无线接入网的功能及结构 — CDMA2000 EV-DO、1xRTT介绍

CDMA2000无线接入网的主要功能是无线信道的建立、维护和拆除，无线资源管理和移动性管理。CDMA2000 EV-DO的无线接入网由PCF和BS组成。

PCF是网络无线接入部分的逻辑功能实体，它管理PDSN和基站间的数据分组中继（3GPP2，2007b）。PCF是CDMA2000网络中必需的IP元素，它为PDSN向AT发送的分组数据提供中继功能，并可跟踪注册生命时间是否到期，保证会话的必要更新。另外，它还管理可用的无线资源，缓冲来自PSDN的数据直到有足够的无线资源可用为止。

BS可以进一步细分为BSC和BTS。BSC控制一个或多个BTS，BTS直接面向无线终端设备。

1.无线接口协议结构

CDMA2000标准族的结构如图3.9所示，可以看出，它与OSI参考模型的有着一定的对应关系。协议栈结构主要由物理层和数据链路层组成。在CDMA2000的术语中，上层服务是指OSI参考模型中第3层及其以上各层的服务。

图3.9 CDMA2000空中接口的协议结构（3GPP，2002b）

如图3.9所示，物理层为复用和QoS传输子层调用的一组逻辑信道提供编码和调制服务。物理层负责物理信道上的数据业务的编码和调制。编码和调制完成后，物理层产生一组直接在空中传输的物理信道。这组物理信道广义上可以分为两类，分别是DPHCH（Dedicated Physical Channel，专用物理信道）和CPHCH（Common Physical Channel，公共物理信道）。其中DPHCH是基站和一个移动台之间以专用、点到点方式传输信息的所有物理信道的集合。而CPHCH是基站和多个移动台之间以接入共享、点到多点方式传输信息的所有物理信道的集合。

链路层，又称为层2，可以细分为两个子层，即LAC（Link Access Control，链路接入控制）和MAC。LAC子层负责上层的对等实体之间的数据在空中接口上的传输。为满足上层实体的不同需求，LAC支持可扩展的可靠传输。为此，LAC采用了许多不同的协议以使每个上层实体的QoS要求与MAC子层的特征匹配。对于QoS要求比MAC直接提供的QoS更高的上层实体，LAC通过使用多种端到端的可靠ARQ协议来增强传输可靠性，端到端可靠ARQ协议使用序列编号、肯定与否定应答以及丢失包和受损包的重传等技术。这些协议以增加冗余为代价保证无差错传输。

MAC子层有一项控制功能，那就是管理物理层提供的资源，并协调多个LAC服务实体的资源利用。这项协调功能解决了一个移动台内部的不同应用之间，或多个竞争的移动台之间的LAC服务实体的资源竞争问题。MAC子层还负责传输LAC服务实体请求的QoS等级。这可以通过预留空中接口资源或者解决竞争的LAC服务实体的优先权问题来完成。

最后SRBP（Signaling Radio Burst Protocol，信令无线突发协议）提供了一种传输信令消息的机制。这个协议用于通用信令信道时是最优的，它提供尽力而为的传输。

RLP（Radio Link Protocol，无线链路协议）提供尽力而为的数据流服务。RLP提供透明操作模式和非透明操作模式。在非透明操作模式时，RLP用ARQ协议来重传没有被物理层成功传输的数据段。非透明模式的RLP会引入一些传输时延。在透明传输模式时，RLP并不重传丢失的数据段；然而RLP需要维持发送端和接收端之间的字节同步，并且将数据流的丢失部分通知给接收端。透明RLP不会引入任何传输时延，因此它适用于实现实时服务，例如基于RLP的语音服务。

2.CDMA2000 EV-DO Revision 0

EV-DO有几个修订版，最早的一个修订版是Revision 0。运营商为了提供多种不同的吞吐量和时延特性的应用，将Revision 0扩展为Revision A。Revision B发布于2006年，其特点是能够将多个载波捆绑在一起，从而得到更高的数据传输速率和更低的时延。Revision B是Revision A规范的多载波演进。它保留了EV-DO Revi-sion A的功能，同时提高了每个载波的数据传输速率。在本节中，我们简要介绍EV-DO Revision 0。EV-DO Revision 0标准的更多细节请参考Bhushan et al.（2006）。

正如在CDMAOne和CDMA20001xRTT系统中，EV-DO Revision 0每个载波分配1.25MHz带宽，并且使用1.2288Mchip/s的直接扩频序列。下行链路传输的基本时间单元是1.666ms的时隙，它包含导频信道、MAC信道以及可能包含业务信道或者控制信道的数据部分。CDMA20001xRTT的无线帧长度为20ms，与CDMA2000 1xRTT不同，EV-DO Revision 0的无线帧长度为26.66ms。图3.10表示的是下行链路时隙结构，它由导频信道、MAC信道以及包含业务信道或者控制信道的数据部分组成。(www.xing528.com)

图3.10 EV-DO的下行链路时隙结构

导频信道在每半个时隙全功率发射96个时间片，也就意味着信道采样速率是1200Hz。这些样值用于估计和预测AT端的接收SIR，从而帮助终端决定下行链路能够支持的最大数据传输速率。这是一种根据不同移动信道环境调整调制和编码方案的机制。

MAC信道由一个RA（Reverse Activity，反向信道活跃度指示）信道和一个RPC（Reverse Power Control，反向功控）信道组成。一个扇区的RA信道为每个能接受该扇区下行链路的终端提供1bit的反馈，这个1bit用来表明其上行负载是否超过了阈值。RPC信道则用于某扇区的向AT发送1bit的闭环功控要求（更新速率为600Hz）。“DRC”（Data Rate Control，数据速度控制）锁定信道插入在RPC信道中，用来指示AT到接入网的信道状态。下行链路信道的结构如图3.11所示。

图3.11 下行链路信道结构

EV-DO Revision 0的下行链路是时分复用的。接入网传输给AT的业务信道速率是由AT事先在上行链路发送的DRC消息决定的。为达到需要的物理层错误率，DRC不仅要指定数据传输速率，还要指定调制方式、编码速率、导频长度和最大时隙数目等。

EV-DO Revision 0在下行链路引入了H-ARQ（Hybrid ARQ，混合ARQ）。接入网发给AT的数据包在时域交错的时隙上传输。当SIR较高时，增加校验位的传输可以得到显著的编码增益。当SIR较低时，使用1/5速率Turbo编码的数据分组也可以得到良好的信道编码。

EV-DO Revision 0下行业务信道是共享媒质，它为活跃AT提供很高的峰值速率。共享信道的寻址通过查询MAC索引来实现，MAC索引的作用是识别从某扇区到特定AT的数据传输。导频内包含由分配给AT的MAC索引确定的双正交序列。为了在不同信道条件下达到最佳的系统性能，我们可以采用3种基本机制来控制下行链路业务信道的接入。

1）开环速率控制。所有AT都会发送一条DRC消息，DRC消息包含请求达到的数据传输速率和传输扇区指示。AT选择的传输区能够提供最佳的下行链路信道，并且能够接收到足够可靠的先验下行链路CSI（CSI Channel State Information，信道状态信息）。

2）自适应数据调度。自适应数据调度需要考虑公平性、队列长度以及由DRC消息传达的最新先验下行链路CSI。由于相关标准中并没有指定调度的细节，为了在下行链路利用多用户分集，我们可以采用非绝对公平的调度方式。

3）闭环速率控制。对快速反馈应答信道来说，当给AT进行传输时如果信道条件发生变化，变得接近用于产生DRC的信道估计时，分组数据传输速率会有效提高，并且超过DRC消息中的请求达到的数据传输速率。

EV-DO Revision 0的控制信道用于下行链路中控制信息和信令信息的传输。CDMA2000支持两类控制信道，一种是SC（Synchronous Control，同步控制），另一种是AC（Asynchronous Control，异步控制）。前者每256个时隙传输一次，而后者是有需要就传输，但不会与SC重叠。AC可能会用来向已经与接入网建立了活跃连接的AT或者正在尝试建立活跃连接的AT发送时延敏感的信令信息。举个例子，一旦接入网从AT处译出接入请求消息，AC就可能被用来向AT发送应答。另一方面，用SC来发送寻呼会引起较大时延，因为SC传输频率较低。此外，SC和AC分别以38.4kbit/s和76.8kbit/s的速率进行传输，传输中使用1024bit的载荷，以保证控制信道的高覆盖率。然而，这会导致很低的压缩率，并且在用SC向AT传输寻呼时不能有效利用下行链路资源。