CDMA2000标准及其业务发展探析

作者：华信邮电咨询设计研究院 单刚 邵晓龙

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CDMA2000标准演进路线 经过10多年发展，CDMA标准已经经历了多个技术阶段，其中，IS-95A和IS-95B同为系列标准，总称为IS-95。 IS-95B是IS-95A的进一步发展。一般认为，它们均属于第二代移动通信技术标准。CDMA2000是IS-95标准向第三代技术演进的方案，由3GPP2负责制定和发布。 CDMA标准的后向兼容性是其重要优势之一。从IS-95到CDMA2000 1x、CDMA2000 1x EV-DO及CDMA2000 1x EV-DV，都是后向兼容的。只要部署了CDMA网络，就可以较低的代价平滑向下一代演进。兼容性有两方面的含义：下一代移动终端可以直接在上一代网络中漫游，无须更换终端；上一代移动终端也可以直接漫游到下一代网络中，也无须更换终端。 在一系列标准中，CDMA2000 1x原意指采用单载波形式的CDMA2000系统，也可以理解为CDMA2000的第一阶段。它在核心网部分引入了分组交换，可支持移动IP业务。目前，CDMA2000 1x Release 0版本技术已经非常成熟，在全球多个国家和地区成功商用。 CDMA2000 1x Release 0中还定义了CDMA2000 3x多载波模式。它与CDMA2000 1x的主要区别是，前向信道采用3载波方式，而CDMA2000 1x用单载波方式。目前多载波是CDMA2000的 AIE（空中接口演进)第一阶段的主要工作内容。从技术和商用成熟度考虑，运营商对CDMA2000 1x EV更感兴趣。 CDMA2000 1x EV是在CDMA2000 lx基础上进一步提高速率的增强体制。它从2000年开始分为两个方向发展：一个称为1x EV-DO技术，主要是对数据业务进行了增强，即在网络容量（固定带宽，每个小区容纳的用户数）和业务级别（提供给每个用户的平均数据吞吐量）方面进行了优化。该技术有助于提升无线数据业务的利润空间，已经在韩国、美国和日本等国家有了规模商用。另一个叫做1x EV-DV技术，它对数据业务和语音业务同时进行了增强，集CDMA2000 1x和CDMA2000 1x EV-DO两者之优势，可在1.25MHz带宽内，同时提供语音业务和高达3.1Mbit/s的分组数据速率。 EV-DO与EV-DV：齐头并进 EV-DO 尽管CDMA2000 lx数据承载能力相对IS-95已经有了很大的提高，但应用于多媒体业务时，还是存在空中接口上的瓶颈。为了解决这一问题，3GPP2发布了1x EV-DO Release 0标准（正式的名称为HRPD-High Rate Packet Data）。该标准根据无线数据业务的非对称特性，优化了数据业务的传输能力，前向最高传输速率提高到2.4Mbit/s。 1x EV-DO Release 0的主要技术特点包括：（1）前向链路时分复用。对于前向链路，在给定的某一瞬间，某一用户将得到1x EV-DO载波的全部功率，1x EV-DO载波总是以全功率发射。（2）自适应调制编码。根据前向射频链路的传输质量，移动终端可以要求9种数据速率，最低为38.4kbit/s，最高为2 457.6kbit/s。网络不决定前向链路的速率，而是由移动终端根据测得的C/I值，请求最佳的数据速率。（3）Hybrid ARQ。根据数据速率的不同，一个数据包在一个或多个时隙中发送。HARQ功能允许在成功解调一个数据包后提前终止发送该数据包的剩余时隙，从而提高系统吞吐量。（4）反向链路码分复用。移动终端根据前向RAB信道指示，增加或降低传输速率，数据承载能力与1x系统相同，峰值速率为153.6kbit/s。（5）调度算法兼顾Best Effort和Fair。对无线信道状况比较好的用户，基站给予的前向业务速率比较大。前向调度算法决定下一个时隙给哪一个用户使用。调度程序向某一用户分配时隙的原则是，移动终端请求的速率与其平均吞吐量之比为最高。在保证系统综合性能最大的同时，所有用户都能获得适当的服务。 1x EV-DO Release 0仅仅是CDMA迈向3G世界的第一步，因此，在提供新业务方面，能力尚显不足。第一，反向业务能力还维持在CDMA2000 1x系统的水平上，峰值速率只有153.6kbit/s，难以适应对称性较强的业务需求，如可视电话等。第二，对QoS的支持考虑不够，不能满足业务多样性要求，比如，对于以可视电话为代表的实时业务，无法提供足够的QoS保证机制。第三，存在数据与话音业务的并发问题。首先，DO Release 0设计的初衷是优化数据业务传输能力，需要独立的载波承载DO业务，当分组数据业务量不是很高时，存在对载波的利用不够充分的问题。其次，DO Release 0不能后向兼容1x系统。双模终端在使用EV-DO网络的同时，需要周期性地监听1x网络的高优先级的寻呼信息，这将影响终端的待机时间和EV-DO数据业务的使用。 EV-DV 由于对DO Release 0仅提高数据业务的性能不满意，因此3GPP2又开始了1x EV-DV的研究工作。1x EV-DV与CDMA2000系列标准完全后向兼容，能够在一个载波上提供混合的高速数据和话音业务。1x EV-DV空中接口标准分为两个版本：Release C和Release D。Release C主要改进和增强了CDMA2000 1x的前向链路，前向峰值速率达到3.1Mbit/s。Release D在Release C的基础上改进和增强了反向链路，反向峰值速率达到1.8Mbit/s。 EV-DV的主要技术特点有：（1）兼容CDMA2000，支持多种业务组合。同时使用了时分复用（TDM）和码分复用（CDM），根据所支持的业务性质使用不同的资源分配方法，可通过多个业务信道的组合，支持不同QoS要求的多种业务。（2）增强的前反向信道。增加了新的前反向分组数据信道（PDCH）和相应的控制信道、链路质量指示信道等，采用高阶调制（16QAM/8PSK）技术，将前反向峰值速率提高到3.1和1.8Mbit/s。（3）自适应调制编码（AMC）。改变调制和编码格式，使它在系统限制范围内与信道条件相适应，而信道条件则可以通过发送反馈来估计。（4）Hybrid ARQ。结合使用纠错编码和ARQ技术，有效增加无线链路的数据吞吐量，减小重传的时延。物理层的HARQ技术和AMC的结合，可以使数据传输更加适应无线链路的变化，改善数据链路的性能。（5）反向链路控制方式灵活，调度和速率控制快。支持公共速率控制、专用速率控制等不同的调度模式，并且由MAC层向基站传输MS的相关信息和请求，使得反向链路从申请到发送的调整时延减小，保证了系统的QoS性能和对时延敏感型业务的支持能力。 EV-DV和EV-DO ：殊途同归 随着EV-DV的性能在Release D中获得完善和增强，CDMA2000 EV-DO也于同期针对Release 0的不足做了改进，制定了Release A。 Release A的分组数据信道采用了和EV-DV Release D相同的复用和调制方式，支持的前反向峰值速率亦达到3.1和1.8Mbit/s。同时，增强了QoS支持，前向链路增加了对小数据包的支持，有利于对时延敏感的小包的传送，RLP层改进了对单用户多流程的支持，反向链路采用子分组发送、公共速率控制的调度机制，这些改进有效减少了时延，保障了EV-DO的QoS。Release A还完善了1x/DO双模操作，在网络侧对结构做了改动，使得EV-DO系统可以接收1x系统发送的寻呼消息、短信息等电路域消息。 CDMA2000 1x演进到1x EV-DO或1x EV-DV，在分组核心网结构方面，并没有发生大的变化，网络结构基本同1x一致。即使是专门提供数据业务的EV-DO，也仅需在核心网中增加AN-AAA，分组域无需大的改动。 从CDMA的两条技术演进路径看，EV-DO和EV-DV都充分考虑了同现有网络的后向兼容性，比如与CDMA2000 1x的互操作性、核心网的一致性。在数据速率支持方面，EV-DO Release A与EV-DV Release D完全相同。在对实时业务的支持方面，两者也都提出了相应的解决方案。相比较而言，在对话音和高速数据并发业务的支持、对同一载波话音和数据业务的配置比例支持、与1x反向兼容等方面，EV-DV相对EV-DO具有一定优势，但技术也更复杂，实现难度更大。 随着CDMA2000 1x EV技术标准的不断完善，特别是核心网完全IP化以后，EV-DV和EV-DO的业务支持能力将会趋于统一。 CDMA2000应用现状 据统计资料显示，截止到2006年1月，CDMA2000的全球用户数已达到1.65亿，其中1x EV-DO的用户数已达到2 000万。CDMA2000 1x的商用网络数量超过120个，1x EV-DO网络数量超过20个。在2002—2003年期间，CDMA2000网络建设较快，进入2004年开始趋缓。在2002—2004年期间，CDMA2000用户发展较快，其中大部分是由原2G网络升级而来的。在2004年，EV-DO网络建设速度逐渐加快。现有的CDMA2000网络多数集中在800/1 900MHz频段，还没有采用ITU 2G核心频段的商用网络。在设备方面，目前市场上出售的CDMA2000设备达900多种，其中包括150多种1x EV-DO设备。 亚太地区是世界上CDMA技术发展得最好的地区之一。韩国更是走在了前列，继2000年建成首个CDMA2000 1x网络后，又于2002年率先运营1x EV-DO网络。在该国，最受EV-DO用户欢迎的业务，主要是电影片段和移动广播（新闻、交通路况和体育节目）。在日本，第二大移动运营商KDDI也采用CDMA技术，虽然市场占有率不及DoCoMo，但在3G发展上却毫不逊色，2005年，新增用户数与DoCoMo交替领先，截止到去年第三季度，EV-DO用户已超过400万，移动数据业务占到总收入20%以上。 在CDMA标准大本营的北美，CDMA2000也于近两年开始了大量建设。Verizon于2005年第三季度在60个城市提供了EV-DO服务，该公司计划把这项服务覆盖到1/3至1/2的人口。于2004年底开始EV-DO建设的Sprint，2005年第三季度重点覆盖了机场和34个大城市的市中心，并计划在2006年初推广到60个大城市。 中国联通作为中国惟一运营CDMA网络的运营商，在网络建设前3年中，投入近700亿建设了覆盖全国的容量达7 000万的全球规模最大的CDMA 1x网络。2005年其CDMA用户已经超过3 000万，CDMA 1x数据用户超过900万，移动数据增值业务收入比重达11％左右，其中短信比重约占7成。CDMA 1x业务是今后中国联通3G业务发展的重要组成部分，联通新时空推出统一的CDMA无线数据业务“Uni—联通无限”品牌，不仅大大地丰富了CDMA网络的业务，更提升了用户的沟通和娱乐体验。但不可否认的是，在中国市场，对CDMA 1x数据业务的需求还不是很旺盛。 CDMA2000发展探讨 CDMA网络在向3G发展过程中，面临着两方面问题：选择何种技术体制和如何推广3G应用。 就产业成熟度而言，EV-DO处于领先位置，商用EV-DO网络遍及美洲、亚洲、大洋洲和欧洲。众多的EV-DO运营商的存在，为EV-DO用户的国际漫游提供了服务保证。相比之下，1x EV-DV技术标准在提供国际漫游业务能力方面，可能不如前者。同时，EV-DO商用终端目前已有上百种，有EV-DO单模终端，也有同时支持CDMA2000 1x的双模终端。由于产业链的形成需要一定的时间，因此，对于打算在短时间内提供3G服务的CDMA运营商而言，EV-DO技术也许是比较切实可行的选择。 从目前来看，EV-DV发展前景不太明朗。EV-DV联盟成员之一的意法半导体（ST）已宣布退出联盟。2005年，高通公司也宣布暂停EV-DV芯片的开发进程，这令韩国的LG电信3G计划遭挫，不得不考虑其他技术体制。一向对EV-DV持积极态度的运营商Sprint，已经开始建设EV-DO网络，这颇受业界关注。但是，EV-DV具有完全后向兼容性的优势，而且大部分现有CDMA 2000标准包含在EV-DV标准内。现有的1x网络设备在下一代的EV-DV网络中完全可以再利用，使网络轻而易举地得到升级。同时，EV-DV不像EV-DO，标准专利主要垄断在高通公司手中，因此，其设备在售价上更具竞争优势。假以时日，EV-DV在产品的成熟性、产业链的完善性和全球运营商的支持方面都具备了规模化商用条件，相信也会得到运营商的青睐。 推动3G业务的发展，商务模式和市场推广至关重要，而与技术的关联度较低。韩日3G的成功有目共睹，这主要是因为在2G和2.5G时代，他们已经培育了比较成熟的移动多媒体娱乐市场和商务模式，例如DoCoMo的i-mode。而从中国情况来看，3G的发展还需要全面预热。当前联通CDMA 1x数据业务收入还不到总体移动增值数据收入的20％，在今后一段时间内话音和短信业务仍是主流，尽管少数发达地区对3G有所需求，但其他更广大的中西部地区，需求的仍是2G和2.5G业务，在这些地区推3G业务，可能造成网络设施闲置，运营商投入资金的回收期延长，运营成本增加。 提供多样化的移动增值业务，是3G移动通信的特点之一。从移动数据增值业务网络体系结构来看，中国在终端和第三方应用两个重要环节上还需完善。终端往往成为制约市场发展和业务推广的瓶颈，目前商用的EV-DO终端价格比较贵，与我国移动用户的消费承受能力尚有不小的差距，更换终端对3G业务的推广构成了不低的门槛。CDMA难以盈利的原因之一，与联通采取的手机补贴政策不无关联。 3G是业务驱动的系统，丰富多彩而又不断更新的应用和内容是其与2G的主要区别，因此，CP/SP的存在和发展，对3G产业链的完善不可或缺。一些高品质的应用之所以在中国难以推广，一方面是由于承载网技术的制约，如VOD难以在现有的CDMA 1x网络上实现，另一方面，也与中国的CP/SP服务水准欠缺有重要关联。中国在网游和动漫水平上与韩日的差距，也从另一个侧面说明了这一问题。2005年，联通和多家SP成立了“UNI战略合作伙伴同盟”，可以说是加强这一环节建设的有益尝试。 借鉴国外3G发展经验并参照中国国情，中国CDMA的3G建设之路有几方面值得重点考虑。第一，技术选择的前瞻性。假如选择EV-DO标准，并先推出基于Release 0的业务，则可以考虑采用具有Release A内核的系统，便于将来的软升级。第二，在商务模式和市场推广方面，应加强产业链的建设，促进其尽快完善，主要体现在两个方面：一是运营商加强终端环节的参与和控制（如定制手机），推动终端多样化和大众化；二是促进有实力的CP/SP发展，加强运营商与CP/SP的合作，解决好两者之间的利益分成问题，尽快建立起一个成功的移动数据业务商业运作模式，推动移动数据业务的快速发展。第三，在网络建设策略上，注重3G业务在不同区域推出的时间。在初期，作为相对的高端业务，3G可在沿海发达城市先商用，以后视业务发展和经济消费水平，再在其他区域推行。第四，基本话音业务在相当长时期内仍将是移动通信业务的主要构成部分和收入来源，运营商要协调好发展2G和3G业务的关系，全面推动移动通信业务的发展。第五，在现阶段，抓紧时机做好现有1x网络和3G网络的互操作实验，验证3G系统的实际效果，以便在需要的时候能够快速向3G演进。 (end)

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