第四课第三代移动通信主流技术标准比较.doc

第四课第三代移动通信主流技术标准比较132020年5月29日文档仅供参考第四课 第三代移动通信主流技术标准比较近几年,全球移动通信迅速发展,发达国家的移动电话普及率已经达到70以上,有的地区甚至接近100。在中国截止到 7月底,移动用户数量已经达到2.4亿,且依然具有良好的发展势头。由于频率资源的紧张和对更多业务的需要,2G网络已经不能满足需要,3G是发展的必然趋势。ITU针对3G规定了五种陆地无线技术,其中WCDMA、CDMA 和TDSCDMA是三种主流技术。在三种技术中,WCDMA和CDMA 采用频分双工(FDD)方式,需要成正确频率规划。WCDMA即宽带CDMA技术,其扩频码速率为3.84Mchip/s,载波带宽为5MHz,而CDMA 的扩频码速率为1.2288Mchip/s,载波带宽为1.25MHz;另外,WCDMA的基站间同步是可选的,而CDMA 的基站间同步是必须的,因此需要全球定位系统(GPS),以上两点是WCDMA和CDMA 最主要的区别。除此以外,在其它关键技术方面,例如功率控制、软切换、扩频码以及所采用分集技术等都是基本相同的,只有很小的差别。TDSCDMA采用时分双工(TDD)、TDMA/CDMA多址方式工作,扩频码速率为1.28Mchip/s,载波带宽为1.6MHz,其基站间必须同步,与其它两种技术相比采用了智能天线、联合检测、上行同步及动态信道分配、接力切换等技术,具有频谱使用灵活、频谱利用率高等特点,适合非对称数据业务。在中国,2G运营商只有两家,竞争还不充分,因此还将引入新的移动运营商,如果新移动运营商选择建设3G网络,就要考虑标准的稳定性、系统性能、设备成熟性、漫游能力、业务提供能力以及知识产权等方面的因素,下面就这几个方面对WCDMA、CDMA 和TDSCDMA进行比较分析。标准稳定性WCDMA标准由3GPP组织制订,当前已经有四个版本,即R99、R4、R5和R6,其中R99版本已经稳定,当前处于完善过程中。它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术,核心网分为电路域和分组域,分别支持话音业务和数据业务,并提出了开放业务接入(OSA)的概念,当前的设备多基于R99版本,最高下行速率能够达到384kbit/s。R4版本是向全分组化演进的过渡版本,与R99比较其主要变化在电路域引入了软交换的概念,将控制和承载分离,话音经过分组域传递,另外,R4中也提出了信令的分组化方案,包括基于ATM和IP的两种可选形式。R5和R6是全分组化的网络,在R5中提出了高速下行分组接入(HSDPA)的方案,能够使最高下行速率达到10Mbit/s,当前标准仍在制订中。CDMA 标准由3GPP2组织制订,版本包括Release0、ReleaseA、EVDO和EVDV,Release0的主要特点是沿用基于ANSI41D的核心网,在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体,此版本已经稳定。联通即将开通的CDMA二期工程采用的就是这个版本,单载波最高上下行速率能够达到153.6kbit/s。ReleaseA是Release0的加强,单载波最高速率能够达到307.2kbit/s,而且支持话音业务和分组业务的并发。EVDO采用单独的载波支持数据业务,能够在1.25MHz标准载波中支持平均速率为600kbit/s、峰值速率为2.4Mbit/s的高速数据业务,到EVDV阶段,可在一个1.25MHz的标准载波中,同时提供语音和高速分组数据业务,最高速率可达3.1Mbit/s。TDSCDMA标准也由3GPP组织制订,当前采用的是中国无线通信标准组织(China Wireless Telecommunication Standard,CWTS)制订的TSM(TDSCDMA over GSM)标准,基于TSM标准的系统其实就是在GSM网络支持下的TDSCDMA系统。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TDSCDMA的基站设备,其A接口和Gb接口与GSM完全相同,只需对GSM的基站控制器进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足,特别是在高密度用户区容量不足的问题,另一方面能够为用户提供初期最高达384kbit/s的各种速率的数据业务,因此基于TSM标准的TDSCDMA系统对已有GSM网的运营商是一种很好的选择。以后TDSCDMA将融入3GPP的R4及后续标准中。在标准的完整性方面,三种技术在无线接入技术方面都有完整的定义和提高速率的方案,在核心网技术方面,都有向分组化演进的路线,但3GPP在标准规范方面的思路更清晰。在业务、网管、计费相关规范方面,3GPP的定义更严谨、更完善。系统性能系统性能主要表现为系统容量和覆盖,对于蜂窝系统来说,单纯从理论上计算单小区的容量是没有实际意义的,只能作为参考,必须从蜂窝组网的情况来考察,一般系统容量能够经过系统仿真和实测来获得,下面主要对这两个方面进行比较:容量在讨论无线系统的容量时,不能脱离具体的业务和无线环境,因此在采用CDMA技术的系统中,空中接口的容量与业务的Eb/I0(比特能量与干扰功率密度之比)、增益处理、其它小区的干扰、基站发射功率和信道码的数量均有关系,下面分别说明对于话音业务和高速分组数据业务,三种技术的容量差别。对于话音业务,由于三种系统载波带宽不同,一般比较单位带宽内的平均容量。虽然不同公司在进行系统仿真时设定的条件不完全相同,可是WCDMA和CDMA 的结果相近,TDSCDMA也没有大的差别。对于数据业务容量,一般用系统的单位带宽内的数据吞吐量来表示,3G引入了多种速率的数据业务,即使是对同一系统,不同的业务组合也会产生不同的数据吞吐量。一般对数据吞吐量的比较都针对同一小区内用户均使用相同速率的数据业务,从仿真的结果看,对于中低速数据,WCDMA和CDMA 是基本相当的,可是WCDMA在高速数据业务上具有优势。TDSCDMA由于其技术特点,在理论上具有较高的频谱效率,适合提供数据业务,但还需要得到更多试验的验证。覆盖基站的覆盖范围主要由上下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。在工程上一般经过上下行链路预算,来估算基站的覆盖范围,在相同的频带内,WCDMA和CDMA 的覆盖基本相同。由于TDSCDMA采用TDD方式,在覆盖上要逊于采用FDD方式的其它两种技术。总之,WCDMA和CDMA 同为FDD的CDMA技术,技术上没有本质差别,许多仿真和现场试验结果反映系统性能基本相当。TDSCDMA与其它两种技术有较大差别,要做更多的仿真和试验验证其性能。业务提供能力当前业务的竞争已经成为现有运营商的竞争焦点,对于新的移动运营商也不例外,只有能够提供全方位的大众业务和特色业务,才能更多地争取用户,提高竞争力。3GPP和3GPP2都对业务分类和业务生成机制进行了规范,在业务种类方面二者基本相同,包括基本话音业务、补充业务以及多种数据业务。在业务生成机制方面,3GPP中定义了多种业务生成机制,例如基于网络的OSA和用户化应用移动网络增强逻辑(Customized Application for Mobile Network Enhanced Logic,CAMEL)、移动执行环境(Mobile Execution Environment,MExE)和USAT(USIM Application Toolkit,USIM应用工具箱,其中USIM是Universal Subscriber Identity Module通用用户识别模块)等。这些机制都着眼于能使运营商方便快速地提供业务,并本着业务的提供和基础网络相分离的原则,使得业务能够由运营商以外的第三方提供,在业务和网络之间采用开放的标准接口,业务的开发主要由IT开发人员来完成,运营商负责网络的运营和对众多的业务提供商的组织和管理。3GPP2也提出了相应的业务理念,在智能网方面有WIN规范,在开放业务体系方面,当前并无相关规范,打算采用3GPP的OSA概念。因此3GPP2在开放业务体系方面起步较晚,没有3GPP完善。总之,3GPP组织在业务规范上更完善,当前除了基于CAMEL的智能网业务以外,其它业务方式还未得到广泛应用,但它们为将来的业务开发奠定了良好的基础。当前,高通公司推出的BREW(Binary Runtime Environment for Wireless)业务是一种非标准化的业务,它为无线业务提供了端到端的解决方案,包括向应用开发者提供BREW软件开发工具包,向设备制造商提供BREW应用平台,向运营商提供控制和管理BREW的分发系统,向最终用户提供应用下载能力,BREW当前主要应用于CDMA 系统。设备成熟度设备成熟度是运营商建设网络要考虑的一个重要因素,它关系到网络运行的稳定性、可靠性。从当前的情况看,CDMA 是最成熟的,特别在终端方面,商用终端种类达到一百多种(使用频段在800MHz1.9GHz),用户能够有更多的选择。CDMA 已经在韩国、日本、美国、加拿大等国家运营,截止到 底用户总数达到2700万。WCDMA的R99版本的系统产品也基本成熟,终端仍是开展业务的瓶颈,当前商用终端种类只有十种左右(使用频段为2GHz)。已经开通的商用网络主要是日本NTT DoCoMo和 底刚刚开通的Jphone的网络,用户数在15万左右。当前,不论在系统还是终端方面,TDSCDMA的产品成熟度都落后于WCDMA和CDMA ,尚无商用网络开通,还缺少网络规划和测试的工具。在系统方面,预计 将先推出基于TSM的产品,基于3GPPR4核心网的产品尚在研发;在终端方面,有推出多模终端的计划,但将先推出GSM/TDSCDMA双模终端,GSM/WCDMA/TDSCDMA三模终端的推出时间将会更晚。漫游能力良好的全球漫游能力有利于与其它运营商的合作和吸引高端用户,影响漫游能力的主要因素包括运营商的采用情况、使用频段以及信令的互通性。从运营商的选择看,虽然CDMA 的商用早于WCDMA和TDSCDMA,而且应用范围也较广,可是从全球主要运营商的选择来看,80的运营商选择WCDMA技术,这就为WCDMA的漫游能力提供了良好的发展机会。从使用的频段看,CDMA 多采用带内演进的方式实现,即多数运营商使用CDMAOne的800MHz频段,WCDMA多采用ITU规定的2GHz频段。在中国,信息产业部已经公布了3G的频率规划,能够看出,对于FDD和TDD方式都是首先启用2GHz频段。从信令互通性看,在核心网方面,WCDMA基于GSM的移动应用协议(MAP),用户识别使用和GSM系统相同的IMSI(国际移动用户识别),实践证明具有良好的互通性。CDMA 采用基于CDMAOne的ANSI41协议,用户识别使用基于MIN的IMSI,虽然在技术上实现互通不成问题,但要对系统进行升级,实践证明这些都影响了漫游能力。TDSCDMA当前还没有商用网络,其漫游将有赖于多模终端的出现。知识产权的影响由于知识产权对设备厂商的生产成本有一定影响,因此也会影响到运营商的建网成本。知识产权问题十分复杂,这里只作简单分析。WCDMA主要的专利技术分布在多个专利拥有者手中,其中最主要的由爱立信、诺基亚、高通、西门子、NTT DoCoMo公司拥有,当前,以NTT DoCoMo、爱立信、诺基亚、西门子为首的WCDMA联盟率先共同提出专利许可计划,该计划把WCDMA的累计专利费率控制在5以下。CDMAOne的绝大部分核心专利都由高通公司拥有,在CDMA 专利中,其它公司也声称拥有基本专利,其主要原因是在CDMA 1x/EVDO/EVDV的标准中,其它公司的专利多了起来,虽然高通拥有的专利较多,但优势已经在CDMAOne中减小。TDSCDMA技术由大唐电信提出,因此在这方面具有较多的基本专利,一般认为TDSCDMA的基本专利主要集中在大唐和西门子手中,高通也占一部分,这些专利多为核心专利,地位和作用都更为重要。但最近其它公司也声称拥有TDSCDMA基本专利,其主要原因是大唐电信的专利主要集中在空中接口物理层面上,核心网技术的专利较少,其它公司声称的专利主要集中在核心网方面。与WCDMA和CDMA 相比,显然国有企业拥有TDSCDMA的知识产权更多,在专利谈判中更有发言权,有利于降低设备成本。知识产权费用的最终确定决定于谈判的结果,这方面有赖于政府的协调和设备厂商及单纯专利许可人(例如高通)的配合。从以上分析能够看出,三种技术各有优缺点,并没有一个单一的完美方案。另外,以上分析都基于现阶段的情况,有些因素会随时间推移而改变,特别是设备的成熟度问题,因此新运营商应根据网络建设开始的时间综合考虑各种影响因素来选择具体技术。