EV-DO

Cуществует несколько ревизий стандарта EV-DO. Первая версия — Release 0 (Rel. 0). Позднее была появлена Revision A (Rev. A) с поддержкой качества обслуживания (QoS) для снижения задержек и повышения скоростей в обоих направлениях. В конце 2006 года опубликована Revision B (Rev. B), поддерживающая агрегацию нескольких несущих для ещё большей скорости и меньшей задержки (см. EV-DO#TIA-856 Rev B ниже). Обновление с EV-DO Rev. A до Rev. B требует программного обновления базовых станций и дополнительного оборудования для новых несущих. Операторам cdma2000 может понадобиться изменить частоты существующих каналов 1xRTT, так как Rev. B требует, чтобы все несущие EV-DO укладывались в спектр до 5 МГц.

Исходная спецификация EV-DO была разработана компанией Qualcomm в 1999 году для соответствия требованиям IMT-2000 на скорость свыше 2 Мбит/с по нисходящему каналу для стационарной связи (не для движущихся мобильных телефонов). Изначально стандарт назывался High Data Rate (HDR), но после утверждения ITU получил имя 1xEV-DO, также известное как TIA-856. Аббревиатура 1xEV-DO изначально расшифровывалась как «1x Evolution-Data Only» и подчёркивала, что технология является развитием радиоинтерфейса 1x (1xRTT) с каналами исключительно для передачи данных. Документ стандарта озаглавлен «cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification», так как cdma2000 — другое название стандарта 1x (он же TIA-2000).

Позднее расшифровка «DO» была изменена на «Data Optimized», поскольку слово «only» часто воспринималось негативно, и полное имя стало «Evolution-Data Optimized». Большинство крупных мобильных операторов отпустили приставку 1x и использовали название EV-DO^[4], чтобы обеспечить лучшее рыночное восприятие технологии.

Ключевое отличие канала EV-DO от 1xRTT — использование временного мультиплексирования (TDM) на прямом (downlink) канале: один мобильный терминал за время своего слота может использовать полностью всю полосу передающего канала в пределах сектора. Для каждого слота EV-DO может независимо выбирать модуляцию и другие параметры передачи: для абонентов с хорошим сигналом применяются сложные схемы модуляции, для слабого сигнала — более надёжные^[5].

Прямой канал делится на слоты длительностью 1,667 мс. Помимо пользовательских данных, в поток добавляются служебные каналы:

• пилот-канал — позволяет мобильным устройствам обнаруживать и идентифицировать канал;
• MAC-канал — информирует устройство о времени доставки данных;
• управляющий канал — содержит дополнительные сведения для мобильных устройств.

Используемая для обмена с мобильным устройством модуляция выбирается самим устройством: оно оценивает уровень и характер принимаемого сигнала, а также помехи, и рассчитывает максимально возможную скорость передачи при средней вероятности ошибок 1–2%. Полученное целое число от 1 до 12 возвращается базовой станции по каналу Digital Rate Control (DRC). Также можно выбрать DRC 0, если устройство не может декодировать данные ни на одной скорости или осуществляет передачу соединения другому сектору^[5].

DRC-индексы имеют следующие значения:^[6]

Важной особенностью прямого канала EV-DO является планирование ресурсов, обычно реализуемое через пропорциональное справедливое планирование: устройство с более высоким индексом DRC получает доступ к каналу чаще, при этом всем предоставляется минимальное гарантированное качество сервиса.

Система использует HARQ. Каждый пакет, передаваемый в несколько слотов, кодируется с помощью турбокода. Мобильное устройство может подтвердить приём пакета до завершения передачи всех его частей; если распознано достаточно данных после первого слота, дальнейшая отправка отменяется. В противном случае передача оставшихся частей продолжается до получения подтверждения или исчерпания слотов^[5].

Обратный канал (uplink) EV-DO Rel. 0 работает подобно 3G1X CDMA2000. Он включает пилот-сигнал (для демодуляции) и пользовательские каналы, а также DRC-канал и ACK-канал (для HARQ), отсутствующие в 3G1X. На обратном канале реализовано только управление мощностью, прямой (downlink) канал всегда передаётся с максимальной мощностью^[6]. Управление мощностью осуществляется по открытой и закрытой петлям: в первом случае мощность определяется уровнем принятого прямого канала, во втором — корректируется до 800 раз в секунду по управляющей информации от базовой станции^[7].

Все каналы обратного соединения объединяются с помощью кодового разделения каналов и передаются на базовую станцию с помощью фазовой модуляции^[8]. Максимальная скорость пользовательских данных — 153,2 кбит/с, однако на практике обычно достигается 20–50 кбит/с.

Ревизия А стандарта EV-DO внесла изменения с полной обратной совместимостью с Rel. 0.

Нововведения включают новые скорости прямого канала, увеличивающие максимальную пропускную способность с 2,45 до 3,1 Мбит/с; протоколы, ускоряющие установление соединения (enhanced access channel MAC); поддержку передачи одного временного слота нескольким устройствам (multi-user packets); добавление флагов QoS и оптимизацию для коммуникаций с низкими задержками и скоростью передачи, таких как VoIP^[9].

EV-DO Rev. A поддерживает следующие скорости прямого канала:^[10]

Помимо изменений прямого канала улучшен и обратный канал: используется более сложная модуляция для увеличенной скорости, добавлен дополнительный пилот-сигнал (по выбору устройства), введено управление уровнем помех, гарантирующее заданный уровень интерференции. Максимальная скорость uplink составляет 1,8 Мбит/с, но на практике достигается 500–1000 кбит/с c бóльшей задержкой по сравнению с кабельным или DSL-подключением.

EV-DO Rev. B является дальнейшим развитием Rev. A с поддержкой множественных несущих. Он сохраняет весь функционал Rev. A и предлагает:

• Повышенную скорость на каждую несущую (до 4,9 Мбит/с на несущую в downlink). Типовые схемы внедрения используют 2–3 несущих для суммарной скорости до 14,7 Мбит/с. Это позволяет запускать сервисы, такие как видео по запросу в высоком разрешении.
• Уменьшенную задержку за счёт статистического мультиплексирования, что важно для приложений с низкими требованиями к задержке (онлайн-игры, видеозвонки, удалённый доступ).
• Снижение энергопотребления — увеличивает «время ожидания» и «разговорное» время устройств.
• Понижение интерференции между секторами — улучшает скорость связи в пограничных зонах.
• Эффективная поддержка сервисов с асимметричными требованиями к скорости загрузки и отправки (например, обмен файлами, просмотр веб-страниц, потоковая передача мультимедиа).

Компания Qualcomm быстро осознала, что EV-DO — временное решение, и сопоставила дальнейшее развитие технологий с появлением стандарта LTE, что обусловило необходимость разработки нового стандарта. Изначально технология носила название EV-DV (Evolution Data and Voice)^[11]. В дальнейшем EV-DV эволюционировал в EV-DO Rev. C.

Стандарт EV-DO Rev. C был определён консорциумом 3GPP2 для расширения возможностей CDMA2000 с учётом требований будущих приложений. Qualcomm видела его естественным развитием CDMA2000; в 2007–2008 годах стандарт был опубликован 3GPP2 (C.S0084-*) и ассоциацией TIA (TIA-1121)^[12].

В 2006 году было введено коммерческое имя UMB (Ultra Mobile Broadband) как синоним EV-DO Rev. C^[13].

UMB задумывался как технология 4G, конкурирующая с LTE и WiMAX, предусматривавшая широкую полосу, низкие задержки и IP-инфраструктуру с возможностью передачи голоса. Массовое внедрение таких сетей позволяет запускать приложения, ранее невозможные для мобильной связи, в том числе потоковое HD-видео и интерактивные приложения с низкой латентностью.

Как и LTE, UMB строился на OFDMA с пропускной способностью до 280 Мбит/с на приём и 75 Мбит/с на передачу. Предусматривалась совместимость и возможность «бесшовного» хэндовера между поколениями CDMA2000 1X, 1xEV-DO и UMB.

Использование OFDMA должно было устранить характерные недостатки CDMA (эффект «дыхания соты», проблемы масштабируемости, ограничение ширины канала и патентные барьеры).

Хотя ёмкость сетей Rel. B можно было увеличить в 1,5 раза посредством EVRC-B и QLIC, решения 1x Advanced и EV-DO Advanced позволяли в 4 раза увеличить пропускную способность за счёт устранения межбазовых помех и интеллектуального управления сетью^[14].

В ноябре 2008 года компания Qualcomm — основной сторонник UMB — объявила о прекращении разработки EV-DO и переходе к работе над LTE. Позже большинство CDMA-операторов выбрали в качестве 4G стандарта либо WiMAX, либо конкурирующий LTE. Ни один оператор не внедрил UMB^[15].

Впоследствии многие функции 4G-сетей, предусмотренные UMB, были добавлены в LTE, сделав его основной эволюционной линией для всех беспроводных сетей.

• Радиоинтерфейс, основанный на OFDMA
• Частотное дуплексирование
• Ширина полосы от 1,25 до 20 МГц (OFDMA наиболее эффективна при ширине каналов более 5 МГц)
• Поддержка интеграции ячеек различного размера (макро-, микро- и пикосоты)
• IP-ориентированная архитектура сети
• Поддержка «плоских», централизованных и смешанных топологий
• Скорость передачи свыше 275 Мбит/с на загрузку и более 75 Мбит/с на отправку
• Существенное повышение скоростей передачи и снижение задержки благодаря продвинутым антенным технологиям на прямом канале:
  • MIMO, SDMA, beamforming
• Повышение ёмкости сектора на обратном канале за счёт квазиортогонального соединения
• Улучшенная скорость передачи на границе соты благодаря адаптивному подавлению помех
  • Динамическое дробное использование частот
  • Распределённое управление мощностью на обратном канале по уровню помех
• Поддержка сервисов в реальном времени за счёт быстрой передачи L1/L2
  • Независимое бесшовное хэндовер-соединение на прямом и обратном канале
• Оптимизация энергопотребления благодаря быстрой сигнализации и полуактивному состоянию (semi-connected state)
• Гибкая сигнализация с малой нагрузкой на управление радиоресурсами
• Быстрый запрос и доступ при помощи кодово-разделённых каналов на uplink
• Новая масштабируемая IP-архитектура с поддержкой кросс-технологичного хэндовера
  • Новые механизмы передачи соединения поддерживают сервисы в реальном времени по всей сети и между различными радиотехнологиями
• Быстрая интеграция и поддержка многоносительных сервисов с помощью «маяков»
• Конфигурации с несколькими несущими позволяют поэтапное внедрение широкополосных и простых устройств