“無線”是近年來最熱門的網絡話題之一,無論是傳統的網絡廠商還是整機廠商都紛紛推出的基于各自無線上網技術的產品。這也使得我們能夠隨時隨地的置身與網絡之中,隨時與信息同步,大大豐富了辦公應用范圍,也 使得生活娛樂更加出色。
在眾多無線網絡標準中,基于802.11系列協議的WLAN、GPRS和CDMA技術無疑是最受人關注的。802.11系列具有帶寬高、兼容性好,設備價格相對便宜的優勢,但無奈這只是一個無線局域網標準,覆蓋范圍及其有限,若用于大范圍的移動辦公,802.11系列是無法滿足的。此時基于手機移動網絡的GPRS和CDMA無線技術就體現出自身的優勢。
GPRS技術淺析
GPRS是英文General Packet Radio Service的縮寫,即通用分組無線業務。它是在原有的GSM數字移動通信系統之上的升級版本,其通過增加相應的功能實體和對現有的基站系統進行部分改造來實現,因此不用重新建立發射基站,投入并不大,技術上也沒有太大難度,而且由于其兼容于GSM技術,使得原有手機也不用升級,可以繼續適用,具備很好的向下兼容性。而與原來GSM的撥號的電路交換數據傳送方式相比,GPRS采用了分組交換技術。分組交換把數據按一定的長度分割為許多小段的數據,這樣就形成一個一個的數據組。在發送出去之前,這樣數據組還需要被封裝成許多獨立的封包(Packet),并對每個封包進行標識,以確保能夠準確的到達目的。發送時,通過在在一條物理線路上采用動態復用的技術,同時傳送多個數據封包。接收端在收到封包后并不立即解開,而是將封包暫時存放在交換機的存儲器內,接著才在網內進行轉發,達到目的地后,去掉封包標示,將各數據字段按順序重新裝配成完整的報文,即可完成對數據的還原。由此可以看出分組交換技術兼有電路交換和報文交換的優點,比起電路交換的電路利用率更高,比報文交換的傳輸時延更小,而其還具有很好的交互性,更能適應目前的網絡需求。
我們這里討論的GPRS技術是指,通過基于GPRS技術的網卡直接到Internet的方式,他是GPRS技術的主要應用點之一,其網絡架構(如圖)是首先通過具備私有地址的網卡通過無線信號發送至基站,在接收到數據包后,基站將其傳送給計費支撐系統,進行開始按流量進行計費,從計費支撐系統(BSS)出來后,數據包被傳送到服務GPRS支持節點(SGSN)進行記錄移動臺的當前位置信息,并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數據的發送和接收。經過 GGSN數據包進入了GPRS骨干網,假如需要電信級別的服務,如MMS(多媒體短信服務)、SMS(文本短信服務)服務等,就在這一骨干網內傳輸到其它服務器進行解決。而我們的目的是上網,因此通過GPRS骨干網數據包來到網關型GPRS支持節點(GGSN),通過分配公用ip,再通過防火墻的過濾,最后即可連接至Internet。
中國移動通信集團是GPRS有力的支持者,早在1999年8月,中國移動就開始了GPRS網絡技術和業務試驗。經過多年的測試及對原有GSM系統的改造,GPRS網絡已經在2002年5月17日,世界電信日這一天正式在全國范圍內160個城市投入商用。目前GPRS已經覆蓋全國所有省會城市和大部分大中城市,并具備自動漫游功能。
CDMA2000 1x技術淺析
CDMA是英文Code-Division Multiple access的縮寫,即碼多分址技術。第二代移動移動通信系統有多種實現方式,其中歐美和國內都是基于的GSM、美國和其它亞洲技術是基于的 CDMAOne、拉美采用TDMA、日本是PDC。與GPRS由GSM技術改進而來不同,CDMA 1x是在擴頻通信技術的基礎上發展而來,擴頻通信技術屬于數字通信技術的一個分支,最早出現在軍事通信技術領域,在20世紀90年代初期才轉為民用通信技術。CMDA的主要類型有IS-95、CDMA2000等幾種。其中IS-95系列的IS-95A技術也就是前面所提到的CDMAOne, CDMA2000也未來3G(第三代移動通信系統)的一種網絡類型,這里討論的CDMA2000 1x也就屬于CDMA2000技術之一,不過現在的CDMA2000 1x還屬于CDMA2000的第一個階段,距離真正屬于3G的CDMA20001XE到來還需要經過2個階段的改進,因此GPRS全面的改進而言, CDMA2000 1x距離3G已經是半步之遙。
CDMA2000是在IS-95基礎上演變而來的技術,根據頻分復用和時分復用的基礎上發展而來。頻分復用將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子頻帶(或稱子信道),每一個子信道傳輸一路信號。特點是獨占時隙,而信道資源共享,每一個子信道使用的時隙不重疊。而時分復用則將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片(簡稱時隙),并將這些時隙分配給每一個信號源使用,每一路信號在自己的時隙內獨占信道進行數據傳輸。CDMA則使得所有子信道在同一時間可以使用整個信道進行數據傳輸,相當于這兩者的結合,這樣一來它在信道與時間資源上均可以實現共享,因此,信道的效率高,系統的容量大。
CDMA2000的技術原理是基于擴頻技術,即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數據用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼(PN)進行調制,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調制并發送出去;接收端使用完全相同的偽隨機碼,與接收的帶寬信號作相關處理,把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴,以實現信息通信。而相比CDMA2000,CDMA2000 1x還升級了空中接口,采用了前向快速功控、新的發射分集方式和反向導頻信道,使得信道容量和用戶容量均有大幅增加,而且提高了信道的抗衰落能力。憑借其大容量、高質量、軟切換優點,因此更能符合目前網絡發展的要求。
CDMA2000 1x網絡的架構和GPRS也有很多不同,一臺CDMA2000 1x設備接入的Internet步驟首先是通過無線信號通過基站(BTS)的接收,進入到基站控制器(BSC),其中包含了兩個步驟,首先在BSC中進行基站控制器連接處理,并將數據送往下一個業務數據單元進行計費處理。從BSC出來,數據被進行分類處理,非語音數據被送往分組控制點(PCF),被檢測是用于轉發無線子系統還是傳送到Internet信息。被檢測到傳送到Internet信息后,數據通過核心網而被發送至分組數據點(PDSN)進行分配公網IP、壓縮、安全性和鑒權等處理,從而最終完成到 Internet的連接過程。
中國聯通2002年開始建設CDMA網絡,在2003年又把CDMA2000網絡全面升級為 CDMA2000 1X網絡,在當年的7月初正式投入商用。此時的CDMA2000網絡已經具很大的規模,覆蓋率達到96.2%,在覆蓋區內都能夠實現CDMA2000 1X移動數據通信;CDMA2000 1x網絡的無線接通率水平達到了98.51%的高水平,屬于比較理想的網絡;掉話率水平已降到0.33%以下。
既然兩者都是屬于2.5代的移動通信系統,而且使用的技術各不相同,這就為不少用戶的選擇帶來了不少煩惱,到底什么樣的網絡才適應與自己的需求呢?下文將對此作進一步的分析。
帶寬對比 CDMA2000 1x優勢明顯
帶寬是評價網絡性能的重要標準,也就是指在固定的的時間內可傳輸的資料數量,亦即在傳輸管道中可以傳遞數據的能力。通常在表達網絡帶寬時用每秒可傳輸的數據位數(bps)來表示。
GPRS采用GSM Phase 2+標準,在該標準中提出,GPRS可以具有四種不同的編碼方式,即CS-1、CS-2、CS-3、CS-4,分別提供不同等級的錯誤保護能力,這些編碼方式在每個時隙可提供的傳輸速率分別為:9.05Kbps、13.4Kbps、15.6Kbps、21.4Kbps。每個用戶最多可同時使用8個時隙,所以GPRS理論上最高傳輸速率為21.4Kbps x 8 = 171.2Kbps。不過這其中包含了一些分組數據打包以及信道復用的一些數據,假如去掉這些開銷,每個時隙上可實現最高可以達到15Kbps左右的信息傳輸量,這樣GPRS數據傳輸的峰值帶寬就可達到15Kbps x 8 = 120Kbps左右。在實際數據是網絡帶寬還要收到網絡質量的差別的影響,這是采用的編碼方式自然會發生變化,此外終端支持也對帶寬有重要的影響,因此最終的帶寬自然也大大折扣。據用戶測試表明,GPRS網絡的實際接入速度在15Kbps~40Kbps之間,在使用軟件的優化加速系統后,帶寬可以穩定在 60Kbps~80Kbps之間。
從前文的CDMA2000 1x技術淺析就可以看出,其采用碼分多址技術,可以在條線路內捆綁多個碼分信道,而且配合新升級的空中接口,同時對前向及反向信道進行擴充,提供了豐富的信道結構,使得每個信道的傳輸帶寬也提升到原有的大大提高。假如用于傳送語音業務,CDMA2000 1X系統的總容量是IS-95系統的2倍;假如傳送數據業務,CDMA 2000 1X的系統總容量是IS-95系統的3.2倍。CDMA2000 1x采用可變長度的信道碼(Walsh)進行數據傳輸,最終的帶寬也就和使用的Walsh碼息息相關,前向64階walsh碼的信道傳輸速率是 9.6Kbps,32階時為19.2Kbps,依此類推,達到最小的4階的Walsh碼就可實現153.6Kbps的傳輸速率,這也是CDMA 2000 1X所能達到的最大理論帶寬。不過相對GPRS而言,CDMA2000 1x就沒有那么多數據開銷了,實際的網絡運營中,在考慮保證語音通信的前提下,實際的帶寬在80Kbps~100Kbps之間(取決于信號強弱),這仍然要領先于GPRS不少。
網絡延時對比 CDMA2000 1x仍具優勢
網絡延時是指收到從數據包發出那一刻到目標收到數據包那一刻之間所需要的時間間隔。任何網絡傳輸協議都存在的問題只是或多或少而已。假如網絡延時過大就會造成操作的不連貫,用戶發出的一個操作指令需要經過很長的時候才能收到回饋,因此也會給人反映緩慢的感覺。網絡延時常用毫秒(ms)來表示,1000毫秒=1秒,數值越大網絡延時也就越大。
GRPS的分組交換的基本過程是把數據先分成若干個小的數據包,可通過不同的路由,以存儲轉發的接力方式傳送到目的端,而組裝成完整的數據。因此分組交換并不是實時系統,延時具備不固定性。GPRS系統會有200ms~1000ms的延時,再加上服務器端處理信號的時間,網絡延時會比較嚴重。
CDMA2000 1x則沒有這樣存儲轉發的過程,所有數據一旦完成擴頻,通過載波發送出去,在基站的控制器連接處理點即可快速的完成解擴,并立即進行轉發,因此數據延時大大減小。其網絡延時主要來自于各接入點之間的處理過程,因此并不嚴重,一般維持在100ms~300ms之間,屬于可以接受的范圍。這方面比起GRPS來優勢就很明顯了。
信號覆蓋范圍對比 CDMA2000 1x險勝
無線網絡的信號覆蓋范圍是指基站發射的有效信號所能達到的最遠距離,無線電波在空氣中呈圓形傳播,信號所能達到的最遠距離即可看做這個圓形傳播的半徑,而這個圓形就是我們所說的信號覆蓋范圍。其最遠由于發射功率不可能太大,因此難免會有信號電波波型衰減的情況出現。在空曠地帶假如沒有阻隔,信號的能夠完全覆蓋到該范圍內。但實際情況是,這樣的空曠經常很難達到,地理、建筑等諸多因素,導致電波信號收到一定的阻隔,產生衰減,因此并不是說信號覆蓋范圍內的所有區域都是完全接受到。無線網絡的基站的建設基于蜂巢式的構架,即在一個基站的四周安排有5個基站,這樣環環相扣構成一個完整的無線網絡。
習慣性的看法是中國移動的信號比聯通更好,不過這只限于GSM網絡的語音通話而言,并不等于 GPRS和CMDA2000 1x的數據通訊,他們的網絡類型各不相同,都需要在原有的技術上升級換代。因此并不能完全劃上等號,得出中國移動的GPRS信號覆蓋范圍就好于聯通的 CMDA2000 1x的結論。
GPRS采用900/1800MHz的頻率段,而其中900MHz被主要采用,其頻率較高,因此繞射能力弱,傳輸損耗大,覆蓋范圍較小。在空曠地區900MHz頻率可覆蓋26.9km的半徑,2269km2的面積。因此可以看出GPRS更適合在城市中使用,用于農村通信不很適合。不過依靠中國移動分布于各地的大量基站,彌補了GPRS的這一缺點。
CMDA2000 1x采用450/800MHz的頻率段,其中800MHz被主要采用,其頻率稍低也因此帶來了更強的繞射能力和更小的電波視距損耗,其覆蓋面積也較大。在空曠地區800MHz頻率可覆蓋29.4km的半徑,2712km2的面積。從這一點來看CDMA2000 1x要稍好于GPRS一點,但改進并不大。但不得不提的是,由于CDMA2000 1x網絡容量大,在同一個載頻答應更多的用戶打電話或是上網。此外經過多年的建設CDMA基站數量已經和中國移動的相差無幾。因此綜合考慮,GPRS網絡覆蓋不如CDMA2000 1x。
安全性對比 各有不足都有待提升
安全性的問題盡管個人用戶關心較少,但對于公司、企業、用戶而言則是對于高度敏感的,一旦機密內容被竊取,造成的損失是無可估計的。無線網絡不同于有線網絡,只要在接收范圍內,理論上都有被竊取的可能,因此不少用戶也對于無線網絡懷有戒心。
GPRS系統的無線接入鏈路上,為了保護用戶身份的機密性,用臨時邏輯鏈路標識(TLLI)與路由區域標識(RAI)來鑒別用戶,而不是直接用使用輕易破解的國際移動用戶識別符(IMSI)來鑒別用戶身份。TLLI與IMSI的關系保存在SGSN(服務支持節點)的數據庫中且只有移動臺(MS)和SGSN知道,因此使得用戶位置不可能被追蹤到。而對于數據的機密性保護,GPRS采用了GEA算法對數據進行加密,其有效密鑰長度小于64 位,加密密鑰為 10 個十六進制字符(0-9 和 A-F)或 5 個 ASCII 字符,實踐證實這并不安全。
CDMA2000 1x最先是來自于軍用的無線技術,因此安全性也同樣值得信賴。其接入時使用多重認證的機制,在無線接入網認證中采用CHAP認證法,在分組網認證中采用 PAP認證發,但這種兩種認證都是基于用戶名/密碼方式和IMSI的方式,相對而言并不如GPRS來得可靠。而對于數據的加密,CMDA是采用隨機產生一個42位偽碼的方式,如強行破解則有4G種可能,顯然這種方式更加難以被破解 。
因此無論是GPRS還是CDMA2000 1x都或多或少的存在著安全性的隱患,GPRS在保護用戶身份的機密性方面做的更好,而CDMA2000 1x的優勢是對于數據的加密程度。本回合的較量中兩者達成平手。
兼容性對比 GPRS后天不足
既然兩者都都是基于2G到3G的演變階段,未來都是肯定要趨于淘汰的產品,那么能否過渡到3G時代繼續使用就顯得很重要。
對于GPRS的發展方向是GSM→GPRS→EDGE→WCDMA,也可通過另一種方式不經過GPRS直接從GSM過渡到 TDSCDMA,不過對于該方式的演進方式路線尚不明朗。不管怎樣從GSM→GPRS→3G的方式都還相當那漫長,目前過渡到3G步伐的方式才剛剛起步,還處于第一個階段。選擇WCDMA能夠很好的保持與GPRS設備的兼容性,而假如選擇了TDSCDMA,就會導致GPRS完全無法使用的情況。
CDMA過渡到3G的過程需要經規格CDMA→CDMA2000→CDMA2000 1x→CDMA2000 1x EV,可以看出目前已經處于第二個階段,距離3G的到來已經一步之遙。下一階段的CDMA2000 1x EV主要由單載波提升到三載波,使得帶寬得到了提高,因此相對CDMA2000 1x的改進并不大,可以實現平滑過渡。無論是移動終端還是基站,都能夠前、后向兼容,這點上CDMA技術具有先天的優勢。
投資、成本對比 GPRS迎頭趕上
再好的技術,假如前期投資和后期的使用成本過高,很明顯都會拉開和用戶之間的距離,導致用戶不能夠接受,人們常說的性價比即是如此。
從前期的硬件投資來看,兩者相差不到從800元四周到2000元的產品都有,當然品質也有差別,但歸根而言,在同一檔次的產品上,兩者的價格已經相當接近。此外購買入網的SIM卡或UTK卡也需要支付一定費用,但費用不高,可忽略不計。因此,我們把對比的目光關注在使用的資費方面。
GPRS采用分組交換技術,只要一開啟就能自動附著到GPRS網絡上,并與數據中心建立通信鏈路,隨時收發用戶數據。因此在計費上不按照時間的方式進行,而是按照流量來進行收費。目前在大多數城市中中國移動的GPRS收費標準都比較統一,其具體情況參照下表。(廣州地區,下同)
可以看出使用200元的商務套餐即可不限流量的隨意使用,這個目前寬帶網的包月方式是差不多大,需要長期使用的情況下很劃得來,而且無漫游費用,外出使用也很方便。
CDMA2000 1x則需要通過撥號來建立連接,因此其收費方式也可分為按時長計費及按流量計費兩種計費模式。而且根據所處地方的不同,起收費標準也各不相同,在這里我們選取了采用上面的GPRS收費標準的廣州市為例。廣州聯通對于用于接入Internet的掌中寬帶的收費標準為。
時長計費模式:標準資費為本地0.20元/分鐘、漫游0.30元/分鐘,還有以下優惠套餐可供選擇:
流量計費模式:標準資費為0.005元/KB,還有以下優惠套餐可供選擇:
無套裝的情況下CDMA2000 1x 0.005元/KB倒是比GPRS 0.03元/KB低出不少,不過,相信需要大量上網的用戶應該都不會采用,從200元檔次按流量計費模式的消費看以看出,兩者都可實現包月的方式。但在漫游方面,聯通并不能完全包括進去,仍然存在300MB/月的使用限制。這點就明顯的不如中國移動。
總結
在帶寬和網絡延時上很明顯CDMA2000 1x要技高一籌,帶來的網絡速度自然也更加理想。而網絡質量方面CDMA2000 1x要略占優勢,這點大中型城市中會有所體現,但小城鎮、鄉村中并不見得能夠感覺出來。而安全性方面假如對于很嚴格的要求,顯然還需要配合其它方式的軟件加密上下手才可確保安全,單憑網絡加密的方式,還無法令人徹底放心。CDMA2000 1x的優勢最大之處在于,良好的前、后向兼容性,即使未來過渡到3G時代,CDMA2000 1x的設備仍然能夠繼續使用,GPRS就沒有這么明朗了。不過在最終的使用成本上,GPRS則體現在漫游可計算在優惠套餐內的優勢而取勝,很明顯GPRS 更適合于旅行、出差的用戶使用。此外,由于GPRS不用撥號,開機即可實現連接,使用起來也比CDMA2000 1x更為方便。
總的看來,CDMA2000 1x對于帶寬要求大、網速要求高、但每月的流量不是太大的用戶更加適合。而GPRS的高延遲是其最大的缺點,不過其覆蓋范圍較廣、收費合理、無漫游費的優點更適合與經常需要大范圍活動,辦公地點不固定的用戶考慮。
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