聂飞翔 陆锦荣
摘要：本文就GSM与N-CDMA两种技术体制的覆盖范围、频谱效率、接入能力等方面进行了对比性研究，并简述了两种体制向第三代演进的不同技术路线。
关键词：GSM CDM 覆盖范围 频谱效率
1 概述
GSM与基于IS-95体制的N-CDMA作为目前全球商用化范围最广的第二代移动通信系统，分别被中国移动、中国联通选型为当前主要的建网体制。对这两种通信系统覆盖范围、频谱效率、接入容量等方面进行对比性研究，将有利于两个运营商充分认识自身技术上的优劣势，进而为今后技术发展、网络建设提供理论参考。
对一种移动通信网络体制而言网络的信号覆盖与接入能力是需重点分析的两个主要因素。一个好的网络技术既要求信号的良好覆盖又要求高频谱效率及高话务接入，具体规划时由于地理上话务分布的极不均衡，往往考虑的侧重点不同。网络规划过程可简述为消除两个“点”，即乡镇主要考虑大范围覆盖，解决“盲点”，而城区主要考虑高话务吸收，解决“忙点”，当然还有部分大楼、地道等区域的“盲点”，而且，目前各种新技术演进大部分围绕此两个方面进行。所以GSM与N-CDMA覆盖能力的对比主要体现在乡镇覆盖范围的对比，及城区高话务区频谱率，接入能力的对比。
2 GSM与N-CDMA覆盖范围的对比
要对GSM与N-CDMA覆盖范围分析，首先要计算各自无线链路上容许的衰耗（dB）。由于GSM与N-CDMA的工作频段接近，无线传输上的特性相近，计算各自无线链路上容许的衰耗（dB）后即可折算出覆盖范围的差别。
无线链路容许的衰耗为发射端EIRP与接收端Pmin之差。GSM与N-CDMA无线链路预算的差别主要在如下方面。
1）接收灵敏度差别
2）发射功率
显然，无线链路预算上的宽余及自干扰系统特性，使得N-CDMA相对于GSM无论手机还是基站均为低功率发射。两系统间的手机（或基站）发射功率相差可达10倍。
3）RAKE增益
GSM与N-CDMA相比由于采用了宽带系统，因而获得了频率收集增益，表现之一即多径RAKE增益。
4）N-CDMA的软容量
N-CDMA软容量特性是相对GSM、TACS等系统硬容量特性而言的，它表现在容量与覆盖范围、服务质量、相邻小区负荷间有灵活的弹性关系。要计算N-CDMA覆盖范围需假定小区负荷一定数值，无线链路预算即小区负荷取值为0时最理想值。
根据上述理论分析，N-CDMA在采用与GSM相同的天线、馈线等情况下无线链路的差别达10-11dB。以乡镇平滑地HATA衰减模型（基站天线高50m、手机天线高1.5m计算），GSM无线覆盖半径为5.5km，N-CDMA无线覆盖半径达10.5km。理想情况下，N-CDMA无线覆盖范围是GSM覆盖的1.9倍，覆盖面积是GSM覆盖范围的3.6倍。
GSM与N-CDMA话音频谱效率及接入能力对比
蜂窝系统的频谱效率定义为单位面积单位频谱效率定义单位面积单位频带所能容纳的话务量或用户数，单位分别为Erl/km2.MHZ或户/km2.MHz。它是衡量通信系统业务接入能力的重要指标。GSM蜂窝系统的频谱效率可表示为调制效率ηm及多址效率ηMA的乘积即η＝ηm×ηMA。
ηm=(B/Bc)H/BNA=H/BcNa
式中：B----系统可用的总带宽（MHZ）
Bc----话音信道带宽或信道间隔（MHz）
H----每信道的话务量（Erl）；
N----簇蜂窝内的小区个数；
A----小区的面积（km2）;
ηMA接入效率主要取决于业务信道及公共控制信道的比例，GSM可达到0.9。
常规4×3频率复用方式：
H统计话务量为0.7Erl/TCH,Bc为业务信道带宽0.025MHz，常规4×3小区复用下N取值为12,A在正六边形蜂窝结构小区面积为2.6R2/3km2，目前，城区基站间间距一般可达500m，可计算小区半径R=500/1.73=289m。
根据上述取值，可计算GSM蜂窝系统的话音频谱效率η＝0.7×0.9/(0.025×12×2.6×0.5×0.5/3/3)=29.1Erl/km2.MHz，以平均每用户忙时话务量取0.02Erl，则单位面积单位频带所能容纳的用户数为1454户/km2.Mhz。
采用MRP、1×3、IUO等复用方式：
MRP紧密频率复用的频率复用度可达7-8，1×3频率复用方式的复频率复用度可达7，IUO智能同心圆技术的复频率复用度可达8-10。
目前网上采用较多的是MRP紧密频率复用后的频谱效率，可取复用度为8，则η＝29.1×12/8=43.6Erl/km2.Mhz。以平均每用户忙时话务量取0.02Erl，则单位面积单位频带所能容纳的用户数为2181户/km2.Mhz。
N-CDMA蜂窝系统的话音频谱效率η＝H/BcNA×ηMA，H统计话务量在20个信道时为13.5Erl/载复用，Bc为业务信道带宽1.25MHz，N-CDMA采用1×3复用，N取值为1，A在正六边形蜂窝结构小区面积为可计算小区半径R=500/1.73=289m。则η＝13.5×0.9/(1.25×1×2.6×0.5×0.5/3/3)=134.4Erl/km2.Mhz，以平均每用户忙时话务量取0.02Erl，则单位面积单位频带所能容纳用户数为6720户/km2.Mhz。可见N-CDMA频谱效率是GSM常规4×3复用频谱效率的4.6倍，即使相对于GSM采用频率紧密复用技术，N-CDMA的频谱效率也达3倍。
上述分析均是基于各自模型进行的理论分析，实际应用中GSM与N-CDMA网络的覆盖能力还与网络的具体规划设计及工程实施等方面有关，特别是对N-CDMA这种软容量特性的网络而言，良好的规划对发挥其技术优势尤其重要。
4 GSM与N-CDMA数据接入能力的对比
GSM网络提供的电路交换类型数据业务为高达9.6kbit/s时隙，N-CDMA网络提供的电路交换类型数据业务为高达9.6kbit/s码道。为提高数据业务能力，GSM标准组织发展了通用分组无线业务－－－－GPRS，它不仅能在无线信道上提供从9.05--171.2kbit/s的可变速率，更实现了无线信道上的数据分组传送，在现有电路交换网络中引入分组网。其空中接中提供了四种编码方式：CS-1到CS-4，支持多时隙（最多8个时隙）合并传输方式。
目前，从投入运行的实网效果看，与理论相比表现了三个方面的差距：可采用编码方式目前只能是CS-1、CS-2；每时隙实际速率达不到理论值；最多实现3-4个时隙的捆绑。
同样，CDMA组织发展发cdma 1x技术，支持多码道捆绑（最多10个码道）传输方式，每码道改造后可承载14.4kbit/s码道的数据速率，也在现有电路交换网络中引入分组网。目前，cdma 1x还没投入运行，估计实际运行会与理论存在差距，从实现方式看效果可能会优于GPRS。
5 GSM与N-CDMA向第三代演进的技术路线
从目前技术发展来看，GSM与N-CDMA这两种技术体制向第三代演进的技术路线分别为：GSM网通过GPRS逐步向WCDMA演进，IS-95 cdma通过cdma 1x逐步向cdma 2000演进。演进后第三代通信技术体制仍然有很大的区别如：扩频码片速率、空中接口及信令不一致；核心网协议方面WCDMA采用GSM MAP协议作为上层核心网协议，而cdma 2000以ANSI-41为其核心网协议；基站同步方面cdma 2000沿袭了IS-95 CDMA各基站依靠GPS测量实现前向信道同步的要求而WCDMA没有基站同步的要求。对用户而言，仍需通过多模手机实现两种技术体制间及第三代与第二代间的漫游。
6 结论
本文分析了GSM与N-CDMA在乡镇的覆盖范围、城区话务频谱效率及接入能力，通过对比使我们对第二代主要应用的两种技术的覆盖能力及话务接入能力有了更深的了解。纯粹的技术对比不能代表运营商最终的选择，一种网络技术的发展与认可与许多非技术因素有关，GSM与N-CDMA体制对比仍将延续到2.5代及第三代。
节选自《电子工程技术与标准化》2002.1
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