张贇 中国联通广东分公司
移动通信技术的发展经历了三个阶段,也就是业界所称的三代,第一代是模拟的无线网络如AMPS、TACS等,第二代是数字通信包括GSM、CDMA等,第三代是分组型的移动业务,简称为3G。随着人类跨入二十世纪,第三代移动通信技术和用户将会有突飞猛进的发展。据有关业内人士预计,5年内无线网络的用户将超过利用固定线路上网的人数。
第三代移动通信目前主要有两种主流的技术方向。其中一种是从第二代CDMAOne演进而来的CDMA2000技术,CDMAOne移动通讯网络在北美、南韩和香港等地区得到了广泛的应用。2001年5月中国联通采用了增强型的CDMAOne的技术在中国全面建设移动通信网。CDMA2000与CDMAOne的空中信道具有相同的码片速率,向后兼容CDMAOne的系统,可以由CDMAOne平滑升级而来。其演进的路线是CDMAOne--CDMA20001X--CDMA20001XEV。另一种主流的第三代通信技术是由第二代GSM标准发展而来的WCDMA技术,由于GSM采用的是TDMA（时分多址）调制方式,而WCDMA采用了CDMA（码分多址）的调制方式,其空中信道无法兼容,采用机站积叠和使用多模手机的方式向后兼容GSM系统,其演进的路线是GSM--GPRS--EDGE--WCDMA。目前阶段移动通信技术基本成熟的是CDMA20001X和GPRS系统,二者均能够实现高速分组的3G数据业务,但从空中信道调制、核心接入网络和终端用户等多个方面比较,两者之间存在着根本的区别。
GPRS是通用无线分组业务的缩写（General Packet Radio System）,是介于第二代和第三代之间的一种技术,通常也称为2.5G,目前通过升级GSM网络实现。称之为2.5G也是比较恰当的,因为它是一个混合体,采用TDMA方式传输语音,采用分组的方式传输数据。GPRS采用信道捆绑和增强数据速率改进实现高速接入,GPRS中使用的空中信道的编码技术基本类似于第二代的GSM,对于业务信道可以根据信道质量选择不同的编码方案（CS-1到CS-4）,每个时隙所能够达到的数据速率可以是这四种之一。通过计算,在信道环境非常好的情况下,如果采用8个时分信道捆绑传送一个用户的业务数据,空中传送的最高物理帧数据速率为21.4 * 8 = 171.2Kbps,即理论传输最高值,这时空中没有使用纠错编码,此时几乎不具备任何抗干扰能力。由于空中数据帧存在一定的开销比特,目前GPRS的设计可以将每个信道的传输速率提高到14.4Kbps,因此 GPRS方式最大速率是 8x14.4=115.2Kbps。由于采用了信道捆绑的调制方式,相当于一个最高速率的GPRS数据用户相当于占用了8个语音用户的空中信道容量。GPRS发展的第二步是通过增强数据速率改进(EDGE)将每个信道的速率提高到48Kbps,因此第二代的GPRS--EDGE的设计速率为384Kbps。
CDMA20001x是CDMA2000的第一阶段,完全兼容IS-95的第三代移动通讯系统,其空中接口标准依照的是EIA/TIA/IS-2000协议,采用码分和频分结合的多址技术。CDMA2000 1x的空中信道支持的调制方式在兼容CDMAOne的基础上进行了极大的增强,对于无线配置1和2（RC1和RC2）分别是对应于CDMAOne的信道,具有完全的向下兼容性。对于不同的环境可以采用不同的高速空中信道速率进行数据传送。单个用于传输分组数据的空中信道的最大的传输速率可以达到307.2Kbps。对于前向信道空中理论最高速率为9.6k + 307.2k = 316.8Kbps,反向空中理论最高速率为9.6k + 153.6k = 163.2Kbps,完全达到了IMT-2000的数据标准,是真正意义上的第三代移动通讯系统。由于当前无线芯片的处理能力限制,实际使用的前反向传输最高速率为163.2Kbps,除去空中开销比特,实际测出的空中业务最高传输速率在150Kbps左右。并且由于在CDMA20001X中广泛的采用了反向导频技术、高效的空中编码方法、分集接收技术和快速功率控制技术,在增加了信道的调制解调增益的同时又减少了对其他用户的干扰,使得CDMA2000的频谱利用率在IS-95的基础上又增加了一倍,保证了支持多个高速数据用户的同时并不减少原有的语音用户数目,另外由于CDMA所具有软切换功能,可以保证数据业务更加稳定的传送。
从空中信道的对比可以发现,GPRS系统仅仅通过信道捆绑的方式实现了高速信道的传送,并没有从根本上提高系统的容量。而CDMA2000系统是在IS-95基础上实现了比GPRS速率更高的分组数据业务,且系统的容量也有了进一步的增加,这实际上就从根本上保证了在从IS-95系统升级到CDMA2000系统的同时降低了信道的成本,与此同时可以在有限的使用频率范围内支持更多的移动用户,从而获得更高的投资回报。有专业人士作过计算,在同样的环境下进行数据通信,每兆比特的信息如果使用CDM A20001X的成本是不到6角钱人民币,而使用GPRS的成本则约为3．5元。就是说,如果一名消费者一个月使用200兆比特的信息,会耗费CDM A2000 1X运营商96?12元的成本,而GPRS的运营商则会为此花掉670元。成本在一定程度上决定着价格,运营商所花费的成本最终必然要转嫁到消费者的身上。
目前GPRS的核心网络是通过在GSM的网络结构中引入两个新的网络节点,它们是GPRS网关支持节点GGSN（Gateway GPRS Supporting Node）和GPRS业务支持节点SGSN（Service GPRS Supporting Node）,在机站侧还需要增加分组控制单元PCU(Packet Control Unit)。GPRS系统采用专用开发的协议,实现Internet网络接入和支持移动台的移动性。
同样CDMA20001X的核心网通过增加分组数据业务节点PDSN（Packet Data Serving Node）和家乡代理HA（Home Agent）实现高速Internet网络接入和支持移动台的移动性。比GPRS具有优势的是,CDMA2000采用了基于IETF标准IS-835的无线IP网络,与现有因特网的标准相同,因此接口具有开放性,可以更加方便的向全IP网络过渡,保证运营商的投资。并能够提供移动IP、简单IP、VPN、数据突发等多种数据业务,并且可以更加方便的与互联网相连。
在系统商用化方面,由于CDMA20001X是基于商用成熟的CDMAOne技术,系统演进升级的技术风险小、成本较低。2000年10月,鲜京电信(SKT)推出了世界第一个商用的CDMA 20001X服务系统,传输速率高达150kbps,超过了IMT－2000规定的144kbps的传输标准。2001年4月,LG电信也推出了CDMA20001X的服务。同时,亚洲、拉丁美洲、北美的运营商也表示有计划在今年底推出CDMA20001X的商用服务。而与之相比的GPRS由于技术的不成熟、配套业务的缺乏,众多运营商在忙着网络升级的同时,不得不延缓启动GPRS商用服务日程。沃达丰原定今年4月推出GPRS商用服务已被推迟。此外,GPRS服务得和现有的GSM服务共用相同的频宽。据测算,中国移动的GSM网的频宽最多只能支持1亿用户,如果再与GPRS分而用之,已经拥塞不堪的GSM网是否能堪重负？
对于广大移动用户最关心的当然是终端的使用性,由于CDMA20001X的空中信道的承载能力优越于GPRS,并且提高了系统的容量,也决定了CDMA20001X的移动用户能够获得更快的Internet接入速度,并且在话务峰值阶段也能以较快速率的浏览网络。因为CDMA20001X的系统兼容CDMAOne的系统,意味着CDMA20001X的用户可以在没有升级的CDMAOne系统中打语音电话,CDMAOne的用户可以在升级的CDMA系统之间无碍的漫游。对于GPRS的用户来说,需要支持GPRS和GSM的双模终端才能在GPRS和GSM网络之间漫游。
总之,CDMA20001X在空中信道和核心网络的技术方面较GPRS具有更大的优势,最大限度地利用了成熟的技术,相对来说技术复杂程度低、风险小,系统演进升级的成本较低,具有完备的系统前后向兼容性,由此给终端用户带来了更多的方便性。目前CDMA20001X系统已经在多个国家成功地进行了商业应用。因此CDMA20001X是第二代向第三代移动通信系统平滑过渡的一个重要环节,是3G建设的必然趋势。
《摘自网络通信世界》
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