全球三大3G标准的技术性比较分析

2008-10-24 chenmo 手机达人

目前,中国的3G即将进入商用化应用阶段,对技术标准的取舍选择也成为移动运营商要仔细考虑的问题,因此有必要对这三种主流技术标准进行比较分析。

本文作者通过介绍和对比分析3G的三大主流技术,预测和展望了各种技术在未来的应用前景,并提出了自己的观点。

三种主流的3G技术标准--WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA,在技术上各有千秋,从目前的情况来看,不会出现哪种标准“一统江湖”的局面,而至于谁能在3G时代占据更大的市场份额,关键是看哪个技术标准更符合市场需求和竞争的需要。

而需要注意的是,虽然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同属3G的主流技术标准,但是仍然可以将其分为两类:cdma2000、WCDMA并作一类,TD-SCDMA则和前两者分开讨论。之所以可以这样做,是因为在技术上cdma2000和WCDMA是FDD的标准,而TD-SCDMA则是一个TDD标准。(彻底调查)

对比报告全文:

2000年5月,国际电联(ITU)在土耳其召开全会,经对IMT-2000无线接口技术标准的10个候选方案的频谱效率、网络接口、QoS、技术复杂性、覆盖率、灵活性和设备体积等诸多方面的全面评估,正式确认了五种标准,分别是MS-CDMA、DS-CDMA、TD-CDMA和SC-TDMA、MC-TDMA,这是一个以CDMA技术为主体,兼顾TDMA技术,包含FDD和TDD两种双工方式的多元化体系标准。

从移动通信技术发展趋势和可实现业务功能分析,基于CDMA制式的3种标准被普遍看好,分别对应cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA三种技术,它们被认为是3G的三大主流应用技术标准。目前,中国的3G即将进入商用化应用阶段,对技术标准的取舍选择也成为移动运营商要仔细考虑的问题,因此有必要对这三种主流技术标准进行比较分析,以期为我国3G标准的选择提供有益的参考。

主流3G标准概要

1. cdma2000

cdma2000是从cdmaOne演进而来的第三代移动通信技术。事实上,cdma2000标准是一个体系结构,称为cdma2000 family,它同样还包含一系列的子标准。其技术特点如下:

前反向同时采用导频辅助相干解调;在扩频码选择采用相同M序列,通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频带宽从1.25MHz到20MHz可调;快速前向和反向功率控制;下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测,提高系统容量;在下行信道传输中,定义直扩和多载波传输两种方式,码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps,多载波方式能很好地兼容IS-95网络;支持F-QPCH,可延长手机待机时间;核心网络给予ANSI-41网络的演进,并保持与ANSI-41网络的兼容性;支持软切换和更软切换;设计了两类码复用业务信道,基本信道用于传送语音、信令和低速数据,是一个可变速率信道,补充信道用以传送高速率数据,在分组数据传送上应用了ALOHA技术,改善传输性能;在同步方式上cdma2000与IS-95相同,基站间同步采用GPS方式。

cdma2000的发起者主要以美国和韩国为主的以IS-95 CDMA为标准的制造商和运营公司,cdma2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点,网络运营商同样可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。

2. WCDMA

WCDMA的主要技术指标是:支持高速数据传输(慢速移动时384kb/s,室内走动时2Mb/s),异步BS,支持可变速传输,帧长10ms,码片速率3.84Mb/s。其主要特点如下:

基站同步方式:支持异步和同步的基站运行方式,组网方便、灵活;调制方式:上行为BPSK,下行为QPSK;解调方式:导频辅助的相干解调;接入方式:DS-CDMA方式;三种编码方式:在话音信道采用卷积码(R=1/3,K=9)进行内部编码和Veterbi解码,在数据信道采用ReedSolomon编码,在控制信道采用卷积码(R=1/2,K=9)进行内部编码和Veterbi解码;适应多种速率的传输,可灵活地提供多种业务,并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源,同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比(对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的业务)和多码并行传送(对于高于128kb/s的业务)的方式来实现;上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰,提高了系统容量,同时也降低了传输的功率;核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并保持与GSM/GPRS网络的兼容性;BTS之间无需同步因BS可收发异步的PN码,即BS可跟踪对方发出的PN码,同时MS也可用额外的PN码进行捕获与跟踪,因此可获得同步,来支持越区切换及宏分集,而在BTS之间无需进行同步;支持软切换和更软切换,切换方式包括三种,即:扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。

WCDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商,WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点,标准化进展顺利,网络运营商可以通过在GSM网络上引入GPRS网络设备和新业务,培育数据业务消费群体,逐步过渡到3G。

3. TD-SCDMA

TD-SCDMA较前两种技术标准略显稚嫩,其主要技术特点如下:

信号带宽为1.23MHz;码片速率为1.28Mchip/s;采用智能天线技术,提高了频谱效率;采用同步CDMA技术,降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度;接收机和发射机采用软件无线电技术;采用联合检测技术,降低多址干扰;多时隙,具有上下行不对称信道分配能力,适应数据业务;采用接力切换,降低掉话率,提高切换的效率;语音编码:AMR与GSM兼容;核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并保持与它们的兼容性;基站间采用GPS或者网络同步方式,降低基站间干扰。

TD-SCDMA目前主要是西门子公司和中国大唐集团在开发,较前两个技术标准而言,对TD-SCDMA进行大力支持和结成产业联盟的企业还比较少。



三种主流标准的比较

虽然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同属3G的主流技术标准,但是仍然可以将其分为两类:cdma2000、WCDMA并作一类,TD-SCDMA则和前两者分开讨论。之所以可以这样做,是因为在技术上cdma2000和WCDMA是FDD的标准,而TD-SCDMA则是一个TDD标准。

1. WCDMA与cdma2000

WCDMA和cdma2000都满足IMT-2000提出的全部技术要求,包括支持高比特率多媒体业务、分组数据和IP接入等。这两种系统的无线传输技术均基于DS-CDMA作为多用户接入技术,单就技术来说,WCDMA和cdma2000在技术先进性和发展成熟度上各具优势,但总体来看,WCDMA似乎更胜一筹,以下是WCDMA相对cdma2000的一些优势所在:

(1) WCDMA使用的带宽和码片速率(3.84Mcps)是cdma2000 1x演进家族的三倍以上,因而能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。此外,更高的码片速率也改善了接收机解决多径效应的能力。

(2) WCDMA在小区站点同步方面的设计是使用异步基站,而cdma2000基站则通常通过GPS实现同步,这将造成室内和城市小区(采用室内天线)部署的困难。

(3)由于支持1xEV-DO的TDM接入系统采用共享时分复用下行链路,它具有固定时隙,因此cdma2000物理层兼容性较差。

(4) WCDMA较cdma2000能够更加灵活地处理话音和数据混合业务。

(5) WCDMA进行功率控制的频率几乎是cdma2000的两倍,达到每秒1500次(1.5kHz),因而能保证更好的信号质量,并支持更多的用户。

(6) cdma2000的导频信道大约需要下行链路总传输功率的20%,相比之下WCDMA只需要约10%,因而可以节省更多的公用信道的开销。

(7)为支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务(如计费、安全、漫游等)也支持WCDMA业务,而为了完善新的数据/话音网络,cdma2000 1x必须添加额外的网元或进行功能的升级。

(8)在混合话音和数据流量方面,WCDMA的系统性能比cdma2000也表现得更加出色。

因此,从技术的角度来讲,WCDMA具备一定优势,各家电信企业也因此更加倾向于采用该标准。

另外,在传统网络基础和市场推广上,WCDMA占据着更大的优势。由于全球移动系统有85%都在用的GSM系统,而GSM向3G过渡的最佳途径就是历经GPRS演进到WCDMA,所以传统网络上的绝对优势使得cdma2000难以对WCDMA望其项背。

2. TD-SCDMA

TD-SCDMA与WCDMA和cdma2000相比,具有如下的特点和优势:

(1)频谱利用率高:TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技术,在传输中很容易针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点,因而可以使总的频谱效率更高。

(2)支持多种通信接口:TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口要求,基站子系统既可作为2G和2.5G的GSM基站的扩容,又可作为3G网中的基站子系统,能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。

(3)频谱灵活性强:TD-SCDMA第三代移动通信系统频谱灵活性强,仅需单一1.6M的频带就可提供速率达2M的3G业务需求,而且非常适合非对称业务的传输。

(4)系统性能稳定:TD-SCDMA收发在同一频段上,上行链路和下行链路的无线环境一致性很好,更适合使用新兴的"智能天线"技术;利用了CDMA和TDMA结合的多址方式,更利于联合检测技术的采用,这些技术都能减少了干扰,提高系统的性能稳定性。

(5)与传统系统兼容性好:TD-SCDMA支持现存的覆盖结构,信令协议可以后向兼容,网络不必引入新的呼叫模式,能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。

(6)系统设备成本低:TD-SCDMA上下行工作于同一频率,对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术,这也可达到降低成本的目的;在无线基站方面,TD-SCDMA的设备成本也比较低。

(7)支持与传统系统间的切换功能:TD-SCDMA技术支持多载波直接扩频系统,可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等,在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。

当然,与前两种标准相比,尤其是与WCDMA比起来,TD-SCDMA也有“尚显稚嫩”的地方。比如,在对CDMA技术的利用方面,TD-SCDMA因要与GSM的小区兼容,小区复用系数为3,降低了频谱利用率。又因为TD-SCDMA频带宽度窄,不能充分利用多径,降低了系统效率,实现软切换和软容量能力较困难。另外,TD-SCDMA系统要精确定时,小区间保持同步,对定时系统要求高。而WCDMA则不需要小区间同步,可适应室内、室外,甚至地铁等不同的环境的应用。另外,WCDMA对移动性的支持更加优质,适合宏蜂窝、蜂窝、微蜂窝组网,而TD-SCDMA只适合微蜂窝,对高速移动的支持也较差。尤其是在从GSM网向3G的过渡过程中,WCDMA的优势更加明显。因此,从目前的情况来看,TD-SCDMA和WCDMA虽然各具优势,但WCDMA更应成为3G过渡的主流标准。


结论性分析

三种主流的3G技术标准--WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA,在技术上各有千秋,从目前的情况来看,不会出现哪种标准“一统江湖”的局面,而至于谁能在3G时代占据更大的市场份额,关键是看哪个技术标准更符合市场需求和竞争的需要。对于这个问题的分析,除了要从前文所述的各项技术特点以及厂家供货环境、全球范围内广泛采用的程度等入手外,还要结合各国国情、各运营商的具体情况以及市场竞争等因素进行考虑。

单就中国而言,由于我们是发展中国家,所以如何保护现有的网络投资并使其产生最大的效益是首先值得重视的问题。因此,在满足业务发展需要的同时,要充分利用已建的2G网络,保护用户业务的连续性,这就要求新建的3G网络必须与第二代网络有很好的后向兼容性。符合这些条件的3G标准,WCDMA应是首选。

其次,中国之所以发展3G,一个迫切的需要是为了解决当前所面临的频谱资源日益短缺的问题;另外,由于我国人口众多且经济发展不平衡,造成了业务分布的不均匀性,移动通信的主要用户和业务大部分集中在中心城市和部分人口密集的地区,这就要求我们选择的标准应当是频谱利用率较高的技术制式。在这一点上,TD-SCDMA的优势更明显一些。

第三,对于中国的运营商来讲,3G建设初期最主要的任务还是要完成大规模覆盖,实现基本漫游,待基本业务和用户群稳定后,再进一步考虑网络容量的增加,业务种类的丰富。WCDMA在大规模覆盖上有自己的技术优势,将是初期的优选。

第四,如果考虑竞争带来的价格因素,则WCDMA的优势更突出。这是因为与其它技术标准相比,WCDMA在全球范围内已经形成多厂家供货的局面,这势必带来设备价格和产品质量的竞争,在市场杠杆的调节下,设备和服务价格会不断降低,质量不断提高,是非常有利于运营商降低建设投资的。

最后,出于对民族工业的支持,TD-SCDMA在中国一定要上。我国已经在1G、2G时代落后于世界了,如果能够基于自主产权的TD-SCDMA形成3G产业链,就可能带动起中国的通信制造业、运营业等的快速发展,从而取得赶超世界先进的良机。

综合如上的种种分析和考虑,我国对3G技术标准的选择,以WCDMA和TD-SCDMA的结合为宜。利用WCDMA在大规模覆盖、远距离通信等领域的优势组建全国和国际网络、快速实现无缝覆盖,而在人口密集和手机上网需求密集的地区则可以选择TD-SCDMA。当然,选择这两种标准也是由于在技术上FDD和TDD方式可以实现互补。

可以预见,在我国的3G发展中,WCDMA将以其自身的诸多优势在市场需求中占据大片江山。TD-SCDMA则会以独有的技术特色和独特身份,在3G市场上占有一席之地,但它可能更多的是作为WCDMA的有益补充,应用在不对称业务需求量比较大、用户移动性又比较小的高密度地区。而cdma2000标准则可能只有2G时代即依托CDMA的中国联通会采用了

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