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三种主流3G技术的比较

发布者:上海集科电子有限公司 发布时间:2010.06.25




       伴随着移动增值业务的不断发展,迈向3G(3rd Generation,第三代移动通信)则是各大移动运营商的必然选择。与前两代系统相比,第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务,其传输速率在高速移动环境中支持144kb/s,步行慢速移动环境中支持384kb/s,静止状态下支持2Mb/s。其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量,而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务,同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。


  目前国际电联接受的3G标准主要有以下三种:WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。CDMA是Code Division Multiple Access(码分多址)的缩写,是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式,这种系统的主要缺点是频谱利用率低,信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式,提高了系统容量,并采用独立信道传送信令,使系统性能大为改善,但TDMA的系统容量仍然有限,越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

1、 WCDMA

  全称为Wideband CDMA,这是基于GSM网发展出来的3G技术规范,是欧洲提出的宽带CDMA技术,它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同,目前正在进一步融合。该标准提出了GSM(2G)—GPRS—EDGE—WCDMA(3G)的演进策略。GPRS是General Packet Radio Service(通用分组无线业务)的简称,EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution(增强数据速率的GSM演进)的简称,这两种技术被称为2.5代移动通信技术。根据重组方案,新中国联通将根据该方案重建3G网络。

2、 CDMA2000

  CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,由美国主推,该标准提出了从CDMA IS95(2G)—CDMA20001x—CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术,通过采用三载波使带宽提高。重组之前中国联通正在采用这一方案向3G过渡,并已建成了CDMA IS95网络,根据重组方案,该网络将整体转让给“新中国电信”。

3、 TD-SCDMA

  全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA),是由我国大唐电信公

  司提出的3G标准,该标准提出不经过2.5代的中间环节,直接向3G过渡,非常适用于GSM

  系统向3G升级。根据重组方案,“新中国移动”将根据该标准进行建设,并且已经在初步在部分区域建成投入试运行。

三个技术标准的比较

  WCDMA、CDMA2000与TD—SCDMA都属于宽带CDMA技术。宽带CDMA进一步拓展了标准的CDMA概念,在一个相对更宽的频带上扩展信号,从而减少由多径和衰减带来的传播问题,具有更大的容量,可以根据不同的需要使用不同的带宽,具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力,支持多路同步通话或数据传输,且兼容现有设备。WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA都能在静止状态下提供2Mbit/s的数据传输速率,但三者的一些关键技术仍存在着较大的差别,性能上也有所不同。

1、 双工模式

  WCDMA与CDMA2000都是采用FDD(频分数字双工)模式,TD-SCDMA采用TDD(时分数字双工)模式。WCDMA与CDMA2000能够支持移动终端在时速500公里左右时的正常通信,而TD-SCDMA只能支持移动终端在时速120公里左右时的正常通信。TD-SCDMA在高速公路及铁路等高速移动的环境中处于劣势。

2、 码片速率与载波带宽

  码片速率高能有效地利用频率选择性分集以及空间的接收和发射分集,可以有效地解决多径问题和衰落问题,WCDMA在这方面最具优势。载波带宽方面,带宽越高,支持的用户数就越多,在通信时发生网塞的可能性就越小。在这方面WCDMA具有比较明显的优势。TD-SCDMA系统采用TDD双工模式,因此只需占用单一的1.6M带宽,因而TD-SCDMA对频率资源的利用率是最高的。

3、 智能天线技术

  智能天线技术是TD-SCDMA采用的关键技术,已由大唐电信申请了专利,目前WCDMA与CDMA2000都还没有采用这项技术。智能天线是一种安装在基站现场的双向天线获取方向性,还可以减少小区间及小区内的干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。

4、 越区切换技术

  WCDMA与CDMA2000都采用了越区“软切换”技术,即当手机发生移动或是目前与手机通信的基站话务繁忙使手机需要与一个新的基站通信时,并不先中断与原基站的联系,而是先与新的基站连接后,再中断与原基站的联系。而TD-SCDMA则是采用了越区“接力切换”技术,智能天线可大致定位用户的方位和距离,基站和基站控制器可根据用户的方位和距离信息,判断用户是否移动到应切换给另一基站的临近区域,如果进入切换区,便由基站控制器通知另一基站做好切换准备,达到接力切换目的。

  在切换的过程中,需要两个基站间的协调操作。WCDMA无需基站间的同步,通过两个基站间的定时差别报告来完成软切换。CDMA2000与TD-SCDMA都需要基站间的严格同步,因而必须借助GPS等设备来确定手机的位置并计算出到达两个基站的距离。由于GPS依赖于卫星,CDMA2000与TD-SCDMA的网络布署将会受到一些限制,而WCDMA的网络在许多环境下更易于部署,即使在地铁等GPS信号无法到达的地方也能安装基站,实现真正的无缝覆盖。而且GPS是美国的系统,若将移动通信系统建立在GPS可靠工作的基础上,将会受制于美国的GPS政策,有一定的风险。

5、与第二代系统的兼容性

  WCDMA由GSM网络过渡而来,虽然可以保留GSM核心网络,但必须重新建立WCDMA的接入网,并且不可能重用GSM基站。CDMA20003x从CDMA IS95、CDMA20001x过渡而来,可以保留原有的CDMA IS95设备。TD-SCDMA系统的的建设只需在已有的GSM网络上增加TD-SCDMA设备即可。三种技术标准中,WCDMA在升级的过程中耗资最大。

移动运营商的3G策略

  目前在2G与3G之间衍生出了2.5G技术。2.5G技术突破了2G电路交换技术对数据传输速率的制约,引入了分组交换技术,从而使数据传输速率有了质的突破,是一种介于2G与3G之间的过渡技术。目前中国移动已经建成了2.5代的GPRS网络,通过TD-SCDMA的廉价升级,可以以较小的代价升级到3G网络。

  中国联通前期建设的CDMA IS95网络,正朝着CDMA2000的方向发展。虽然CDMA2000在升级的过程中节省投资,但其网络成本投入也相当大,虽然已经将C网整体卖给了“新中国电信”。但目前尚未建成2.5代的CDMA20001x网络,在与中国移动的2.5代业务竞争上处于劣势。中国移动目前已经推出了基于2.5代网络的彩信业务(MMS,多媒体信息服务),该业务能在手机短信中加载声音、图像、视频等多媒体信息,利用GPRS网络能达到约40Kbit/s的传送速度,揭开了移动多媒体时代的序幕,具有彩屏和弦内置数码相机等新功能的手机立刻走俏市场。但CDMA IS95网络只能基于电路交换方式提供14.4Kbit/s的传送速度,对多媒体信息的发送形成瓶颈。

  我国具有独立知识产权的TD-SCDMA能否在3G技术标准争霸中抢占一席之地倍受关注。TD-SCDMA能有效地节约频谱资源,能够实现从GSM系统的廉价升级,但其通信质量较WCDMA及CDMA2000差。毕竟能否节约频谱资源与投资成本只是政府与运营商们关心的事,作为用户永远是将通信质量作为首选。在我国移动通信市场激烈竞争的格局下,满足用户的需求始终是运营商们努力追求的目标,将来TD-SCDMA可能会在低端3G市场得到应用。考虑到中国移动的客户拥有量的稳定性,许多客户对改缺点应该能够容忍。

  目前TD-SCDMA技术尚未被国外的运营商所采纳,其研发进度落后于WCDMA与CDMA2000。目前“TD-SCDMA产业联盟”包括大唐电信、南方高科、华立、华为、联想、中兴、中国电子、中国普天等8家企业,使该技术迈向商用有了强大的技术力量支持,中国移动的加入可能能给该技术的进一步提高带来活力。

国际上3G网络的发展情况

  日本是全球提供3G业务最早的国家,也是最成熟的国家之一,NTTDoCoMo于2001年10月开通了全球第一张WCDMA商用网络。为推动日本3G 市场发展,日本政府于2005年又发放了两张WCDMA制式的3G许可证,软银和eMobile获得了这两张3G许可证。

  来自电信研究院的数据显示,日本的2G用户从2003年开始减少,向3G用户转移。2006年,日本的3G用户超过2G用户,标志着日本真正进入3G时代。截止到2007年底,日本的3G用户达到8330.4万户,占总移动用户的82.9%。

  在电视或电影中,观众经常能看到日本用户通过手机进行视频聊天或者高速上网下载音乐、游戏等场面。在日本,娱乐业务与3G技术实现了出色的融合。通过手机下载音乐在日本成为潮流。此外,通过手机进行支付也是日本3G用户市场的一大特色,调查显示,截止到2007年4月,NTTDoCoMo的移动支付用户达到2150万。移动支付业务向消费信贷领域渗透,用户可以通过手机透支消费的消费理念在日本逐渐流行。

  继日韩之后,欧洲市场是3G商用发展的热点地区。数据显示,在欧洲部分国家甚至已经达到了100%,开发新兴数据业务寻求新的突破点是运营上对3G技术的期望。目前,如英国、西班牙、芬兰、挪威、德国、卢森堡、克罗地亚等许多国家和地区都已经开通或正在试运行3G网络,并且他们都采用了 WCDMA/UMTS技术。

  但欧洲3G市场自2007年以前发展缓慢,进入2007年后欧洲3G市场开始提速。电信研究院调查显示,2007年随着欧洲地区WCDMA用户发展的全面提速,其用户份额也大幅上升,2007年底预计将达到57.64%。

  与此同时,欧洲3G市场在商用网络部署方面步伐加快,电信研究院的分析称,2007年,欧洲部署的HSDPA和HSUPA商用网络都占到了部署总量的一半以上。2007年,欧洲共部署了38个HSDPA商用网络和18个HSUPA商用网络,分别占当年前部署总数量的51%和69%。截至2007年底,欧洲累计部署了111个WCDMA商用网络、96个HSDPA商用网络和18个HSUPA商用网络,在总量中所占比例分别为54%、56%和69%。

  北美市场目前由CDMA2000作为主导。数据显示,截至2007年8月,北美市场拥有超过1.35亿3G用户。CDMA2000用户占北美总3G用户的96%的市场份额。CDMA2000仍然是北美3G市场的最主要主导。CDMA发展集团的一份报告显示,仅从移动数据服务这一项,CDMA2000服务供货商的投资就可每季产生30多亿美元的收入,如加上语音业务的收入,这些运营商每季度可再进账190亿美元。

  非短信数据业务的收入占据58%,在北美3G市场上占有重要地位,电信研究院的分析则显示,北美的移动数据业务起步较晚,但非短信数据业务收入占比却比西欧(37%)和亚太 (49%)要高,一方面是因为北美短信起步较晚且发展缓慢,给其他数据业务提供了发展契机;另一方面是因为北美运营商普遍采取低资费或不限制数据流量的策略。

  综上所述,三种标准各有优缺点,在我国未来的发展中究竟谁更能占据优势还不得而知,预计在很长的时间内,都会呈现“三足鼎立”的局面,而且会一直延续到第四代网络标准的出现,所以在未来国内我们预计决定三大运营商成败的关键并非是技术层面的,而更可能决定于经营层面的战略战术。






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