3G入门理论知识详细介绍

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％。在我国截止到2003年7月底，移动用户数量已经达到2.4亿，且仍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、CDMA2000和TD－SCDMA是三种主流技术。 在三种技术中，WCDMA和CDMA2000采用频分双工（FDD）方式，需要成对的频率规划。WCDMA即宽带CDMA技术，其扩频码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz，而CDMA2000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CDMA2000的基站间同步是必需的，因此需要全球定位系统（GPS），以上两点是WCDMA和CDMA2000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。 TD－SCDMA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，与其他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。 在我国，3G运营商共有三家，分别是中国移动、中国电信、中国联通，下我们从就标准的稳定性、系统性能、设备成熟性、漫游能力等方面的因素这几个方面对WCDMA、CDMA2000和TD－SCDMA进行比较分析。 WCDMA标准由3GPP组织制订，目前已经有四个版本，即R99、R4、R5和R6，其中R99版本已经稳定，目前处于完善过程中。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，目前的设备多基于R99版本，最高下行速率可以达到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，话音通过分组域传递，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，可以使最高下行速率达到10Mbit/s，目前标准仍在制订中。 CDMA2000标准由3GPP2组织制订，版本包括Release0、ReleaseA、EV－DO和EV－DV，Release0的主要特点是沿用基于ANSI－41D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(促销产品 主营产品)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可以达到153.6kbit/s。ReleaseA是Release0的加强，单载波最高速率可以达到307.2kbit/s，并且支持话音业务和分组业务的并发。EV－DO采用单独的载波支持数据业务，可以在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EV－DV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。 TD－SCDMA标准也由3GPP组织制订，目前采用的是中国无线通信标准组织制订的TSM标准，基于TSM标准的系统其实就是在GSM网络支持下的TD－SCDMA系统。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD－SCDMA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，另一方面可以为用户提供初期最高达384kbit/s的各种速率的数据业务，所以基于TSM标准的TD－SCDMA系统对已有GSM网的运营商是一种很好的选择。以后TD－SCDMA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。 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，但是WCDMA和cdma2000的结果相近，TD－SCDMA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cdma2000是基本相当的，但是WCDMA在高速数据业务上具有优势。TD－SCDMA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。 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。在工程上一般通过上下行链路预算，来估算基站的覆盖范围，在相同的频带内，WCDMA和cdma2000的覆盖基本相同。由于TD－SCDMA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cdma2000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。TD－SCDMA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。良好的全球漫游能力有利于与其他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CDMA2000的商用早于WCDMA和TD－SCDMA，而且应用范围也较广，但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，CDMA2000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。在我国，信息产业部已经公布了3G的频率规划，可以看出，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。CDMA2000采用基于CDMAOne的ANSI－41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。TD－SCDMA目前还没有商用网络，其漫游将有赖于多模终端的出现。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。从目前的情况看，CDMA2000是最成熟的，尤其在终端方面，商用终端种类达到一百多种（使用频段在800MHz～1.9GHz），用户可以有更多的选择。 CDMA2000已经在韩国、日本、美国、加拿大等国家运营，截止到2002年底用户总数达到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，目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NTTDoCoMo和2002年底刚刚开通的J－phone的网络，用户数在15万左右。 目前，不论在系统还是终端方面，TD－SCDMA的产品成熟度都落后于WCDMA和CDMA2000，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2003年将先推出基于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/TD－SCDMA双模终端，GSM/WCDMA/TD－SCDMA三模终端的推出时间将会更晚。 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，尤其是设备的成熟度问题，所以在三家运营商分别选择三种标准之后我们更有一个清晰的对比，看看究竟是谁家的技术更适合国内用户。