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1、 网络技术读书报告 网络技术读书报告 CDMA 系统是一个自干扰系统,某个用户相对于其他用户来说就是干扰,每个小区也会对其他小区构成干扰,尤其是同频相邻小区,干扰越大,负载越高,小区覆盖范围越小,反之干扰越小,负载越低,小区覆盖半径越大。因此,处于动态变化过程中的小区,容量也是变化的,具有很大的不确定性,跟具体应用环境、客观条件以及系统提供的服务质量相关联,尤其是前向容量的分析是络指标的重要内容。本文从协议标准的角度来考察 cdma_x 及 EV-DO 的容量,分析容量跟哪些因素紧密相关。 cdma_x 容量 1.无线配置 无线配置是 cdma2000 与 IS-95 系统的重要区别。无线配置
2、(RC:radio configuration)是一系列通过物理层参数(如传输速率、调制方式及扩频因子等)标识的前向业务信道的集合。前向无线配置(RC:radio configuration)共有 9 种:19。反向无线配置(RC:radio configuration)共有 6 种:16。无论前向还是反向 RC1、RC2 都是分配给 IS-95。此外前向 RC6 至 RC9 分配给 cdma_x,RC3、RC4 及 RC5 分配给 cdma_x。反向 RC3、RC4 分配给 cdma_x,RC5、RC6 分配给cdma2000 3x。这里只重点介绍 cdma2000 1x。 (1)前向无线配
3、置 RC3 的主要特点是:最大速率 153.6kbit/s,QPSK 调制,卷积码的R=1/4,提供 8kbit/s 的语音源速率,只能采用 Walsh64; RC4 的主要特点是:最大速率 307.2kbit/s,QPSK 调制,卷积码的R=1/2,提供 8kbit/s 的语音源速率,可采用 Walsh128; RC5 的主要特点是:最大速率 230.4kbit/s,QPSK 调制,卷积码的R=1/4,提供 13kbit/s 的语音源速率,只能采用 Walsh64; RC513kbit/s 的语音源速率,占用无线资源大,因此目前没有采用。那么就只有 RC3、RC4 了。从上面的描述可以看出,
4、RC3 采用了Walsh64,抗干扰能力强(卷积码的 R=1/4,冗余度高) ,而 RC4 采用Walsh128,抗干扰能力相对弱(卷积码的 R=1/2,冗余度低) ,目前的联通现网采用的就是 RC3 的配置。 (2)反向无线配置 RC3 的主要特点是,最大速率 153.6kbit/s,OQPSK 调制(手机的功控能力差,OQPSK 是防止过零点的一种方法) ,卷积码的 R=1/4,提供8kbit/s 的语音源速率; RC4 的主要特点是:最大速率 230.4kbit/s,OQPSK 调制,卷积码的R=1/4,提供 13kbit/s 的语音源速率; RC413kbit/s 的语音源速率,占用无
5、线资源大,因此目前没有采用,只采用 RC3 了。 2.前向容量分析 Walsh 码的自相关为 1,互相关为 0,cdma_x 利用其良好的自相关 性,将 Walsh 码与下行信道紧密结合,用 Walsh 码区分信道。由于采用RC3 配置,即下行采用 Walsh64,即有 64 个下行信道,每个信道的传输速率是 9.6kbit/s。下行信道中,有系统必不可少的公共信道,如:一个导频信道,占用 walsh0;一个同步信道,占用 walsh32;一个寻呼信道,占用 walsh1。因此只剩下 61 个可提供业务的 walsh 码道。 从语音业务的角度看,理想状态的理论极限值是 61 个,即 64 个码
6、道扣除公共信道外的码道,但在实际的网络中,只能支持 35 个左右的语音业务,这是由于网络干扰程度决定的。据最新标准研究公布,如果cdma_x 采用干扰消除技术后,可将单小区的网络容量提升至 50 甚至更高。 从数据业务的角度分析,cdma_x 采用了补充信道-SCH。正是由于这一信道的引入,使得前反向的数据传输速率增加至 153.6kbit/s。在进行前向的数据传输时,用户获得的速率与使用的 Walsh 码息息相关。前向64 阶 Walsh 码的信道传输速率是 9.6kbit/s,因此获得 153.6kbit/s 的数据速率,需要使用 4 阶的 Walsh 码,但是导频信道、同步信道以及寻呼信
7、道必须存在,而且是固定的 walsh 码道。如上所述,因此理论上可分配给153.6kbit/s 的数据业务的 Walsh4 码字最多 2 个。当然从目前的情况看,语音业务还是能保证营业收入的主要来源,因此单载频中配置 2 个walsh4 码字给数据业务的可能性不大。 3.反向容量分析 Walsh 码除了区分信道外,另一个重要应用是抗干扰。从 walsh 码的产生原则分析,一个 walsh 码如果出错,出错的位数必须为 N/2(如果是 walsh64,则意味着错 32 位) ,才可能产生干扰,否则不会,因此Walsh码在下行区分信道,但在上行作为扩频码,进行扩频,同样采用的是Walsh64。 但
8、是上行的容量跟 Walsh 无关。其实,从无线通信的原理来看,上行的容量一般是受限于上行负载的水平,主要是要求系统工作在一个稳定的状态,一般表现为手机的发射功率过低或者基站的解码灵敏度过低。随着同时接入用户数的增加,干扰也愈大,基站的接收灵敏度在某一时刻便会达到临界状态,无法正确地解调手机的信号。因此整个上行容量(语音还是数据)跟实际的应用环境息息相关。 cdma_xEV-DO 系统分析 cdma_xEV-DO 有 Rev0,RevA 两个版本。Rev0 的设计初衷是为了提供非对称的高速分组数据业务。它的前向链路采用了 HARQ、多用户分集、自适应速率调整、虚拟软切换和自适应调制编码等多种关键
9、技术,获得了良好的前向平均吞吐量,峰值速率高到 2.4Mbit/s,但是,随着多媒体数据业务的发展,如时延敏感的对称性业务 VoIP、PTT、视频电话、无线游戏等 Rev0 暴露出不足:反向吞吐量不足以开展多种应用;反向速率相对于前向速率偏小,限制了对称性数据业务的应用。为解决上述问题,RevA 应运而生。除了将前向链路峰值速率提高到 3.072Mbit/s 之外,最大的改进是将反向链路的峰值速率提高到 1.8Mbit/s。同时,cdma_xEV-DORevA 在反向物理链路实现中引入高阶调制和 HARQ 技术,并通过反向MAC 的流体控制机制精确控制反向链路的 T2P,进而提升 ROT 控制
10、门限,大幅提高反向链路的传送速率和容量,同时进一步改善前向链路吞吐 量,以支持对称性宽带多媒体业务,适应分组数据业务发展对系统容量的要求。 1关键技术 cdma_xEV-DORevA 相对 Rev0 以及 cdma_x 来讲,采用一系列的新技术,来提高前反向数据速率主要如下。 下行时分复用:充分发挥共享的优势,下行选择在不同的时间上给不同用户传输数据。 增强的接入信道:RevA 将接入信道速率由原来的9.6kbit/s 提高到 19.2kbit/s 以及 38.4kbit/s,缩短用户接入时延,提升用户感受。 自适应调制和编码,系统根据无线环境,自动匹配调制方式及编码方式,灵活应对无线环境的变
11、化。最大限度地利用系统的功率资源,即全功率发射的方式,以自适应的调制编码技术代替传统的功率控制技术。 HARQ 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,即“提前终止”技术。 快速多用户调度:下行资源处于动态共享状态,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,实现无线资源的合理分配。 快速小区选择: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,有效保证时延敏感类的如 VoIP
12、 等业务。 2.前向容量分析 (1)数据传输格式 表 1 给出了 DORevA 采用的前向数据传输的参数列表,第一列为传输格式,如 (128,16,1024),128 代表传输数据的包大小,即 128bit,16 代表传输所需的 solt,1024 代表 preamble 的长度。第二列代表编码的速率,第三列是调制方式,第四列是最终的速率。由此可见,RevA 不同速率采用不同大小的物理层包,不同的调制方式,不同的传送 slot 数 。 2008 年 8 月 7 日 11:19 通信世界周刊 作 者:中国电信广州研究院 朱红梅 表 1DORevA 前向数据传输参数列表 举例如下:对于(128,1
13、6,1024)的格式,它的数据速率计算方法:128bit/ (16x1.667ms)=4.8kbit/s。最后两行是 RevA 新引入的特性,由此可见,RevA 的最大速率为 5120bit/(1x1.667ms)=3072kbit/s。 析 RevA 的容量,实际上,它的速率不可能达到 3072.0kbit/s,因为即使无线环境足够好,但是为了系统的可靠性以及正确解码,系统的控制信道是周期性出现的,RevA 标准规定控制信道的出现周期为 256slot(426.67ms) ,同时每个周期中必须有一个 SC(Synchronous Control Channel Capsule:同步胶囊) ,
14、这就意味着在多 slot 下,如 256slot、5120bit 的数据里一定包含控制信息,而不可能全部为数据信息,这样数据速率就会下降,但是下降的程度很大程度上是跟无线环境紧密相关。 (2)MAC-index 的使用,具体分配如表 2 所示。 RevA 下行不直接采用 walsh 来区分用户,而是引入了 MAC-index 的概念,MAC-index 共 128 个,每个都与确定的 Walsh 码相对应。 表 2MACCindex 分配一览表 在 128 个 MAC-index 中,从上表格可见,只有 114 个 MC-index 可用,当然如果 MAC-index5 不用做广播而用作业务,
15、可有 115 个。当然这些都是从理论的角度来分析,实际的系统不可能提供如此多的用户,否则网络质量恶化,用户感受下降。 3.反向容量分析 DoA 反向数据发送格式及等效数据速率如表 3 所示。第一列是数据包大小,第二列是数据包传输格式,B 代表 BPSK,Q 代表 QPSK,E 代表8PSK,后面的数字代表 walsh 的长度,而 Q4Q2 说明 I/Q 之路的传输。第3 大列是等效速率,由于反向采用 4-slotinterlacing 的方式,即前后两次数据传输要间隔 4 个 slot,所以有 4、8、12、16 的概念,当然时隙越长,速率越低,因此当 4-slot 中止时,它对应的最大速率为 1843.2kbit/s。 表 3DoA 反向数据发送格式及等效数据速率 当然这个也是理论分析,实际的应用也是跟无线环境紧密相关。