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CDMA2000 1x EV-DO Rev A容量分析
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CDMA2000 1x EV-DO Release 0（DO Rel.0）作为因特网的无线延伸，其最初的设计目的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技术，获得了良好的前向平均吞吐量。但是，随着多媒体数据业务的发展，各种新的业务形式不断出现，对系统带宽和QoS保证等方面的要求也不断提高，DO Rel.0在支持新业务方面也暴露了一些不足：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，2004年3月，3GPP2发布了1x EV-DO Rev A（DO Rev A）版本，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. 8432Mbit/s。同时,1x EV-DO Rev A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（Fluid Control）机制精确控制反向链路的T2P，进而提升ROT 控制门限，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。 一、影响1xEV-DO反向容量的因素 CDMA20001xEV-DO前向链路以时分为主，在前向链路设计中采用了先进的多用户调度技术、HARQ 技术（结合递增冗余和提前中止技术）与速率控制技术等多种优化技术，有效改善了系统容量。而反向链路是以码分为主，系统容量主要受终端发射功率、基站码道数、用户分布和邻区干扰等因素影响。此外，1x EV-DO 反向开销信道（反向导频信道、DRC 信道和ACK 信道）也需要占用终端的部分功率资源和系统码资源，从而导致系统反向容量的下降。 表1给出了各开销信道相对于导频信道的增益。
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| DO Rel.0 | -1.5dB（non-handoff） -3dB（soft-handoff） | N/A | N/A | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DO Rev A | -1.5dB（non-handoff） -3dB（soft-handoff） | -9dB | -6dB 二、RevA反向容量的提升方式 为了改善DORel.0反向容量的不足，DO RevA反向链路采用了HARQ、T2P控制算法及干扰消除技术来提升容量，下面依次分析这些技术的引用对反向容量的改善。 1．反向HARQ对Eb/Nt的影响 图1给出了DORel.0和DORevA的反向数据信道结构。在DO Rel.0中，物理层的数据包为每帧16个时隙（16-slots），每个时隙为1.67ms。在DO Rev A中，增加了ARQ信道，用来支持反向物理信道的HARQ。反向物理信道是面向子帧的，每一个帧包含16个时隙（或4个子帧，每个子帧包含4个时隙），一个子分组是接入网络物理层认可的反向业务信道最小传输单位，一个子分组包含4个连续的时隙。子帧是可以传输一个子分组的4个连续时隙，每一个物理层分组最多能够包含4个子分组。如果有一个以上的子分组要传输，这些子分组的传输要被两个子帧隔开，其他物理层分组的子分组可以在这些子帧上传输，即按3个子帧交织的方式发送。上层收到每个子分组后，基站都会发送ACK或NAK给终端来指示当前包是否成功解码，终端在收到ACK应答或者传完四个子分组后将停止传送。 图 1 DO Rel.0和Rev A反向数据信道结构 DO RevA支持反向数据速率的范围从4.8kbit/s到1.8432Mbit/s。使用HARQ后，数据速率是该包的大小和时延目标的函数。表2给出了DORev A中数据发送格式及等效数据速率。
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图2 T2P控制算法 实际系统中由于有各种干扰的影响，所以ROT是动态变化的，当基站的ROT增加时，可以通过控制终端流出的资源（TxT2P）来减少对基站的影响，此时流入的资源T2PInflow也要减小。DORel.0用RAB标识基站的负荷。在设计时，首先设置一个ROT门限，然后测量实际的ROT，如果在某个时刻测量的ROT比设定的ROT门限高，则RAB为1，表示此时系统忙，此时终端将通过降低速率的方式来降低发射功率。反之，则表示基站不忙，此时终端可以加大发射功率。DO Rel.0中反向速率是按帧来调整的，所以RAB在16个时隙里都是一样的。但在实际情况中，由于流是动态变化的，所以T2P的调整不仅要考虑基站负荷的长期变化，还要考虑实际应用中的突发情况。DO Rev A的RAB在每个时隙更新一次，T2P控制机制收到基站发出的RAB后，取每4个时隙平均值中的最大值得到QRAB，根据QRAB决定是增加还是减少T2P。 按长期统计取平均值得到FRAB，FRAB指示长期以来系统的负荷情况，它决定基站能容忍终端增加多少发射功率，或T2P需要减少多少。系统通过结合QRAB和FRAB来调整T2PInflow，并与其它因素结合来控制输出资源的大小，从而可以使终端更好地了解系统的负载情况和自身的可用资源，实时确定最为合适的T2P值，使得系统的反向容量达到最大。实际的T2P调整流程如图3所示。
图3 QRAB和FRAB调整T2P的例子 3．干扰消除技术对SINR的改善 从前面的叙述中我们可以得知，DORevA反向链路使用了HARQ，每一个物理层分组最多能够包含4个子分组。如果有一个以上的子分组要传输，这些子分组的传输要被两个子帧隔开，因此传完一个16-slot的用户分组需要40个时隙。我们通过一个例子来分析DORev A实现干扰消除所带来的增益。假设基站侧各用户共享的接收机采样缓冲器如图4所示。为了实现系统在性能和复杂性之间获得好的平衡，我们在帧偏置n，n-1，n-2上进行了两次迭代：
图4 接收机结构及干扰消除处理 （1）在当前时隙（n）到达后，对所有子分组在此时隙结束的用户进行解调和解码； （2）重组缓冲器里的数据，并删除在第1步中成功译码的用户数据分组，从而减少干扰； （3）重新解调那些还未解码且它们最后的子分组是在时隙（n-1）结束的用户数据分组，并对其进行解码； （4）重组缓冲器里的数据，并删除在第3步中成功译码的用户数据分组，从而减少干扰； （5）为最后子分组是在时隙（n-2）结束的用户数据分组重复（3）～（4）步。 （6）重复（1）～（5）步一次。 仿真表明，使用图4的接收机结构和上述的处理程序，并采用干扰消除，在每扇区16个用户的情况下，可以使系统容量得到84％的提升。 在一个分组的连续子分组到达的时间间隔里，其它用户的数据包可能被成功解码并删除，所以当这个子分组到达时，它的SINR将得到提升，容量得到提升的现象也就很容易理解了。
