全球三大3G标准的技术性比较分析

  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,