三种3G技术的比较与分析

第1页三种3G技术的比较与分析摘要随着信息社会的到来，移动用户数迅速增长，人们对移动通信的需求与日俱增，3G移动通信技术得到了发展的契机。3G技术的渐进发展必将推动3G技术应用的日趋成熟。国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）；2007年，WiMAX亦被接受为3G标准之一。CDMA是CodeDivisionMultipleAccess(码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。本文简要介绍了WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA这三种3G技术，并从码速率、系统容量、功率控制、切换方式等多方面对这三种技术作比较分析。关键词：3G，WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA第2页13G概述二代GSM、CDMA等数字手机(2G)，第三代手机（3G）一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统,未来的3G必将与社区网站进行结合，WAP与web的结合是一种趋势，如时下流行的微博网站：大围脖、新浪微博等就已经将此应用加入进来。3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆比特/每秒)、384kbps(千比特/每秒)以及144kbps的传输速度（此数值根据网络环境会发生变化)。3G是第三代通信网络，目前国内支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA，GSM设备采用的是时分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电联确定三个无线接口标准，分别是美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA。3G主要特征是可提供移动宽带多媒体业务。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。但需要注意的是，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，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]。第3页2三种3G技术简介2.1CDMA2000CDMA2000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CDMA2000family，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-95CDMA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]。2.2WCDMAWCDMA是3G技术的主流之一，其主要技术特点如下：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网；信号带宽为5MHz。码片速率3.84Mcps发射分集方式：TSTD（时间切换发射分集）、STTD（时空编码发射分集）、FBTD（反馈发射分集）。信道编码采用卷积码和Turbo码，支持2M速率的数据业务；上行调制方式为BPSK，下行是QPSK。功率控制是，上下行闭环功率控制，外环功率控制。解调方式为导频辅助的相干解调；采用AMR，与GSM兼容语音编码。核心第4页网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制的移动性管理机制的核心，保持与GPRS网络的兼容性。支持软切换和更软切换；基站无需严格同步，组网方便。WCDMA技术是由欧洲和日本共同提出。目前全球WCDMA基本专利掌握在约27家外国公司手中，其中高通公司、Ericsson、Nokia拥有大部分专利，另外Motorola、NTT、Lucent、InterDigital等公司也都拥有WCDMA的部分基本专利，内容涉及扩频通信等WCDMA系统无法跨越的核心技术[3]。2.3TD-SCDMA值得指出的是，TD-SCDMA技术规范是我国第一份自己提出，被ITU全套采纳的无线通信标准。TD-SCDMA标准由中国信息产业部电信科学技术研究院(CATT)和德国西门子公司合作开发，具有如下的特点和优势：它采用时分双工(TDD)、TDMA/CDMA多址方式工作，基于同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、正向可变扩频系数、Turb0编码技术、CDMA等新技术，其目标是建立具有高频谱效率、高经济效益和先进的移动通信系统。同步CDMA系统采用上行同步的直扩CDMA技术，另外结合了智能天线、软件无线电及高质量话音压缩编码技术。同步CDMA是降低多址干扰，简化基站接收机的一项重要技术。TD-SCDMA采用不对称频段，无需成对频段，系统采用1．28Mc/s的低码片速率，扩频因子有1、2、4、8、16五种选择，这样可降低多用户检测器的复杂度，灵活满足3G要求的不同数据传输速率。TDD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，可达到提高性能、降低成本的目的。功率控制分为开环功率控制和闭环功率控制，闭环工控分为上、下行的内环功率控制和外环功率控制。由于中国内的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级[4]。第5页3三种3G技术比较与分析虽然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。3.1WCDMA与CDMA2000WCDMA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CDMA20001x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，CDMA20001x必须添加额外的网第6页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[5]。3.2TD-SCDMA(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。第7页(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，在对CDMA技术的利用方面，TD-SCDMA因要与GSM的小区兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率。又因为TD-SCDMA频带宽度窄，不能充分利用多径，降低了系统效率，实现软切换和软容量能力较困难。另外，TD-SCDMA系统要精确定时，小区间保持同步，对定时系统要求高。而WCDMA则不需要小区间同步，可适应室内、室外，甚至地铁等不同的环境的应用。另外，WCDMA对移动性的支持更加优质，适合宏蜂窝、蜂窝、微蜂窝组网，而TD-SCDM