EV-DO技术演进发展分析

EV-DO技术演进发展分析

　1 引言

　　根据CDG最新发布数据，目前全球的CDMA用户数已达4.9亿， 全球已有Veriozon、Sprint、KDDI、中国电信、LG Telecom、Telus Mobility、Skytel等运营商部署了70个HRPD Rev.A 商用网络，38个网络在部署当中，HRPD 用户数达1.2亿。随着多媒体数据业务的发展，各种新的业务形式不断涌现，用户对系统带宽的要求也不断提高，为了追求更高的业务峰值速率，以及与HSPA的抗衡，部分CDMA运营商(如KDDI、中国电信)已经制定了向HRPD Rev.B 的升级计划，而部分运营商打算直接从HRPD Rev.A转向LTE。

　　2 HRPD技术演进

　　2.1 标准演进路线

　　HRPD属于3GPP2标准阵营的技术，其标准演进路线如图1所示：

图1. HRPD标准演进路线

　　在路线图中，HRPD从版本0沿着Rev A、Rev B、Rev C的路线演进发展：

　　Rev 0支持的前、反向峰值速率分别为2.4Mbps和153.6kbps。该版本的提出是为了提供高速数据业务，主要是针对Best Effort业务，特别是为不对称的高速下载业务开发的。

　　Rev A支持的前、反向峰值速率分别为3.1Mbps 和1.8Mbps，该版本增强了QoS控制机制，减小了时延(低传输时延、低切换时延)，支持VoIP，可视电话(VT)、PTC等实时性、低时延业务。

　　Rev B标准于06年3月发布，该版本采用了多载波技术，前、反向峰值速率可达到73.5Mbps 和27Mbps(捆绑15个载波)。EV-DO Rev B的特点是多载波捆绑，在前向引入更高阶的调制方式(64QAM)和更大的包长(6144bits、7168bits、8192bits)，单载波前向峰值速率可以达到4.9Mbps，单载波反向峰值速率不变，仍为1.8Mbps。RevB技术的采用可以提高用户的业务速率(载波数×单载波峰值速率)，有利于用户使用体验的提高。EV-DO REV A向RevB演进的方式有两种：

　　1) 基于CSM6800的演进

　　原来的Rev.A系统不需硬件升级，只需对BTS和BSC进行软件升级。这种升级方式不支持64QAM高阶调制和DTX/DRX，单载波的前向峰值速率与DO RevA 相同，为3.072Mbps。

　　2) 基于CSM6850的演进

　　原来的RevA系统需要更换BTS信道板为CSM6850芯片信道板，并对BTS和BSC进行软件升级。这种升级方式支持64QAM高阶调制和更大的包长(6144bits、7168bits、8192bits)、单载波的前向峰值速率为4.9Mbps，芯片支持DTX/TRX，允许终端在没有数据发送时关掉PA、Tx/Rx链路，可延长电池使用寿命。

　　Rev C标准， 3GPP2标准组织于09年3月开始相关标准的制定工作，采用OFDM、MIMO、Closed-Loop MTD等技术，支持的下行峰值速率为18.74Mbps/1.25MHz，反向峰值速率为4.3Mbps/1.25MHz，计划于2010年2月发布。

　　UMB标准，3GPP2曾经进行了相关标准的制定，并于2007年第二季度正式发布了UMB的空口标准C.S0084 -0 v1.0， 由于另一个与UMB 对等的3GPP标准LTE获得了多数运营商的支持，在向UMB还是向LTE演进的问题上，各主要的CDMA运营商都倾向于向LTE演进。去年底3GPP2标准组织正式放弃了UMB标准。

　　在另一标准阵营—3GPP中，与HRPD对等的标准技术沿着HSDPA(R5)、HSUPA(R6)、HSPA+(R7、R8、R9)的路线演进，其中第二阶段的HSPA+标准(R8标准)已经分布，第三阶段的标准在制定中(R9标准)。 HRPD和HSPA主要的技术指标比对如下：

表1. HRPD 与HSPA主要指标对比分析

　　2.2 HRPD网络演进发展

　　虽然HRPD标准的发展是从Rel0开始，经历Rev A、RevB、RevC向前演进发展，但是由于HRPD Rev.A是HRPD Rel0的增强，2006年之后才开始部署HRPD网络的运营商都会跨过HRPD Rel.0 直接部署HRPD Rev.A网络，HRPD Rev.B 主要是在HRPD Rev.A的基础上采用多载波捆绑技术进一步提升峰值速率，在是否升级到Rev.B网络的抉择上，各运营商会有不同的选择，部分运营商不考虑向HRPD Rev.B的升级，计划直接从HRPD Rev.A网络转向LTE，各主要的CDMA运营商目前均未考虑向HRPD Rev.C演进。因此，HRPD网络的演进发展将如图2所示：

图2. HRPD网络演进路线

　在HRPD向LTE演进的过程中，1xRTT/ HRPD网络和LTE网络将会共存一定的时期，由于LTE对语音业务的支持还需要一段较长的时间，而且早期LTE也只是在热点地区部署，预计1xRTT/ HRPD网络与LTE的共存期将会比较长。因此，HRPD-LTE之间的互操作将是CDMA网络运营商在向LTE演进过程中需重点考虑的问题。

　　3 HRPD-LTE互操作

　　3.1 标准情况

　　3GPP标准组织在制定LTE 标准时考虑了与其他非3GPP系统(包括CDMA系统)的互连，要求EPS(LTE无线网E-UTRAN +核心网 EPC 统称为EPS)支持多种不同接入系统，对用户提供多接入网络环境。3GPP制定的互操作标准主要包括TS22.278、TS23.402、TS23.216、TS23.276、TS23.272、 TS23.203、TS29.213、TS29.214、TS29.273、TS29.275、TS29.276、TS29.277、TS36.331、 TS36.413等，R8版本主要标准已于今年3月冻结。

　　为了支持与3GPP E-UTRAN的互联互通，3GPP2标准组织也开展了互操作的系列标准制定工作，将HRPD增强为eHRPD，Evolved High Rate Packet Data。目前基于HRPD Rev.A 的互操作1.0版本标准已经发布，主要包括：

　　Ÿ 2008年1月发布的互操作需求规范S.R0129-0 v1.0

　　Ÿ 2009年5月发布的空口规范C.S0087 -0 v1.0

　　Ÿ 2009年3月发布的IOS规范A.S 0022-0 v1.0

　　Ÿ 2009年4月发布的核心网络规范X.S0057-0 v1.0

　　根据各运营商的网络情况，除了存在基于HRPD Rev.A 的eHRPD系统与LTE网络的互操作场景外，还存在HRPD Rev.B与LTE的互操作场景， 08年10月KDDI首先提出了支持基于HRPD Rev.B 的eHRPD系统与LTE互操作的标准制定需求，3GPP2标准组织已经开展相应的标准工作，互操作规范S.R0129-A v1.0已于2009年4月发布，其他标准计划2009年底发布。

　　3.2 互操作网络架构

　　3GPP E-UTRAN和3GPP2 eHRPD的互操作架构(非漫游)如图3所示，eHRPD接入网通过 HSGW与3GPP的 EPC核心网互连，并通过S101、S103接口实现E-UTRAN-eHRPD的互操作(如果eHRPD与E-UTRAN之间不要求优化切换，则不需 S101，S103接口)。图中虚线以上的接口和网元标准都是由3GPP负责制定，虚线以下的网元和接口标准由3GPP2负责制定。主要的网元和接口功能如下：

图3. E-UTRAN - eHRPD 互操作网络架构

　　Ÿ eNodeB：LTE系统的无线网(E-UTRAN)网元，主要具有无线资源管理、IP头压缩和用户数据加密、MME选择、用户面数据路由至S-GW、寻呼和广播消息调度和发送、测量和测量报告配置、UE Bearer级的上下行速率控制、准入控制等功能。

　　Ÿ MME：Mobility Management Entity ，LTE系统的核心网(EPC)网元，主要具有NAS信令、保存与管理UE上下文、UE接入认证、空闲态UE的跟踪和可达性管理、S-GW和P-GW选择、HRPD节点选择、HRPD信令消息透传、E-UTRAN与HRPD接入之间的状态信息传递等功能。

　　Ÿ S-GW：Serving Gateway，LTE系统的核心网(EPC)网元，主要具有分组包路由与转发、eNodeB间切换时作为本地移动性锚点、传输层上下行数据包的标签、上下行承载绑定、PMIPv6 MAG(移动接入网关)、DHCPv4 (relay) 和 DHCPv6 (relay)等功能。

　　Ÿ P-GW：Packet Data Network Gateway，LTE系统的核心网(EPC)网元，主要具有数据路由和转发、异构网络切换时的IP锚点、UE IP地址分配、传输层上下行数据包的标签、上下行承载绑定、PMIPv6 LMA、DSMIPv6 Home Agent、MIPV4 Home Agent等功能。

　　Ÿ HSGW ：HRPD Serving Gateway，具有跨eAN切换的移动性管理锚点，分组路由、转发、传递，上下行计费，向PCRF事件报告，基于策略信息的上下行承载绑定，基于网络的移动性管理，PMIPv6 MAG，IPv4和IPv6地址分配，用户接入认证和授权等功能。

　　Ÿ eAN/ePCF：eHRPD系统的无线网节点，支持与E-URRAN 的互操作，兼容HRPD和eHRPD模式，在传统AN功能的基础上增加eAT和HSGW之间的GKE(Generic Key Exchange)功能、eHRPD-HRPD之间的idle态切换、eHRPD-E-UTRAN之间的idle态、激活态切换等功能。

　　互操作相关的主要接口是S101、S103：

　　Ÿ S101接口：是MME与eAN/ePCF 之间的信令接口，支持以下信令：

　　² UE经过E-UTRAN传输eHRPD空口信令

　　² UE经过eHRPD传输E-UTRAN空口信令

　　² 切换时S103 Data forward隧道的建立

　　² EUTRAN和eHRPD间的切换信令

　　Ÿ S103接口：是S-GW和HSGW之间的承载接口，实现S-GW和HSGW间的Data Forwarding隧道功能，支持GRE封装。当UE由E-UTRAN切换到eHRPD系统时，转发数据通过隧道由S-GW发向HSGW。

　　4 结束语

　　从2002年第一个HRPD Rel. 0 网络开始商用至今，CDMA商用网络已经发展到成熟的HRPD Rev.A阶段，相关的HRPD标准技术则发展到了Rev.C阶段(标准制定中)，但是主流CDMA运营商都对Rev.C不感兴趣，而是把精力放在了 HRPD向LTE的演进上。在向LTE的演进发展问题上， HRPD-LTE的互操是运营商关注的焦点，北美第一大移动运营商Verizon计划今年10月开始eHRPD和LTE网络互连的现网试验，如果试验结果理想将可能加速HRPD网络向LTE的演进进程。