CDMA2000和WCDMA的比较.doc

CDMA 2000 和WCDMA的比较Comparison Between CDMA 2000 and WCDMA刘晓军 张云满 中国联合通信有限公司摘要：对比了CDMA2000 和WCDMA的标准制定情况、主要技术特点、系统性能、业务提供能力、设备的商用成熟度。关键词：CDMA2000/WCDMA一 引言 移动通信技术经历了从模拟调制到数字调制技术的发展。第一代采用频分多址（FDMA）模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代蜂窝系统采用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善。随着社会进步及用户数量的急剧增长，频率资源日益紧张，要求第三代移动通信系统IMT-2000能提供更大的系统容量，更高的通信质量，并能提供2Mbits数据业务，以满足人们对多媒体通信的要求并适应通信个人化的发展方向。 第三代数字蜂窝移动通信系统的两大主要候选方案是北美的CDMA2000系统和欧洲的WCDMA系统，都是建立在CDMA技术基础上，CDMA已被广泛接收为第三代移动通信系统的重要技术。 第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。它能支持从话音分组数据到多媒体业务；能根据需要，提供带宽。ITU规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足在以下三个环境的三种要求，即：快速移动环境，最高速率达144kbits；室内环境，最高速率达2Mbits；室外到室内或步行环境，最高速率达384kbits。 第三代网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。具有高频谱效率、高服务质量、低成本、高保密性等特点。 二 CDMA2000和WCDMA标准制定情况 CDMA2000标准由3GPP2组织制定，版本包括Release 0、Release A、EV-DO和EV-DV，Release 0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153.6 kbit/s。Release A是Release 0 的加强，单载波最高速率可以达到307.2 kbit/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1.25 MHz标准载波中支持平均速率为600 kbit/s，峰值速率为2.4 Mbit/s的高速数据业务，到EV-DV阶段，可在一个1.25 MHz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3.1 Mbit/s,并后向兼容IS95A/B/1X。 WCDMA标准由3GPP组织制定，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384 kbit/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10 Mbit/s，目前标准仍在制定中。 三 CDMA2000和WCDMA的技术特点 1. CDMA2000主要技术特点 兼容IS-95AB； 前反向同时采用导频辅助相干解调； 快速前向和反向功率控制； 前向发射分集：OTD、STS； 信道编码：卷积码和Turbo 码，cdma2000-1x 最高433.5kbits 业务速率（一个基本信道+两个补充信道），cdma2000-1xDO 最高支持2.4Mbits 业务速率，cdma2000-3x 最高支持2Mbits 业务速率； 可变帧长：5ms、10ms、20ms、40ms、80ms； 支持F-QPCH，延长手机待机时间； 核心网络基于ANSI-41 网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性； 网络采用GPS 同步，给组网带来一定的复杂性； 支持软切换和更软切换。2.WCDMA主要技术特点 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网； 信号带宽：5MHz；码片速率：3.84Mchips； 发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD； 信道编码：卷积码和Turbo 码，支持2Mbits 速率的数据业务； 调制方式；上行BPSK，下行QPSK； 功率控制：上、下行闭环功率控制，外环功率控制； 解调方式：导频辅助的相平解调； 语音编码：AMR 与GSM 兼容； 核心网络基于GSMGPRS 网络的演进，并保持与GSMGPRS 网络的兼容性； MAP 技术和GPRS 隧道技术是WCDMA移动性管理机制的核心，保持与Gffo 网络的兼容性；支持软切换和更软切换。四 CDMA2000和WCDMA的系统性能比较 1.系统容量 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，两种技术的容量差别。 首先对于话音业务，由于两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。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于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cdma2000是基本相当的，但是WCDMA在高速数据业务上具有优势。 2.覆盖范围 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。 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应系统性能基本相当。 3.采用双工模式 WCDMA、CDMA 2000 都采用FDD 模式,适合于大区域的全国系统，适合于对称业务如话音、交互式实时数据业务等。 4.提高利用率技术 WCDMA、cdma2000采用码分多址，频分多址相结合的多址技术，采用智能天线导频符号辅助相干检测的多用户检测，上下行同步技术，消除各种干扰，提高频谱利用率。 5.信道分配 3G 系统采用的CDMA 技术中，用户间信息的交换都是占有共同信道，因此不会采用FCA，而是将DCA 和RCA 结合使用。由于全IP 移动骨干网络能更有效地传输非连续话务（包交换），而包交换的特性使无线频谱利用率的提高更容易实现，则信道的分配有更多的自由空间。虽然3G 系统主要选择DCA 的分配方式，但因每个数据包的长度有限，所以无线资源管理没有足够的时间传送信道质量信息，给动态分配造成困难。此时采用RCA分配方式就变得尤其重要。 6.切换 在3G 系统中软切换是CDMA 技术普遍采用的切换技术，对提高网络容量，保证通信质量起着关键作用。 CDMA2000：扇区间采用软切换，小区间也采用软切换，载频间采用硬切换，基本信道的软切换类似于IS-95 的软切换与WCDMA 相近。对辅助信道活动组可以是基本信道的活动组的子集。当不需要分集补偿衰落时，更倾向于从很少几个基站传输，从而增加了整个下行链路的容量。在不变化的条件下，使用优化的方式，只从一个基站传输此基站将发射最小的下行传输功率，对于分组业务，如果辅助信道不在软切换状态，可以简化控制过程。 WCDMA：扇区间采用软切换，小区间采用软切换，载频间采用硬件切换WCDMA 的基站不需要同步。因此不需外部同步资源，如GPS。在设计软切换算法和执行定位业务时，必须考虑基站的异步性。在进入软切换前，移动站测量两个基站的下行SCH 的定时差别。移动站将定时差别报告给服务基站。根据一个符号的解析度来调整新的下行软件切换连接的时间，这样能够使移动站的RAKE 接收机从两个基站接收某宏分集的能量。 7.漫游能力 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，虽然近期CDMA2000的商用早于WCDMA，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前景。 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2 GHz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方式首先启用2 GHz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，将来过渡到IMSI，虽然在技术上实现互通都不成问题，但需要对系统进行升级，实践证明这些都影响了漫游能力。 五 CDMA2000和WCDMA业务提供能力比较 目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（Customised 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，使得业务可以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，目前并无相关规范，打算采用3GPP的OSA概念。所以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，目前除了基于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提供了良好的基础。目前，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提供方式，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目前主要应用于CDMA2000系统。 六 CDMA2000和WCDMA设备商用成熟度比较 设备成熟度是运营商建设网络要考虑的一个重要因素，它