CDMA2000 1x EV-DO 网络技术
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3.1 概述
1x EV-DO 是因特网的无线延伸,不是端到端的分组数据网络。为解决分组数据的无线传
送问题所设计的 1x EV-DO 空中接口,着重完成因特网的数据链路层和物理层功能。
3.1.1 协议栈模型
1x EV-DO 空中接口协议栈结构如图 3-1 所示,它由七个协议层组成,从下到上依次为物
理层、MAC 层、安全层、连接层、会话层、流层和应用层。各协议层按功能划分,而非按承
载划分,各层之间没有严格的上下层承载关系:在时间上,各层协议可以同时存在,不存在
严格的先后关系;在数据封装上,业务数据自上而下进行封装,可以跨越部分协议层。
图 3-1 空中接口协议栈结构
物理层规定了前反向物理信道的结构、输出功率、数据封装、基带及射频处理和工作频
点等。
第 3 章 1x EV-DO 空中接口
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MAC 层完成对物理信道的访问控制功能。其中,控制信道 MAC 协议规定了控制信道的
传送方式和时序要求;接入信道 MAC 协议规定了终端接入系统的方式和长码(Long Code)
生成方式;前向业务信道 MAC 协议规定了前向业务信道的速率控制和复用/解复用方式;反
向业务信道 MAC 协议规定了反向业务信道的捕获和速率选择机制。
安全层完成 CryptoSync 的生成、密钥交换、数据加密和空口鉴权等功能。其中,安全协
议用于生成鉴权协议和加密协议所需要的 CryptoSync 和时戳等变量;密钥交换协议生成空口
鉴权和数据加密所需要的密钥;鉴权协议完成安全层数据分组消息的完整性保护功能,可以
用于检验终端是否为某空口会话的合法拥有者;加密协议完成空口数据的加密。
连接层完成系统的捕获、连接的建立/维持/释放、连接状态下的移动性管理和链路控制,
以及对会话层数据分组的复用和对安全层数据分组的解复用功能。其中,无线链路管理协议
用于维护 AT 与 AN 之间的无线链路状态;初始化状态协议规定了终端捕获网络的过程及消
息;空闲状态协议定义了终端在已成功捕获网络但连接尚未打开时所遵循的流程及消息;连
接状态协议定义了连接打开后 AT 与 AN 通信所需消息及交互过程;路径更新协议完成对终
端位置的跟踪、维护及其跨子网移动时的无线链路维护等功能;分组合并协议完成对会话层
数据分组的复用和对安全层数据分组的解复用功能。
会话层完成空口会话的建立、维持和释放功能。其中,会话管理协议用于激活会话层其
他协议及维护与关闭会话;地址管理协议用于会话终端的地址分配;会话配置协议负责与会
话相关的协议及其配置的协商。
流层对应用层数据流和信令流打 QoS 标识,将单个或多个应用流(Flow)合成为流层的
径流(Stream)。
应用层完成分组应用和信令应用数据分组的收发及其控制功能。
3.1.2 协议通信方式
1x EV-DO 空中接口不同协议层之间及对等协议层之间的通信方式如图 3-2 所示,包含以
下四类通信接口。
图 3-2 空中接口协议的通信方式
(1)消息(Message)型接口:用于 AT 和 AN 同层协议之间的通信。
(2)命令(Command)型接口:用于 AT 或 AN 内高层协议向低层协议下发命令消息。
(3)指示(Indication)型接口:用于 AT 或 AN 内低层协议向高层协议上报发生的事件。
(4)公共数据(Public Data)型接口:提供对等协议层之间或不同层协议之间的数据共
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享。
3.1.3 信息传送方式
上述通信接口只是规定了 1x EV-DO 空中接口协议之间的通信方式,而没有规定信息在
空中接口的传送方式。1x EV-DO 在传送空中接口信息时,首先必须建立和配置空中接口会话
(Session)的环境,然后建立空中接口连接(Connection),最后按照分组数据单元(PDU)
格式进行数据传送。PDU 在空中接口的不同协议层有不同的定义,如 MAC 层的 PDU 以数据
分组(Packet)为最小单位;在物理层,PDU 可以是由一个或多个数据分组构成的分组包囊
(Capsule)。
空中接口会话定义了 AT 与 AN 之间的通信环境,它包括会话主体和会话配置两部分。
会话主体是 AT 和 AN:网络一旦建立起来,作为空口会话主体的 AN 一方也随之确定下来,
AN 的地址信息由扇区标识(Sector Identifier)提供;AN 可同时与多个 AT 之间存在空口会话,
为了区分空口会话主体的另一方 AT,会话时 AN 将为 AT 分配惟一性的终端地址标识(Unicast
Access Terminal Identifier,UATI)或会话标识(Session Identifier)。会话配置是指 AT 与 AN
通信时所使用的协议及其参数:在会话刚建立起来时,AT 与 AN 之间立即进行协议类型及其
配置的协商,也可以采用缺省配置;在会话期间,根据用户或业务的不同属性,允许对会话
的相关协议类型及其配置进行协商,但是协商结果在下次连接建立后才开始生效。
空中接口连接是指为 AT 分配前反向业务信道及其对应的 MAC 信道。连接建立可以伴随
着空中接口的鉴权过程;连接期间则伴随着导频集的维护和信道标识的指配过程。
在一次会话期间,可以多次建立或释放空中接口连接。一次会话的最大持续时间缺省值
是 54h,如果在此时间内 AT 与 AN 之间没有信息交互而导致超时,会话将被关闭。会话关闭
后,如果双方想发送数据给对方,则必须重新建立会话。
在一次连接期间,收发双方按照 PDU 进行信息交互,可以传递一个或多个 PDU。如果
一段时间内没有数据传送,会话将进入休眠状态。
图 3-3 显示了一次会话期间包含 N 个连接和在第一次连接内传送 M 个 PDU 的情况。
图 3-3 空口会话、连接和 PDU 之间的关系
3.2 物理层
1x EV-DO 物理层规定了前反向物理信道的结构、输出功率、数据封装、基带及射频处理
第 3 章 1x EV-DO 空中接口
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和工作频点等。其中,基带及射频处理包括调制编码、序列重复、交织、信道复用、基带成
形、加载波等步骤。
1x EV-DO 与 CDMA2000 使用相同的频段(Band Class)和载波(Carrier)带宽,但混合
组网时各自使用不同的频点号;标准未指定 1x EV-DO 工作频段内的首选频点号(Channel
Number),当 1x EV-DO 与 CDMA2000 工作在相同的频段时,可以灵活配置两网的工作频点;
1x EV-DO 也可以工作在 ITU 规定的其他频段上(包括 2GHz 核心频段);此外 1x EV-DO 系
统的码片速率、带宽、发射功率及基带成形滤波器系数等与 CDMA2000 一致。因此,1x EV-DO
系统的 RF 与 CDMA2000 兼容。
3.2.1 前向信道
前向信道物理层将 MAC 层分组按指定速率构造物理信道数据分组,根据对应的参数配
置表(时隙数、编码调制方式及序列重复次数等),对物理信道数据分组进行编码调制、序列
重复、加扰、扩频、正交扩展、滤波、加载波等处理,最后从空中接口发送出去。
3.2.1.1 前向信道结构
1x EV-DO 前向信道结构如图 3-4 所示,它由导频信道、MAC 信道、业务信道和控制信
道组成;MAC 信道又分为反向活动(Reverse Activity,RA)子信道、反向功率控制(Reverse
Power Control,RPC)子信道及 DRCLock 子信道。
图 3-4 前向信道结构
导频信道用于系统捕获、相干解调和链路质量的测量;RA 子信道用于传送系统的反向负
载指示;RPC 子信道用于传送反向业务信道的功率控制信息;DRCLock 子信道用于传送系统
是否正确接收 DRC 信道的指示信息;控制信道用于传送系统控制消息;业务信道则用于传送
物理层数据分组。
3.2.1.2 前向信道时隙结构
1x EV-DO 前向以时分为主,以码分为辅;导频信道、MAC 信道及业务/控制信道之间时
分复用;RPC 子信道与 DRCLock 子信道之间时分复用;不同用户的 RPC/DRCLock 子信道与
RA 子信道码分复用。1x EV-DO 前向链路传送以时隙为单位,每个时隙为 5/3ms,由 2048 码
片组成,其时隙结构如图 3-5 所示。基站根据前向信道数据分组的大小和速率等参数,在 1~16
个时隙内完成传送。有数据业务时,业务信道时隙处于激活状态,各信道按一定顺序和码片
数进行复用;没有数据业务时,业务信道时隙处于空闲状态,只传送 MAC 信道和导频信
道。
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图 3-5 前向信道时隙结构
3.2.1.3 前向信道标识
1x EV-DO 系统支持多个同时处于会话激活状态的用户,为了区分不同用户,1x EV-DO
系统采用 6bit 的 MACIndex,作为与之通信的用户的标识或前向信道(MAC 信道、业务信道
和控制信道)的标识。
前向 MAC 信道由彼此正交的 Walsh 码区分,每个 Walsh 码与 MACIndex 存在一一对应
的映射关系。前向 MAC 信道的 MACIndex 与 Walsh 码之间的映射关系如下:
()
64
2
64
1
2
w 0,2,...,62
MACIndex( )
w 32 1,3,...,63
i
i
i
i
i
−
=
=
+=
(3-1)
式中,i 为 MACIndex 的取值。
前向业务信道由前缀和数据两部分组成,前缀携带信道标识 MACIndex,它与 Walsh 码
之间的映射关系如下:
()
32
i
2
32
i1
2
w i 0,2,...,62
MACIndex(i)
w i 1,3,...,63
−
=
=
=
(3-2)
式中,RPC 子信道与 DRCLock 子信道时分复用,它们使用相同的 MAC 信道标识;
RPC/DRCLock 子信道与 RA 子信道码分复用 MAC 信道,它们通过 MAC 信道标识来区分。
如果一个前向业务数据分组分成多个时隙传送,则只在第一个时隙发送业务信道前缀。
前缀是由式(3-2)所给出的长度为 32 码片的 Walsh 码重复多次而成,其长度与数据速率有
关。通常,数据速率越高,前缀长度越短。比如,数据速率为 38.4kbit/s 的业务信道前缀最长
(1024 码片),数据速率为 2.4576Mbit/s 的业务信道前缀最短(64 码片)。不同数据速率对应
的业务信道前缀长度见表 3-1。
控制信道主要用于传送广播消息或特定终端的消息,它与业务信道以时分方式共享同一
物理信道,终端根据信道前缀中的信道标识 MACIndex 来判断是控制信道还是业务信道。
1x EV-DO 前向 MAC 信道、业务信道和控制信道的信道标识 MACIndex 分配见表 3-2。