EVDO系统详解

mofangkafei

第一章 EVDO 概述......................................................................................................................1
1.1 引言.........................................................................................................................................1
1.2 EVDO 的功能要求.................................................................................................................2
1.3 EVDO 的设计思想..................................................................................................................2
1.3.1 时分复用.......................................................................................................................3
1.3.2 多用户调度...................................................................................................................4
1.3.3 链路自适应...................................................................................................................4
1.3.4 HARQ ...........................................................................................................................4
1.3.5 速率控制.......................................................................................................................5
1.4 EVDO 网络结构......................................................................................................................6
1.4.1 网络构成及其基本功能...............................................................................................6
1.4.2 网络接口协议及其功能...............................................................................................7
1.5 EVDO 的发展情况..................................................................................................................8
1.5.1 标准化进展...................................................................................................................8
1.5.2 商用进展.......................................................................................................................9
1.5.3 市场前景.......................................................................................................................9
第二章 EVDO 空中接口.............................................................................................................11
2.1 空中接口概述........................................................................................................................11
2.1.1 空中接口协议栈模型.................................................................................................11
2.1.2 空中接口协议通信方式.............................................................................................13
2.1.3 空中接口信息传送方式.............................................................................................13
2.2 物理层...................................................................................................................................15
2.2.1 前向信道.....................................................................................................................15
2.2.1.1 前向信道划分..................................................................................................15
2.2.1.2 前向信道的时隙结构......................................................................................16
2.2.1.3 前向信道的标识..............................................................................................16
2.2.1.4 前向信道的物理结构......................................................................................19
2.2.1.5 前向业务/控制信道的参数配置和时隙复用.................................................22
2.2.2 反向信道.....................................................................................................................25
2.2.2.1 反向信道划分..................................................................................................25
2.2.2.2 接入信道物理结构..........................................................................................26
2.2.2.3 反向业务信道物理结构..................................................................................28
2.2.2.4 反向信道调制参数..........................................................................................33
2.2.2.5 长码生成与同步..............................................................................................34
2.3 MAC 层................................................................................................................................34
2.3.1 MAC 层协议功能.......................................................................................................34
2.3.2 MAC 层地址匹配.......................................................................................................34
2.3.3 控制信道MAC...........................................................................................................36
2.3.3.1 控制信道MAC 层数据封装...........................................................................36
2.3.3.2 控制信道MAC 的传送方式...........................................................................37
2.3.4 接入信道MAC...........................................................................................................38
2.3.4.1 接入信道MAC 层数据封装...........................................................................38
2.3.4.2 接入探针的结构..............................................................................................39
2.3.4.3 接入探针序列的结构......................................................................................40
1


2.3.4.4 接入过程..........................................................................................................41
2.3.4.5 接入信道长码掩码..........................................................................................42
2.3.4.6 接入信道MAC 层主要消息及其关键参数...................................................42
2.3.5 前向业务信道MAC...................................................................................................43
2.3.5.1 前向业务信道MAC 层数据封装...................................................................43
2.3.5.2 前向业务信道MAC 协议状态转移流程.......................................................44
2.3.6 反向业务信道MAC...................................................................................................46
2.3.6.1 反向业务信道MAC 层数据封装...................................................................46
2.3.6.2 反向业务信道速率控制..................................................................................47
2.3.6.3 反向链路静默..................................................................................................49
2.3.6.4 反向业务信道长码..........................................................................................49
2.3.6.5 反向业务信道MAC 层主要消息及其关键参数...........................................49
2.4 安全层...................................................................................................................................50
2.4.1 安全层协议功能.........................................................................................................50
2.4.2 安全层数据封装.........................................................................................................50
2.4.3 安全矢量.....................................................................................................................51
2.4.4 密钥交换.....................................................................................................................51
2.4.5 空口鉴权.....................................................................................................................53
2.4.6 加密.............................................................................................................................54
2.5 连接层...................................................................................................................................54
2.5.1 连接层状态机.............................................................................................................55
2.5.2 连接管理.....................................................................................................................57
2.5.2.1 连接建立..........................................................................................................57
2.5.2.2 连接关闭..........................................................................................................57
2.5.3 路径更新.....................................................................................................................58
2.5.4 分组合并.....................................................................................................................58
2.5.5 开销消息管理.............................................................................................................58
2.6 会话层...................................................................................................................................59
2.6.1 协议交互.....................................................................................................................59
2.6.2 地址分配.....................................................................................................................61
2.6.2.1 UATI 的构成...................................................................................................61
2.6.2.2 UATI 的分配...................................................................................................62
2.6.2.3 UATI 与移动性管理.......................................................................................62
2.6.3 配置协商.....................................................................................................................62
2.7 流层.......................................................................................................................................63
2.8 应用层...................................................................................................................................64
2.8.1 缺省信令应用.............................................................................................................64
2.8.1.1 信令网络协议..................................................................................................64
2.8.1.2 信令链路协议..................................................................................................65
2.8.2 缺省分组应用.............................................................................................................66
2.8.2.1 无线链路协议..................................................................................................66
2.8.2.2 位置更新协议..................................................................................................69
2.8.2.3 流控协议..........................................................................................................70
2.9 EVDO 空中接口关键技术....................................................................................................71
2


2.9.1 自适应调制编码.........................................................................................................71
2.9.2 HARQ .........................................................................................................................72
2.9.3 多用户调度.................................................................................................................73
2.9.3.1 多用户调度准则..............................................................................................73
2.9.3.2 比例公平调度算法..........................................................................................74
2.9.4 速率控制.....................................................................................................................75
2.9.4.1 前向链路速率控制..........................................................................................75
2.9.4.2 反向链路速率控制..........................................................................................76
2.9.5 功率控制.....................................................................................................................77
2.9.5.1 前向链路功率分配原理及实现......................................................................77
2.9.5.2 反向链路功率控制原理及实现......................................................................78
2.9.6 虚拟软切换.................................................................................................................79
第三章 EVDO IOS 功能介绍.....................................................................................................80
3.1 功能概述................................................................................................................................80
3.1.1 参考模型.....................................................................................................................80
3.1.2 主要作用.....................................................................................................................80
3.1.2.1 在接入鉴权中的作用......................................................................................81
3.1.2.2 在移动性管理中的作用..................................................................................81
3.1.2.3 在数据传送中的作用......................................................................................81
3.2 A8/A9 接口功能....................................................................................................................82
3.2.1 A8 连接建立...............................................................................................................82
3.2.2 A8 连接重激活...........................................................................................................83
3.2.3 A8 连接释放...............................................................................................................83
3.2.4 A8 连接参数更新.......................................................................................................84
3.2.5 A9 接口消息的定时器参数.......................................................................................85
3.3 A10/A11 接口功能................................................................................................................85
3.3.1 A10 连接建立.............................................................................................................85
3.3.2 A10 连接释放.............................................................................................................86
3.3.3 计费信息传送.............................................................................................................87
3.3.4 A11 接口消息的定时器参数.....................................................................................87
3.4 A12 接口功能........................................................................................................................87
3.5 A13 接口功能........................................................................................................................88
第四章 EVDO 数据呼叫流程.....................................................................................................90
4.1 分组数据会话状态................................................................................................................90
4.2 HRPD 会话建立、维持与关闭............................................................................................91
4.2.1 HRPD 会话建立.........................................................................................................91
4.2.2 HRPD 会话维持.........................................................................................................92
4.2.3 HRPD 会话关闭.........................................................................................................92
4.2.3.1 AT 发起HRPD 会话关闭（存在A8 连接）................................................92
4.2.3.2 AT 发起HRPD 会话关闭（不存在A8 连接）............................................93
4.2.3.3 AN 发起HRPD 会话关闭（存在A8 连接）................................................94
4.2.3.4 AN 发起HRPD 会话关闭（不存在A8 连接）............................................94
4.3 接入鉴权................................................................................................................................95
4.4 位置更新................................................................................................................................96
3


4.4.1 AT 发起位置更新.......................................................................................................96
4.4.2 AN 发起位置更新......................................................................................................97
4.5 HRPD 连接建立....................................................................................................................97
4.5.1 AT 发起HRPD 连接建立..........................................................................................98
4.5.2 AT 发起HRPD 连接重激活......................................................................................99
4.5.3 PDSN 发起HRPD 连接重激活...............................................................................100
4.6 HRPD 连接释放..................................................................................................................101
4.6.1 AT 发起HRPD 连接释放........................................................................................101
4.6.2 AN 发起HRPD 连接释放.......................................................................................102
4.6.3 PDSN 发起HRPD 连接关闭...................................................................................102
4.7 EVDO 子网切换..................................................................................................................103
4.7.1 相同PCF 下不同AN 之间的休眠切换..................................................................103
4.7.2 相同PDSN 下不同PCF 之间休眠切换..................................................................104
4.7.3 不同PDSN 之间休眠切换.......................................................................................106
第五章 EVDO 网络安全机制...................................................................................................108
5.1 EVDO 网络安全概述..........................................................................................................108
5.2 空口安全机制......................................................................................................................108
5.3 接入鉴权..............................................................................................................................109
5.3.1 基于MD5 算法的鉴权方式....................................................................................110
5.3.2 基于CAVE 算法的鉴权方式..................................................................................111
5.4 核心网鉴权..........................................................................................................................113
5.5 核心网数据保护..................................................................................................................115
第六章 EVDO QoS 机制..........................................................................................................116
6.1 引言.....................................................................................................................................116
6.2 QoS 评价指标.....................................................................................................................116
6.3 QoS 服务模型.....................................................................................................................117
6.4.1 IntServ 服务模型......................................................................................................117
6.4.2 DiffServ 服务模型....................................................................................................118
6.4.3 IntServ 和DiffServ 相结合提供端到端的QoS 保证.............................................119
6.5 端到端的QoS 体系结构.....................................................................................................120
6.5.1 端到端的QoS 机制..................................................................................................120
6.5.2 IP QoS 机制..............................................................................................................121
6.5.3 承载层与传送层QoS 机制......................................................................................121
6.6 EVDO QoS 实现机制.........................................................................................................122
6.6.1 EVDO QoS 简介......................................................................................................122
6.6.2 EVDO Rel 0 的QoS 实现机制................................................................................123
6.6.3 EVDO Rev A 的QoS 机制......................................................................................123
6.6.3.1 前向链路QoS 实现机制...............................................................................123
6.6.3.2 反向链路QoS 实现机制...............................................................................125
第七章 EVDO 系统性能分析...................................................................................................126
7.1 EVDO 链路覆盖分析..........................................................................................................126
7.1.1 EVDO 链路覆盖影响因素.......................................................................................126
7.1.1.1 有效全向发射功率........................................................................................127
7.1.1.2 接收机灵敏度................................................................................................128
4


7.1.1.3 接收天线增益与接收端损耗........................................................................129
7.1.1.4 衰落余量........................................................................................................130
7.1.1.5 软切换增益....................................................................................................130
7.1.1.6 分集增益........................................................................................................131
7.1.1.7 地物穿透损耗................................................................................................131
7.1.2 EVDO 前向链路预算...............................................................................................131
7.1.3 EVDO 反向链路预算...............................................................................................134
7.1.4 EVDO 系统前反向覆盖差异性分析.......................................................................135
7.1.5 EVDO 与CDMA2000 1x 系统前反向覆盖比较....................................................137
7.2 EVDO 系统容量分析..........................................................................................................138
7.2.1 EVDO 系统容量影响因素分析...............................................................................139
7.2.2 EVDO 前向容量分析...............................................................................................139
7.2.2.1 链路开销影响分析........................................................................................139
7.2.2.2 多用户调度影响分析....................................................................................140
7.2.2.3 HARQ 影响分析...........................................................................................142
7.2.2.4 速率控制影响分析........................................................................................146
7.2.3 EVDO 反向容量分析...............................................................................................147
7.2.4 EVDO 前反向容量差异性分析...............................................................................148
7.2.5 EVDO 与CDMA2000 1x 前反向容量比较............................................................149
7.3 EVDO 链路覆盖和系统容量前反向受限分析..................................................................150
第八章 EVDO 组网与混合终端操作.......................................................................................152
8.1 组网方式..............................................................................................................................152
8.1.1 单独组网...................................................................................................................152
8.1.2 混合组网...................................................................................................................152
8.1.2.1 升级组网方案................................................................................................153
8.1.2.2 叠加组网方案................................................................................................154
8.2 混合终端操作......................................................................................................................156
8.2.1 混合终端设置...........................................................................................................156
8.2.2 混合终端选网...........................................................................................................156
8.2.2.1 在接入层面上选网........................................................................................156
8.2.2.2 在应用层面上选网........................................................................................157
8.2.2.3 开机选网........................................................................................................158
8.2.3 两网切换...................................................................................................................159
8.2.3.1 混合覆盖区内的切换....................................................................................159
8.2.3.2 混合覆盖区边缘的切换................................................................................164
第九章 EVDO 网络规划和优化...............................................................................................168
9.1 CDMA 网络规划和优化的基本功能概述.........................................................................168
9.2 CDMA 网络规划的准则/要求/流程...................................................................................168
9.2.1 CDMA 网络规划的准则..........................................................................................168
9.2.2 CDMA 网络规划的要求..........................................................................................169
9.2.2.1 合理选择天线类型和天线挂高....................................................................169
9.2.2.2 明确覆盖目标和覆盖区域............................................................................170
9.2.2.3 话务量分布....................................................................................................171
9.2.2.4 地理形态特性................................................................................................171
5


9.2.2.5 室内覆盖策略................................................................................................171
9.2.3 CDMA 网络规划的流程..........................................................................................172
9.2.3.1 设计准备........................................................................................................172
9.2.3.2 初步设计........................................................................................................172
9.2.3.3 最终设计........................................................................................................173
9.3 CDMA2000 1x 网络规划....................................................................................................173
9.3.1 覆盖规划...................................................................................................................173
9.3.2 PN 规划.....................................................................................................................174
9.3.3 切换规划...................................................................................................................175
9.3.4 功率规划...................................................................................................................176
9.3.5 登记区域规划...........................................................................................................176
9.3.6 其他特点...................................................................................................................177
9.4 混合组网时的EVDO 网络规划.........................................................................................177
9.4.1 EVDO 网络规划的技术特点...................................................................................177
9.4.2 EVDO 网络规划的特殊要求...................................................................................178
9.4.3 影响EVDO 网络规划的特殊因素..........................................................................179
9.4.3.1 话务模型对EVDO 网络规划的影响...........................................................179
9.4.3.2 技术发展对EVDO 网络规划的影响...........................................................179
9.5 混合组网时的EVDO 网络优化.........................................................................................179
9.5.1 EVDO 网络优化的必要性.......................................................................................179
9.5.2 EVDO 网络优化的基本准则...................................................................................180
9.5.3 EVDO 网络性能的评价指标...................................................................................181
9.5.3.1 覆盖评价........................................................................................................181
9.5.3.2 容量评价........................................................................................................181
9.5.4 EVDO 网络优化的方法和流程...............................................................................182
9.5.4.1 优化准备........................................................................................................182
9.5.4.2 优化条件........................................................................................................183
9.5.4.3 基于路测的优化............................................................................................183
9.5.4.4 基于话务统计的优化....................................................................................185
9.5.5 EVDO 优化流程.......................................................................................................187
9.6 EVDO 网络关键性能指标分析..........................................................................................188
9.6.1 数据吞吐量影响因素分析.......................................................................................188
9.6.1.1 无线覆盖弱....................................................................................................189
9.6.1.2 导频污染........................................................................................................190
9.6.1.3 邻区设计不合理............................................................................................191
9.6.1.4 PN 设计不合理..............................................................................................192
9.6.1.5 搜索窗设计不合理........................................................................................193
9.6.1.6 其它因素........................................................................................................193
9.6.2 数据呼叫建立成功率和掉话率影响因素分析.......................................................194
9.6.2.1 反向链路过载................................................................................................195
9.6.2.2 最大连接数限制............................................................................................196
9.6.2.3 接入鉴权失败................................................................................................196
9.6.3 切换性能分析...........................................................................................................197
9.6.3.1 空闲切换........................................................................................................197
6


9.6.3.2 虚拟软切换....................................................................................................197
9.6.3.3 硬切换............................................................................................................197
第十章 EVDO Rel A 介绍........................................................................................................199
10.1 EVDO Rel 0 功能限制......................................................................................................199
10.2 EVDO Rev A 的设计目标................................................................................................199
10.3 EVDO Rev A 空中接口新增功能....................................................................................200
10.3.1 应用层新增功能.....................................................................................................200
10.3.2 流层新增功能.........................................................................................................201
10.3.3 会话层新增功能.....................................................................................................201
10.3.4 连接层新增功能.....................................................................................................202
10.3.5 安全层新增功能.....................................................................................................202
10.3.6 MAC 层新增功能...................................................................................................203
10.3.7 物理层新增功能.....................................................................................................204
10.3.7.1 物理信道改动..............................................................................................205
10.3.7.2 链路速率和系统容量的提高......................................................................206
10.3.7.3 切换能力的增强..........................................................................................206
10.3.7.4 反向链路的分组重传..................................................................................206
10.3.7.5 业务QoS 的增强.........................................................................................208
10.4 Rev A 对A 接口和核心网的要求....................................................................................209
10.5 Rev A 对网络设备的技术要求........................................................................................209
10.6 Rev A 的进一步发展........................................................................................................210
参考文献......................................................................................................................................211
缩略语.........................................................................................................................................215

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