全球三大3G標準的技術性比較分析

2019-11-05 02:35:09

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供稿：網友

　　目前，中國的3G即將進入商用化應用階段，對技術標準的取舍選擇也成為移動運營商要仔細考慮的問題，因此有必要對這三種主流技術標準進行比較分析。
　　
　　本文作者通過介紹和對比分析3G的三大主流技術，猜測和展望了各種技術在未來的應用前景，并提出了自己的觀點。
　　
　　三種主流的3G技術標準——WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA，在技術上各有千秋，從目前的情況來看，不會出現哪種標準“一統江湖”的局面，而至于誰能在3G時代占據更大的市場份額，要害是看哪個技術標準更符合市場需求和競爭的需要。
　　
　　而需要注重的是，雖然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同屬3G的主流技術標準，但是仍然可以將其分為兩類：cdma2000、WCDMA并作一類，TD-SCDMA則和前兩者分開討論。之所以可以這樣做，是因為在技術上cdma2000和WCDMA是FDD的標準，而TD-SCDMA則是一個TDD標準。（徹底調查）
　　
　　對比報告全文：
　　2000年5月，國際電聯（ITU）在土耳其召開全會，經對IMT-2000無線接口技術標準的10個候選方案的頻譜效率、網絡接口、QoS、技術復雜性、覆蓋率、靈活性和設備體積等諸多方面的全面評估，正式確認了五種標準，分別是MS-CDMA、DS-CDMA、TD-CDMA和SC-TDMA、MC-TDMA，這是一個以CDMA技術為主體，兼顧TDMA技術，包含FDD和TDD兩種雙工方式的多元化體系標準。
　　
　　從移動通信技術發展趨勢和可實現業務功能分析，基于CDMA制式的3種標準被普遍看好，分別對應cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA三種技術，它們被認為是3G的三大主流應用技術標準。目前，中國的3G即將進入商用化應用階段，對技術標準的取舍選擇也成為移動運營商要仔細考慮的問題，因此有必要對這三種主流技術標準進行比較分析，以期為我國3G標準的選擇提供有益的參考。
　　
　　主流3G標準概要
　　1. cdma2000 cdma2000是從cdmaOne演進而來的第三代移動通信技術。事實上，cdma2000標準是一個體系結構，稱為cdma2000 family，它同樣還包含一系列的子標準。其技術特點如下：前反向同時采用導頻輔助相干解調；在擴頻碼選擇采用相同M序列，通過不同的相位偏置區分不同的小區和用戶；射頻帶寬從1.25MHz到20MHz可調；快速前向和反向功率控制；下行信道中采用公共連續導頻方式進行相干檢測，提高系統容量；在下行信道傳輸中，定義直擴和多載波傳輸兩種方式，碼片速率分別為3.6864Mcps和1.22Mcps，多載波方式能很好地兼容IS-95網絡；支持F-QPCH，可延長手機待機時間；核心網絡給予ANSI-41網絡的演進，并保持與ANSI-41網絡的兼容性；支持軟切換和更軟切換；設計了兩類碼復用業務信道，基本信道用于傳送語音、信令和低速數據，是一個可變速率信道，補充信道用以傳送高速率數據，在分組數據傳送上應用了ALOHA技術，改善傳輸性能；在同步方式上cdma2000與IS-95相同，基站間同步采用GPS方式。
　　
　　cdma2000的發起者主要以美國和韓國為主的以IS-95 CDMA為標準的制造商和運營公司，cdma2000繼續了IS-95窄帶CDMA系統的技術特點，網絡運營商同樣可以在窄帶CDMA網絡中更換或增加部分網絡設備過渡到3G.
　　
　　2. WCDMA WCDMA的主要技術指標是：支持高速數據傳輸（慢速移動時384kb/s，室內走動時2Mb/s），異步BS，支持可變速傳輸，幀長10ms，碼片速率3.84Mb/s.其主要特點如下：基站同步方式：支持異步和同步的基站運行方式，組網方便、靈活；調制方式：上行為BPSK，下行為QPSK；解調方式：導頻輔助的相干解調；接入方式：DS-CDMA方式；三種編碼方式：在話音信道采用卷積碼（R=1/3，K=9）進行內部編碼和Veterbi解碼，在數據信道采用ReedSolomon編碼，在控制信道采用卷積碼（R=1/2，K=9）進行內部編碼和Veterbi解碼；適應多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業務，并根據不同的業務質量和業務速率分配不同的資源，同時對多速率、多媒體的業務可通過改變擴頻比（對于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的業務）和多碼并行傳送（對于高于128kb/s的業務）的方式來實現；上、下行快速、高效的功率控制大大減少了系統的多址干擾，提高了系統容量，同時也降低了傳輸的功率；核心網絡基于GSM/GPRS網絡的演進，并保持與GSM/GPRS網絡的兼容性；BTS之間無需同步因BS可收發異步的PN碼，即BS可跟蹤對方發出的PN碼，同時MS也可用額外的PN碼進行捕捉與跟蹤，因此可獲得同步，來支持越區切換及宏分集，而在BTS之間無需進行同步；支持軟切換和更軟切換，切換方式包括三種，即：扇區間軟切換、小區間軟切換和載頻間硬切換。
　　
　　WCDMA的發起者主要是歐洲和日本標準化組織和廠商，WCDMA繼續了第二代移動通信體制GSM標準化程度高和開放性好的特點，標準化進展順利，網絡運營商可以通過在GSM網絡上引入GPRS網絡設備和新業務，培育數據業務消費群體，逐步過渡到3G.
　　
　　3. TD-SCDMA TD-SCDMA較前兩種技術標準略顯稚嫩，其主要技術特點如下：信號帶寬為1.23MHz；碼片速率為1.28Mchip/s；采用智能天線技術，提高了頻譜效率；采用同步CDMA技術，降低上行用戶間的干擾和保持時隙寬度；接收機和發射機采用軟件無線電技術；采用聯合檢測技術，降低多址干擾；多時隙，具有上下行不對稱信道分配能力，適應數據業務；采用接力切換，降低掉話率，提高切換的效率；語音編碼：AMR與GSM兼容；核心網絡基于GSM/GPRS網絡的演進，并保持與它們的兼容性；基站間采用GPS或者網絡同步方式，降低基站間干擾。
　　
　　TD-SCDMA目前主要是西門子公司和中國大唐集團在開發，較前兩個技術標準而言，對TD-SCDMA進行大力支持和結成產業聯盟的企業還比較少。
　　
　　三種主流標準的比較
　　雖然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同屬3G的主流技術標準，但是仍然可以將其分為兩類：cdma2000、WCDMA并作一類，TD-SCDMA則和前兩者分開討論。之所以可以這樣做，是因為在技術上cdma2000和WCDMA是FDD的標準，而TD-SCDMA則是一個TDD標準。
　　
　　1. WCDMA與cdma2000
　　
　　WCDMA和cdma2000都滿足IMT-2000提出的全部技術要求，包括支持高比特率多媒體業務、分組數據和IP接入等。這兩種系統的無線傳輸技術均基于DS-CDMA作為多用戶接入技術，單就技術來說，WCDMA和cdma2000在技術先進性和發展成熟度上各具優勢，但總體來看，WCDMA似乎更勝一籌，以下是WCDMA相對cdma2000的一些優勢所在：（1） WCDMA使用的帶寬和碼片速率（3.84Mcps）是cdma2000 1x演進家族的三倍以上，因而能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。此外，更高的碼片速率也改善了接收機解決多徑效應的能力。
　　
　?。?） WCDMA在小區站點同步方面的設計是使用異步基站，而cdma2000基站則通常通過GPS實現同步，這將造成室內和城市小區（采用室內天線）部署的困難。
　　
　?。?）由于支持1xEV-DO的TDM接入系統采用共享時分復用下行鏈路，它具有固定時隙，因此cdma2000物理層兼容性較差。
　　
　?。?） WCDMA較cdma2000能夠更加靈活地處理話音和數據混合業務。
　　
　?。?） WCDMA進行功率控制的頻率幾乎是cdma2000的兩倍，達到每秒1500次（1.5kHz），因而能保證更好的信號質量，并支持更多的用戶。
　　
　?。?） cdma2000的導頻信道大約需要下行鏈路總傳輸功率的20%，相比之下WCDMA只需要約10%，因而可以節省更多的公用信道的開銷。
　　
　　（7）為支持基于GSM的GPRS業務而部署的所有業務（如計費、安全、漫游等）也支持WCDMA業務，而為了完善新的數據/話音網絡，cdma2000 1x必須添加額外的網元或進行功能的升級。
　　
　　（8）在混合話音和數據流量方面，WCDMA的系統性能比cdma2000也表現得更加出色。
　　
　　因此，從技術的角度來講，WCDMA具備一定優勢，各家電信企業也因此更加傾向于采用該標準。
　　
　　另外，在傳統網絡基礎和市場推廣上，WCDMA占據著更大的優勢。由于全球移動系統有85%都在用的GSM系統，而GSM向3G過渡的最佳途徑就是歷經GPRS演進到WCDMA，所以傳統網絡上的絕對優勢使得cdma2000難以對WCDMA望其項背。
　　
　　2. TD-SCDMA
　　
　　TD-SCDMA與WCDMA和cdma2000相比，具有如下的特點和優勢：
　　
　?。?）頻譜利用率高：TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技術，在傳輸中很輕易針對不同類型的業務設置上、下行鏈路轉換點，因而可以使總的頻譜效率更高。
　　
　　（2）支持多種通信接口：TD-SCDMA同時滿足Iub、A、Gb、Iu、IuR多種接口要求，基站子系統既可作為2G和2.5G的GSM基站的擴容，又可作為3G網中的基站子系統，能同時兼顧現在的需求和未來長遠的發展。
　　
　?。?）頻譜靈活性強：TD-SCDMA第三代移動通信系統頻譜靈活性強，僅需單一1.6M的頻帶就可提供速率達2M的3G業務需求，而且非常適合非對稱業務的傳輸。
　　
　?。?）系統性能穩定：TD-SCDMA收發在同一頻段上，上行鏈路和下行鏈路的無線環境一致性很好，更適合使用新興的"智能天線"技術；利用了CDMA和TDMA結合的多址方式，更利于聯合檢測技術的采用，這些技術都能減少了干擾，提高系統的性能穩定性。
　　
　?。?）與傳統系統兼容性好：TD-SCDMA支持現存的覆蓋結構，信令協議可以后向兼容，網絡不必引入新的呼叫模式，能夠實現從現存的通信系統到下一代移動通信系統的平滑過渡。
　　
　　（6）系統設備成本低：TD-SCDMA上下行工作于同一頻率，對稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術，這也可達到降低成本的目的；在無線基站方面，TD-SCDMA的設備成本也比較低。
　　
　　（7）支持與傳統系統間的切換功能：TD-SCDMA技術支持多載波直接擴頻系統，可以再利用現有的框架設備、小區規劃、操作系統、賬單系統等，在所有環境下支持對稱或不對稱的數據速率。
　　
　　當然，與前兩種標準相比，尤其是與WCDMA比起來，TD-SCDMA也有“尚顯稚嫩”的地方。比如，

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