流的资源申请、资源预留机制，以保证所支持业务的QoS性能。

    3.4  QoS策略的不同

    就EV-DO Rev 0的QoS策略而言，它在分组核心网引入了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-DO Rev A对业务的QoS控制进行了增强，提出了完整的QoS架构：在空口引入了多IP流和多RLP流，定义了相应的QoS请求机制；在RAN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，实现用户内的QoS控制，即在同一个用户（终端）的不同应用之间实现QoS,解决不同QoS要求业务的并发问题。

    就HSPA的QoS策略而言，承载在E-DCH上用户业务的QoS由UE及服务Node B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Best Effort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。

    3.5  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，对于同时需要话音和数据的区域可与IS95/1x共同组网。1xEV-DO Rev 0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，可以做到1∶1叠加网络结构，可采用升级网或叠加网两种组网方式。在从CDMA2000 1x升级到1xEV-DO Rev 0时，可以在机架内直接插信道板，共用射频部分，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。它可以与1x共享频谱，大多数的1x网络都可以通过增加一些DO Rev 0的硬件，平滑地过渡到DO Rev 0，以保护运营商前期在1x的设备投资，并且大大降低了工程成本和建网周期。DO Rev 0可以平滑地升级到DO Rev A，升级方案见图3。BTS需要更换信道板并升级软件，BSC需要软件升级，也可以从1x直接升级到DO Rev A，但需要重新规划。

图3　1xEV-DO Rev O到Rev A的升级方案

    HSPA后向兼容WCDMA R99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。并且由于HSDPA的引入主要是对Node B的修改，对RNC则主要是修改协议软件，硬件影响很小。

4、1xEV-DO与 HSPA商用情况对比

    无线宽带数据业务最早的应用始于韩国和日本，在这两个国家商用后，市场反应热烈，用户发展迅速，取得了巨大成功。韩国1xEV-DO数据用户的ARPU是1x的4倍以上，而在日本，NTT DoCoMo的数据业务收入占到了27％以上，成为新的利润增长点。

    HSDPA和1xEV-DO Rev0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CDMA 1x和52个DO商用网络，另有41个1x和53个DO网络正处于部署中。目前，全球CDMA2000 1x的用户数已超过2.66亿， DO的用户数已接近4 000万。据了解，美国、新西兰和日本已有Rev A的商用网，中国联通也于2007年4月在澳门开通了DO Rev A的商用网络。

    从主设备情况看，大多数拥有1x设备的厂家都有Rev0和RevA的商用设备。

    从终端情况看，目前市场上超过86个设备厂家为CDMA提供了361种DO Rev0的终端，已有8款DO Rev A手机/数据卡终端。

    HSDPA从2005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。

    从主设备情况看，几乎所有支持WCDMA标准的大的设备制造商都已经推出自己HSDPA的商用版本设备，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，截至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。3.6 Mbit/s的终端，初步估计为12款，其中以手持终端为主。在2006年香港电信展中，高通发布和展示了其7.2 Mbit/s的终端。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2、3.6 Mbit/s。计划2007年实现支持HSUPA的手机终端。

    由此可见，CDMA2000在全球的发展也相对走在了WCDMA的前面，特别是随着CDMA1xEV-DO Rev 0遥遥领先于3G阵营，在全球范围的部署和商用，其网络性能已经得到了广泛的认证。1xEV-DO Rev A 更以其高速率、大容量和低延迟的全IP网络，实现了VoIP技术，使运营商可以充分利用现有的IP网络，成为3G无线技术的亮点。1xEV-DO Rev A对实时数据业务的可行性和高效性，更使之成为无线通信运营商关注的热点。由1xEV-DO Rev A承载的视频会议、PoC、BCMC, 将使终端用户享受无线网络高速便捷的愉悦，也将为运营商带来新的数据业务商机。

5、结束语

    本文主要从标准发展状况、采用的关键技术、网络性能和设备商用情况对比分析了HSPA和1xEV-DO。从标准发展和设备商用情况来看，1xEV-DO都走到了HSPA的前面。从关键技术来看，最初HSDPA是借鉴1x EV-DO，现在二者的发展越来越具有相似性，都将考虑使用MIMO、OFDM、64QAM调制技术、智能天线等新技术。从QoS和支持的业务来看，1x EV-DO优于HSPA，频谱效率二者相当。从承载方式和组网升级能力来看，各有特色。

参考文献

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    2、3GPP2 C.S0063-0 v2.0. CDMA 2000 High Rate Packet Data Supplemen-tal Services，March 2006
    3、3GPP2 C.S20024-0 v4.0. CDMA 2000 High Rate Packet Data Air Inter- face Specification，Oct. 2002
    4、Bhanu Srinivas Valluri. 1xEV-DO VS HSDPA
    5、刁兆坤. 多载波DO与HSDPA两大热点技术剖析. 电信工程技术与标准化，2006（1）

文章出处：中国联通网站