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EV-DO物理层前向工作原理及 容量估算 摘要：目前关于EV-DO的基本主要文献中，对其物理的描述多存在一些不妥甚至错误，对EV-DO的速率形成说法也各不相同，很多地方相互矛盾。这篇文章在仔细研究几部主要著作[2,3,5]以及3GPP2必威体育精装版规范文档[1]的基础之上，对EV-DO物理层特性进行严格分析，并得到EV-DO前向链路的速率形成以及发信框图，同时更正了包括3GPP2规范文件在内的一些著作中的主要错误，并提出用户数据的安全问题，对EV-DO的深入研究打下了良好的基础。 1. EV-DO前向物理信道的构成 EV-DO的前向物理信道由导频信道、MAC信道、前向业务信道与控制信道构成，其中MAC信道分为RPC信道、DRCLock信道以及RA信道。如图1所示。各个信道的功能和特性我们在下文将做详细介绍。 EV-DO前向链路的传送以时隙为单位，每个时隙在时间上持续1.667ms，有2048个码片，发送频率为600Hz，其时隙结构如图2所示。同一个用户的若干个时隙构成一个物理分组（EP）。一个前向物理分组可以占用1~16个时隙，当时隙中携带用户业务数据时，时隙处于激活状态，各信道的消息按照一定的顺序、码片长度进行复用。在没有用户数据业务的时候，处于空闲状态，只发送MAC信道和导频信道。 由图2 我们看出，在一个时隙中，导频信号将被发送两次，每次占用96码片，其发送频率为1200Hz。MAC信道的信号和导频信号是在一起的，每次导频信号之前以及之后都会伴随着64码片的MAC信号。业务信号占用了一个时隙的绝大部分空间，共有1600个码片，但是事实上它不完全用来传送用户的业务数据，它同时还担任了导言信号和控制信号的传送。 表1给出了系统工作在下行链路的调度速率（关于调度速率，我们在下文将会解释），以及各速率在信道调制和处理的过程中每个EP的参数。希望在下文的速率分析中，读者能够充分利用这张表格。 本节的最后，我们给出EV-DO前向发信框图，以方便读者的理解和下文的陈述。图3给出了EV-DO系统前向发信框图。图3中我们还给出了各信道的速率形成过程，并对文献[1]中的一些描述做了改动，更便于读者的理解。 2. 前向导频信道 前向导频信道主要提供AT(Access Terminal)进行初始捕获、相位恢复、时间恢复和最大比合成。AT可以通过导频强度来估计C/I，从而在数据信道上传输数据时，AT可以通过DRC信道来实现前向速率控制。 与IS-95 1x系统不一样的是，EV-DO的导频是以时分方式发送的。由于各个基站是时间同步的，那么EV-DO系统中所有基站发送导频的时间都是一致的，且为满功率发射[1]，因此移动台估计出来的导频强度能够较快并且较为准确地反映各基站在同一时刻的信号和干扰情况，对信道环境的适应能力较强。 EV-DO的导频信道每半个时隙发送一次，其发送频率为。如图3标注，导频序列的原始输入是长度为96比特的全0比特流，经过双极性码的映射后变为全+1序列，再使用携带相位信息的Walsh码覆盖之，覆盖运算使用逐位相乘即可实现，每段连续的导频序列所携带的Walsh码被重复1.5次。 我们可以计算出每个EP中导频信息所占的码片数，比如38.4kbps调度速率下，一个EP由16个时隙组成，即32个“半时隙”，共含有32×96＝3072个码片的导频信息，如表1所示。 由此我们知道，导频信道的速率为，由于导频信息在I路上传送，故Q路使用与I路相同速率的全0码流填充。在文献[2]中提到，前向“导频信道采用16位的Walsh码扩频，每16个码片传输一个比特”，如果这里采用的是16阶Walsh码扩频，那么速率将是，并且系统没有对导频信道的码流进行截断操作，因此这个观点明显是错误的，希望读者加以注意。 2.1 导频PN序列 在图3中我们可以看到，上述115.2kbps的导频码流经过TDM模块的成帧之后，将进入到正交扩频，正交扩频中使用的和是长度为15位的正交PN码，协议中将其称为导频PN序列[1]，它们的m序列特征多项式为： （式1） 由式1产生的PN序列长度为码片，由于15阶m序列的一个周期中，会且仅会出现一次14个连‘0’的输出，系统在每次识别到14个连‘0’之后立刻向序列中再插入一个‘0’，即产生15个连‘0’，此时系统的PN序列长度为32768个码片。 由图3知道，由于正交扩展模块的输入信号是1.2288Mcps，因此PN序列的速率与之相匹配，为1.2288Mcps，一个PN序列的周期将持续。 2.2 前向导频信道的作用 我们知道，不同的基站使用不同时间偏移的PN序列，每个基站都有一个偏移因子来进行标识，偏移因子的取值在0~511，共512个，而相邻的偏移因子所对应的PN序列之间有64码片的偏移，有成立。 假设用户AT在