SCDMA_V5(McWiLL)与WiMax的比较.doc

SCDMA V5（McWiLL）与WiMax的对比分析1.1 SCDMA V5（McWiLL）与WiMAX的发展与现状1.1.1 WiMAX的发展与现状WiMAX起源于IEEE802.16标准。IEEE802.16标准是美国电子电气工程师协会为宽带无线城域网制定的一个系列标准。IEEE802.16标准包含多种完全不同技术的子标准,如TDMA、OFDM、OFDMA以及每种技术的TDD和FDD版本。IEEE802.16标准对关键参数、工作频率、带宽没有明确指定。由于IEEE802.16标准的各种不相容技术和关键参数的不确定，起初IEEE802.16只能适应于局部的点对点、点对多点的固定无线接入。英特尔（INTEL）公司试图从IEEE802.16的多种技术中提取一些技术作为工业界的行业标准以解决产品兼容问题。由于英特尔公司对无线系统的经验有限，第一次选择了只适用于局部的、固定接入的OFDM技术。英特公司启动了WiMAX的芯片项目。一些公司如Alvarian、Aperto和Airspan等开始开发OFDM的系统。经过一年多与运营商和通信设备商的接触，到2005年，英特尔认识到当前IEEE802.16技术不能满足用户对下一代无线宽带通信系统的要求。因此WiMAX开始重新修改了 IEEE802.16的OFDMA标准，即IEEE802.16e。这一修改导致第一代第二代WiMAX产品不兼容。2007年1月，WiMAX论坛和IEEE正式向ITU提出申请，希望ITU将WiMAX作为一种新的3G技术，同年10月，WiMAX的申请在世界无线电通信大会获得了批准，正式成为了第4个TDD制式的3G标准。即便如此，WiMAX在商用方面并未取得实质性进展，截至2006年4月，尚未有基于802.16e标准的商用产品面市。1.1.2 SCDMA 宽带的发展与现状SCDMA V5，即McWiLL，（Multi-Carrier Wireless Internet Local Loop)是SCDMA V3系统的宽带演进版。SCDMA技术是由中国留美学生和电信科学技术研究院发起成立的合资公司信威公司经过十年的研发、完整自主知识产权的先进技术。SCDMA V3版本是以语音为主的无线接入系统。其核心技术为智能天线、同步码分多址、软件无线电、以及SWAP信令协议。V3版的设备已在中国26个省市商用，装机容量超过一千万，在网用户超过三百万。第三代国际电联标准TD-SCDMA的核心技术源于SCDMA。其第一个初稿是由信威的技术专家完成。SCDMA V5（McWiLL）系统的技术创新包括CS-OFDMA（码扩正交频分多址）、空间零陷抗干扰技术、移动信道处理技术和低成本实现。目前SCDMA V5（McWiLL）系统从2006年开始商用，终端已经实现系列化。信威与中国网通、中国电信等运营商合作，在全国21省建设了SCDMA V5（McWiLL）商用或实验网。在行业应用方面，在电力、油田、水利、应急等行业，也建立了多个商用或试验网。此外，SCDMA V5（McWiLL）也走出国门，在海外建立多个商用网。1.2 技术特点及性能对比SCDMA V5（McWiLL）与802.16e的技术和性能对比如下表所示WiMAX （802.16e）SCDMA V5 （McWiLL）峰值速率15Mbps15Mbps语音容量120 （ VoIP ）300 （ HEV ）典型信道带宽5 MHz5MHz使用频段2.5 GHz (国内无频率)17851805 MHz （国家授权频率）多址方式Scalable OFDMA CS-OFDMA双工方式TDDTDD调制方式BPSK64QAMQPSK 64QAM编码方式卷积码、CTC (卷积Turbo码) (optional) 、LDPC码(optional)RS码、Turbo码、 LDPC码典型链路预算约150dB约160dB移动性支持120km/h120km/h多天线支持MIMO&智能天线增强型智能天线零陷AMC与HARQ支持QoS 级别UGS、ErtPS、rtPS、NrtPS、BE实时业务、高优先级业务、BE切换机制硬切换、软切换(optional)、快速小区重选(optional)先建后拆的切换商用成熟度低高同频组网不支持支持真正1x1同频组网1.2.1 无线覆盖对比无线覆盖取决于系统的链路预算，链路预算取决于通信速度。因此覆盖是无线宽带系统的一个重要技术难点。智能天线可以通过空间波束赋形提高链路预算，扩大覆盖范围。例如8单元智能天线系统可提高下行链路预算18dB，弥补宽带和语音系统的差别。由于SCDMA V5（McWiLL）的信令协议设计是针对智能天线的特性，将接续信道和业务信道设计在同一时隙，通过调整两信道的功率使接续和业务信道的链路预算最大化。WiMAX的信令协议设计是沿用单天线的无线局域网的设计，将接续和业务信道分到不同时隙，由于接续信道需要全向广播不能波束赋形，接续信道的链路预算比业务信道将少9分贝，因为系统的无线覆盖取决于两信道的链路预算最小的，即使用了智能天线，WiMAX的覆盖要比McWiLL有显著差别。理论分析和实践都证明，SCDMA V5（McWiLL）具有覆盖方面的优势，其链路预算比WiMAX约高10dB。也就是说，覆盖相同的区域，需要的McWiLL基站更少，建网成本更低。1.2.2 容量及频谱效率对比（1）数据业务容量对于数据业务而言SCDMA V5（McWiLL）与WiMAX系统的数据业务容量和频谱效率基本相当。以带宽为5MHz的SCDMA 宽带系统和WiMAX 802.16e系统为例，二者的理论峰值数据吞吐量分别为15.36Mbps和15.21Mbps，频带利用率分别为3.07bps/Hz和3.04bps/Hz，SCDMA 宽带有少许优势。（2）语音业务容量SCDMA V5（McWiLL）的语音业务容量远高于WiMAX系统。5MHz带宽系统可以提供300路并发的窄带语音；而同为5MHz带宽的WiMAX 802.16e系统约可提供120路VoIP语音。此外，需要支出的是，WiMAX是一个宽带数据系统，分配许多窄带带宽将意味着存在大量的并发用户。由于WiMAX的MAC层为了一味追求下行信道分配速度，对每个用户在5ms的TDD周期内用至少4个字节进行信道分配，它的额外开销随并发用户数成正比，大量的并发用户将使其开销庞大，明显降低通信效率。而SCDMA V5（McWiLL）系统的MAC层只对信道变化的用户发送信道分配信息，它的额外开销不和并发用户数成正比。对信道变化较少的语音用户额外开销极低，通信效率很高。1.2.3 同频组网效果对比由于频率是不可再生的资源，并且宽带接入系统所要求的频率资源将比语音通信系统高数十倍。因此同频组网对一个宽带无线接入系统尤为重要。WiMAX的物理层的设计是基于点对多点系统设计，对同频组网没有足够的考虑。由于OFDMA系统所有邻近小区都用同样的频点，虽然智能天线的空间零陷技术可以帮助克服邻区同频干扰，但是由于WiMAX没在物理层和高层协议上针对零陷技术进行特殊设计，因此很难发挥智能天线抗干扰的功能。SCDMA V5（McWiLL）系统相对WiMAX在同频组网上有三个明显优势。1）SCDMA V5（McWiLL）用了CS-OFDMA，其码扩功能类似于码分多址技术，有很强的抗邻区同频干扰的功效。2）SCDMA V5（McWiLL）在物理层和高层协议上做了特殊设计，使智能天线的空间零陷技术得到最大程度的发挥消除邻区同频干扰。3）SCDMA V5（McWiLL）在物理层和高层协议作了特殊设计，使动态信道分配技术根本去除了上两种技术无法消除的同频干扰。使同频组网情况下性能稳定。SCDMA V5（McWiLL）只需5MHz频率资源即可实现规模组网。目前，21个省市建设的SCDMA无线宽带商用网和商用实验网，都采用了1x1同频组网的方式。而WiMAX不支持1x1同频组网，需要15MHz甚至更多的频率资源才能实现规模组网或进行局部连续覆盖，不利于系统的持续发展。1.2.4 抗多径干扰能力对比信号的多径反射将在CDMA系统中会造成多径干扰（码道之间的干扰）在OFDMA系统中会造成多径衰落（信号强度高低不平）。基于OFDMA的WiMAX系统的性能也会受多径衰落的影响。小于信号域值的频点无法通信。在宽带信道分配（频点多）的情况，信道编码技术以牺牲相当带宽为代价能克服一定的衰落。但在窄带信道分配（频点少）的情况，通信质量和可靠性难于保证。SCDMA V5（McWiLL）系统采用码扩正交频分多址（CS-OFDMA）技术，多个符号通过伪随机正交码交织到多个相距一定间隔的频点上，接收机从多个频点上提取每个符号。因为符号的信息分布在多个频点上，一个频点的衰落不会严重影响符号的最后检测。总之，SCDMA V5（McWiLL）系统的CS-OFDMA 结合了CDMA和OFDMA的优点、避免了两者的缺点。在不牺牲或牺牲很少带宽的条件下保证通信性能稳定。1.2.5 对宽带/窄带综合业务支持能力对比任何一个用户都不愿用两个终端，一个传语音，一个送数据。任何一个运营商也不愿布设两个通信网，一个语音网一个数据网。另外只有语音没有数据不能满足高端用户的需求，只有数据没有语音的运营模式的投资回报不够强。因此语音和数据一体化非常重要。从技术层面来看，语音数据一体化最关键的是系统能同时高效率地支持窄带和宽带业务。OFDMA的弱点是单个频点的衰落很大，因此从可靠性考虑，基于OFDMA技术的WiMAX不宜于分配窄带信道。SCDMA V5（McWiLL）系统借鉴了SCDMA V3系统的优点，采用码扩正交频分多址（CS-OFDMA）技术，使窄带信道的每个符号分布到多个相距一点间隔的频点上，从而解决平滑了个别频点的衰落问题。另外智能天线对每个频点分别进行波束赋形也增加了窄带信道的稳定性。而以英特尔为主的WiMAX组织对语音没有兴趣。尽管有些公司提出一些有助窄带业务的方案，但均被否决。1.2.6 抗移动快衰落能力对比由于高速移动带来的多普勒效应导致信道的快速变化，在高速移动下的宽带通信是一个技术难题。在高速移动下，由于每个频点的带宽很窄，OFDMA的信道变化比CDMA的变化更剧烈造成快衰落的问题。传统的OFDM/OFDMA系统需要严格保证子载波之间的正交性，对子载波频偏非常敏感。终端与基站做相对运动时，多普勒效应会引起子载波频率发生变化。例如载波频率为2.5GHz，终端相对基站以120km/h移动，产生的最大多普勒频移为278Hz，这时系统吞吐量将严重下降。WiMAX除了加强编码和训练序列外，没有新的手段。但这两种方法将会增加额外开销、减小通信带宽。也就是说传统的OFDM/OFDMA技术对移动性支持较差，这也是WiMAX 802.16e系统不支持高速移动的重要原因之一。SCDMA V5（McWiLL）在物理层和MAC层设计了判别快衰落的机制。一旦快衰落发生，系统就转到一种特殊状态，除了加强编码和训练序列外，还通过改变CS-OFDMA的码扩（CODE SPREAD）系数来增加系统的抗快衰落的能力。这样，系统可保持系统在各种状态的最高效率。另外，SCDMA V5（McWiLL）系统的实现中引入了许多先进的信道跟踪和预测算法、信道子空间波束赋形来对付信道的快速变化。综上，SCDMA V5（McWiLL）移动性支持方面优于WiMAX1.2.7 系统实现复杂性及灵活性对比由于IEEE802.16和WiMAX是从企业级点对多点的系统演变过来的，沿袭了“小基站”、“大终端”的设计思想，终端的收发带宽和基站一样5MHz或10MHz。因此，WiMAX的终端复杂度高、成本上升。由于复杂度高，最后商用终端必须用专用芯片。这样，终端今后的升级和更新就非常困难。大多数WiMAX基站将是企业级的、非智能天线的设备，其覆盖和可靠性将很有限。SCDMA从V3到V5（McWiLL）一直是电信级系统。强调基站的“三高”：高容量、高覆盖、高可靠性；终端的“三低”：低功耗、低成本、低复杂度。SCDMA从V3到V5（McWiLL）系统的基站都是8单元的智能天线系统，具备了“三高”的条件。特别要提的是，SCDMA V5（McWiLL）的终端有1MHz、5MHz带宽，形成一个从低端到高端的产品系列。另外，所有终端的核心处理都是由可编程处理器完成。今后可灵活更新升级。并容易实现GSM和TD-SCDMA的多模功能。1.2.8 数据传输延迟性能对比如前所述，WiMAX系统的MAC信令支持下行当前帧的信道分配，因此，WiMAX系统的下行延迟可小于TDD周期即5ms或10ms。SCDMA V5（McWiLL）为了更好地支持语音功能和智能天线，不支持下行当前帧的信道分配。因此，WiMAX系统的下行最小延迟将小于McWiLL。但SCDMA V5（McWiLL）的延迟可控制在10-20ms左右。10-20ms基本上对数据通信速度没有明显影响。由于SCDMA V5（McWiLL）和WiMAX上行都通过随机竞争接入，上行的数据通信延迟相差不多。因为SCDMA V5（McWiLL）采用智能天线， SCDMA V5（McWiLL）的上行性能更好，随之平均上行延迟也更小。1.3 系统兼容性比较WiMAX 802.16e不向后兼容802.16d。基于IEEE802.16d的WiMAX大多采用FDD的双工模式，而基于IEEE802.16e的WiMAX基本采用TDD的双工方式。如果从802.16d升级到802.16e，那么会在同一频段上采用不同的双工方式，从而导致严重的干扰。IEEE802.16d采用OFDM，1个用户在某一时刻享有所有子载波；而802.16e采用OFDMA，通过子信道化，在同一时刻，将不同子载波组分配给不同用户使用，二者也互不兼容。此外，对某个已经部署了802.16d的运营商而言，如果后来需要增加802.16e的设备，那么该运营商必须将原来的频谱分成两段，分别支持这两种技术。从16d到16e不存在真正的演进途径，运营商不能保护前期投资。SCDMA V5（McWiLL）向下兼容SCDMA V3系统。McWiLL/SCDMA双模基站设计给出了从SCDMA窄带系统到SCDMA 宽带系统平滑演进的最佳解决方案。SCDMA 宽带提供双模基站产品，即在同一硬件平台上可支持SCDMA窄带和宽带两套系统软件，基站可以从SCDMA窄带语音系统软件升级到SCDMA 宽带系统。因此现有的SCDMA 手机、PST（无线桌面机）、FT（无线固定台）等终端和CPE、PCMCIA、PDA等宽带终端可以同时通过双模基站接入网络。运营商将SCDMA网络升级到SCDMA V5（McWiLL）后，原有SCDMA窄带用户不必更换他们的终端可以继续享用SCDMA无线话音服务，新用户购买了SCDMA V5（McWiLL）多模终端可以同时享受SCDMA窄带话音和宽带数据服务，实现网络侧和用户侧的平滑升级。在目前以话音业务为主的地区，双模基站可以主要配置SCDMA载波，以后如果数据业务需求增加，可以主要配置宽带载波，这样系统可以满足业务演进的长期需求。1.4 标准化情况比较WiMAX从属于IEEE802.16标准范围，是国际性标准，目前吸引了包括Intel、摩托罗拉、华为、中兴以及众多运营商等的加盟，标准主要包括IEEE802.16d(IEEE802.16-2004)和IEEE802.16e（2005年12月通过）。SCDMA V5（McWiLL）的标准工作进展顺利，空中接口规范已经通过中国电信标准化协会（CCSA）的讨论，形成报批稿，即将成为我国电信行业标准。SCDMA V5（McWiLL）及其后续演进已经列入国家“新一代宽带无线移动通信网”重大专项，该专项已经得到国务院的批准。1.5 知识产权情况比较SCDMA V5（McWiLL）是SCDMA技术的演进版本，核心技术全部掌控在产业联盟厂商手中，并且可以互相许可给联盟其它合作伙伴。信威目前已经上报14项核心专利，正在整理待上报的专利7项。 目前国家正处于宏观结构性调整的关键时期，而“提高自主创新能力是推进结构调整的中心环节（胡锦涛语）”，隶属原始性技术创新的SCDMA V5（McWiLL）在国家通信领域的结构性调整中扮演着非常关键的角色。WiMAX是由IEEE802.16组织提出来的，由Intel等欧美厂商掌控核心技术，意在宽带无线接入领域仍然操纵全球通信行业。中国本土公司很少掌握WiMAX核心技术专利，只是在网络层/应用安全方面有些专利。1.6 商用情况比较WiMAX论坛的认证计划数度推迟，最新的计划是2008第二季度对802.16e设备进行认证测试。但迄今为止尚未有任何802.16e的系统和终端产品通过WiMAX论坛的测试，也没有802.16e商用产品面市。SCDMA V5（McWiLL）商用版本已经于2006年推出，支持便携模式下的各种应用。目前，SCDMA无线宽带在国内公网和行业市场全线突破，并走出国门，服务海外市场。公司在国内公网市场方面与中国网通、中国电信以及中国铁通等运营商通力合作，推动SCDMA V5（McWiLL）在全国21省建设了商用及商用实验网络。行业用户方面，已经在首都机场、空后机场、大庆油田、华北油田、淮河水利委员会、