第四课、第三代移动通信主流技术标准比较

近几年，全球移动通信迅速发展，发达国家的移动电话普及率已经达到70％以上，有的地区甚至接近100％。在我国截止到2003年7月底，移动用户数量已经达到2.4亿，且仍然具有良好的发展势头。由于频率资源的紧张和对更多业务的需要，2G网络已经不能满足需要，3G是发展的必然趋势。ITU针对3G规定了五种陆地无线技术，其中WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA是三种主流技术。

在三种技术中，WCDMA和cdma2000采用频分双工（FDD）方式，需要成对的频率规划。WCDMA即宽带CDMA技术，其扩频码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz，而cdma2000的扩频码速率为1.2288Mchip/s，载波带宽为1.25MHz；另外，WCDMA的基站间同步是可选的，而cdma2000的基站间同步是必需的，因此需要全球定位系统（GPS），以上两点是WCDMA和cdma2000最主要的区别。除此以外，在其它关键技术方面，例如功率控制、软切换、扩频码以及所采用分集技术等都是基本相同的，只有很小的差别。

TD-SCDMA采用时分双工（TDD）、TDMA/CDMA多址方式工作，扩频码速率为1.28Mchip/s，载波带宽为1.6MHz，其基站间必须同步，与其他两种技术相比采用了智能天线、联合检测、上行同步及动态信道分配、接力切换等技术，具有频谱使用灵活、频谱利用率高等特点，适合非对称数据业务。

在我国，2G运营商只有两家，竞争还不充分，因此还将引入新的移动运营商，如果新移动运营商选择建设3G网络，就要考虑标准的稳定性、系统性能、设备成熟性、漫游能力、业务提供能力以及知识产权等方面的因素，下面就这几个方面对WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA进行比较分析。

标准稳定性

WCDMA标准由3GPP组织制订，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384kbit/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10Mbit/s，目前标准仍在制订中。

cdma2000标准由3GPP2组织制订，版本包括Release0、ReleaseA、EV－DO和EV－DV，Release0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。联通即将开通的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153.6kbit/s。ReleaseA是Re?lease0的加强，单载波最高速率可以达到307.2kbit/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1.25MHz标准载波中支持平均速率为600kbit/s、峰值速率为2.4Mbit/s的高速数据业务，到EV－DV阶段，可在一个1.25MHz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3.1Mbit/s。

TD-SCDMA标准也由3GPP组织制订，目前采用的是中国无线通信标准组织（ChinaWirelessTelecommunicationStandard，CWTS）制订的TSM（TD-SCDMAoverGSM）标准，基于TSM标准的系统其实就是在GSM网络支持下的TD-SCDMA系统。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备，其A接口和Gb接口与GSM完全相同，只需对GSM的基站控制器进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足，特别是在高密度用户区容量不足的问题，另一方面可以为用户提供初期最高达384kbit/s的各种速率的数据业务，所以基于TSM标准的TD-SCDMA系统对已有GSM网的运营商是一种很好的选择。以后TD-SCDMA将融入3GPP的R4及后续标准中。

在标准的完整性方面，三种技术在无线接入技术方面都有完整的定义和提高速率的方案，在核心网技术方面，都有向分组化演进的路线，但3GPP在标准规范方面的思路更清晰。在业务、网管、计费相关规范方面，3GPP的定义更严谨、更完善。

系统性能

系统性能主要表现为系统容量和覆盖，对于蜂窝系统来说，单纯从理论上计算单小区的容量是没有实际意义的，只能作为参考，必须从蜂窝组网的情况来考察，一般系统容量可以通过系统仿真和实测来获得，下面主要对这两个方面进行比较:

首先是容量

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，三种技术的容量差别。

对于话音业务，由于三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，TD-SCDMA也没有大的差别。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cd?ma2000是基本相当的，但是WCDMA在高速数据业务上具有优势。TD-SCDMA由于其技术特点，在理论上具有较高的频谱效率，适合提供数据业务，但还需要得到更多试验的验证。

其次是覆盖

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。由于TD-SCDMA采用TDD方式，在覆盖上要逊于采用FDD方式的其它两种技术。

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映系统性能基本相当。TD-SCDMA与其它两种技术有较大差别，要做更多的仿真和试验验证其性能。

业务提供能力

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（CustomisedApplicationforMobileNetworkEnhancedLogic，CAMEL）、移动执行环境（MobileExecutionEnvi?ronment，MExE）和USAT（USIMApplicationToolkit，USIM应用工具箱，其中USIM是UniversalSub?scriberIdentityModule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对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，其他业务方式还未得到广泛应用，但它们为将来的业务开发奠定了良好的基础。目前，高通公司推出的BREW（Bi?naryRuntimeEnvironmentforWireless）业务是一种非标准化的业务，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。

设备成熟度

设备成熟度是运营商建设网络要考虑的一个重要因素，它关系到网络运行的稳定性、可靠性。从目前的情况看，cdma2000是最成熟的，尤其在终端方面，商用终端种类达到一百多种（使用频段在800MHz～1.9GHz），用户可以有更多的选择。cdma2000已经在韩国、日本、美国、加拿大等国家运营，截止到2002年底用户总数达到2700万。WCDMA的R99版本的系统产品也基本成熟，终端仍是开展业务的瓶颈，目前商用终端种类只有十种左右（使用频段为2GHz）。已经开通的商用网络主要是日本NTTDoCoMo和2002年底刚刚开通的J－phone的网络，用户数在15万左右。

目前，不论在系统还是终端方面，TD-SCDMA的产品成熟度都落后于WCDMA和cdma2000，尚无商用网络开通，还缺少网络规划和测试的工具。在系统方面，预计2003年将先推出基于TSM的产品，基于3GPPR4核心网的产品尚在研发；在终端方面，有推出多模终端的计划，但将先推出GSM/TD-SCDMA双模终端，GSM/WCDMA/TD-SCDMA三模终端的推出时间将会更晚。

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cdma2000的商用早于WCD?MA和TD-SCDMA，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的发展机会。

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2GHz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和TDD方式都是首先启用2GHz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，虽然在技术上实现互通不成问题，但要对系统进行升级，实践证明这些都影响了漫游能力。TD-SCDMA目前还没有商用网络，其漫游将有赖于多模终端的出现。

知识产权的影响

由于知识产权对设备厂商的生产成本有一定影响，所以也会影响到运营商的建网成本。知识产权问题十分复杂，这里只作简单分析。

WCDMA主要的专利技术分布在多个专利拥有者手中，其中最主要的由爱立信、诺基亚、高通、西门子、DoCoMo公司拥有，目前，以NTTDoCoMo、爱立信、诺基亚、西门子为首的WCDMA联盟率先共同提出专利许可计划，该计划把WCDMA的累计专利费率控制在5％以下。

cdmaOne的绝大部分核心专利都由高通公司拥有，在cdma2000专利中，其它公司也声称拥有基本专利，其主要原因是在cd?ma20001x/EV－DO/EV－DV的标准中，其它公司的专利多了起来，虽然高通拥有的专利较多，但优势已经在cdmaOne中减小。

TD-SCDMA技术由大唐电信提出，因此在这方面具有较多的基本专利，一般认为TD-SCDMA的基本专利主要集中在大唐和西门子手中，高通也占一部分，这些专利多为核心专利，地位和作用都更为重要。但最近其它公司也声称拥有TD-SCDMA基本专利，其主要原因是大唐电信的专利主要集中在空中接口物理层面上，核心网技术的专利较少，其它公司声称的专利主要集中在核心网方面。与WCDMA和cdma2000相比，显然国有企业拥有TD-SCDMA的知识产权更多，在专利谈判中更有发言权，有利于降低设备成本。

知识产权费用的最终确定决定于谈判的结果，这方面有赖于政府的协调和设备厂商及单纯专利许可人（例如高通）的配合。

从以上分析可以看出，三种技术各有优缺点，并没有一个单一的完美方案。另外，以上分析都基于现阶段的情况，有些因素会随时间推移而改变，尤其是设备的成熟度问题，所以新运营商应根据网络建设开始的时间综合考虑各种影响因素来选择具体技术。

第五课、TD-SCDMA在3G建设中的重要作用

在第三代移动通信(3G)标准领域，为了避免重演在2G领域由于各国(地区)频率分配的方式及制式技术选择的不同而造成的全球漫游困难，国际电信联盟(ITU) 在3G中提出了IMT-2000(国际移动通信-2000)的倡议，并由此而催生了最终的三大主流国际标准：WCDMA 、cdma 2000和TD-SCDMA 。其中，由中国提交的TD-SCDMA标准，虽然在ITU的标准征集阶段是后来者，却凭借其独特的技术优势最终胜出。同时，作为三个主流标准中惟一一个TDD标准，该技术从诞生初始就一直备受世人关注。那么，TD-SCDMA技术在我国3G网络建设中将扮演什么角色、发挥什么作用？将会对移动通信运营商和设备制造商产生哪些影响？

TD-SCDMA将有效缓解频率资源紧张

中国的移动通信用户截止到2003年4月底已达到2.26亿，但普及率仅为16.2%，远低于欧、美、日等普及率为60%以上的发达国家，而且仍以超过500万用户/月的速度稳步增长。同时，由于中国的移动通信用户分布严重不均，人口密度相对较高的城市地区移动通信用户的密度也远远高于平均水平，加之大城市中以商务人员和旅游者为主的流动人口越来越多，这些人大部分持有手机，所以部分地区GSM系统已经出现频率资源紧张的问题。与此同时，面向数据业务的GPRS业务占用的资源成倍增长(GPRS使用时将占用多个信道)，也加剧了GSM的频率危机。2G移动通信的进一步发展已经受到频率瓶颈的严重制约。因此，从某种意义上讲，3G也是移动数据业务进一步发展与2G频率资源严重不足之间难以调和的矛盾下的必然发展方向。那么，3G的出现能否缓解这种危机呢？

ITU、国内及欧洲对3G频率的规划方案

ITU在3G标准方案的征集之初，出于充分利用频率的考虑同时征集FDD和TDD两种方案，共收到10种地面移动标准提案。

从这些提案中可以得出的最后结论，欧、日、美提交的WCDMA和cdma 2000标准草案中均含有FDD、TDD两种方式。只是在后来的标准融合过程中，最终确定了欧洲提出的UTRATDD(TD-CDMA)和中国提出的TD-SCDMA为TDD国际标准。在后续的产业化开发中，由于TD-SCDMA明显的技术优势，使得所有从事于UTRATDD开发的公司全部放弃或转向了TD-SCDMA的开发。也就是说，目前世界上顺利进行产业化开发的3GTDD国际标准只有TD-SCDMA标准，也就意味着国际统一划分的TDD频段，将全部由TD-SCDMA技术使用，TD-SCDMA实现全球应用及漫游首先具备了宝贵的频率资源。

2002年初，美国联邦通信委员会(FCC)也正式对外公布了最新的TDD频谱分配方案。其中将原先由联邦政府控制的216-220MHz 、1390-1395MHz、1427-1435MHz 、1670-1675MHz、2385-2390MHz 共27MHz的频率转为TDD商业通信服务用途，加上以前分配的1910-1930MHz的20MHzTDD频段，目前共有47MHz的频率可用于3 GTDD移动通信。

在3G牌照发放上步伐较快的欧洲，基本上采取了将FDD频段与TDD频段捆绑发放的原则，几乎每个获得3G牌照的运营商都同时得到了FDD与TDD频段。

单纯依靠FDD技术难以有效解决3G的频率紧张问题

从3GFDD系统运营所需的基本频率的角度来进行分析。对FDD中的WCDMA技术来讲，其基本带宽为5MHz×2，如果运营者建设多层网，即用宏蜂窝完成大面积覆盖，用微蜂窝覆盖热点地区，用微微蜂窝提供高速接入，则至少需要3个频点，即15MHz ×2的频率。考虑到在使用过程中的一定灵活性，某些国家也考虑使用20MHz ×2频率。

我国的实际3G频率状况是：3GFDD制式(包括cdma 2000和WCDMA) 在中国分得60M×2的频率。假设在3G实施时国内有4家运营商经营3 GFDD移动通信业务，由于不同运营商的3 GFDD网络间难以同步，因此，不同的运营商的3 GFDD网会产生邻频共存干扰。为消除干扰的影响，则要求不同运营商在相邻频段之间预留5M×2的保护频段，以保证各运营商之间的运营质量，四家运营商间至少需要15M×2(30M) 的保护频段。其结果是其中三家运营商仅能得到10M×2的FDD频率，另一家得到15M×2的FDD频率。仅有一家运营商的频率勉强可以支撑3 GFDD 的全国综合性大网。尤其是3G不再单纯以话音业务为主，而是话音加多媒体数据业务的模式，而单一数据终端的传输速率就可达到2 Mbps ，同时要占用5M×2的频宽。同时，除了人———人间的通信外，在3G应用时还会出现大量的机———机之间的数据通信，因此，频率紧张的矛盾会更突出。

从另一个角度讲，目前的2G运营商可以使用现有的2G频率构成3G宏蜂窝，但现实的情况是，2G网络的用户数太多，网络短时期内不会在我国退出历史舞台，也就是说，2G网络将与3G网络长期共存。因此，短期内让同时拥有2G和3G运营牌照的运营商清退出2G频率开展3G业务，是不现实的。短期内可启动的扩展频段只有尚未使用的GSM 1800M部分频段，但频段的频率有限。除此之外，只有启用2GHz以上的频段，由于该频段的频率较高，覆盖半径会降低，从而使组网成本上升。

TD-SCDMA的频率使用特点将有效解决3G频率紧张的矛盾

对TD-SCDMA技术来讲，该技术的单载波带宽为1.6MHz ，而且不需要对称频段，在考虑三级网络结构时，分配5MHz就可组建一个基本的全国网。中国的3G频率规划中为TDD模式划分了155M频率，完全可以满足多个TD-SCDMA 运营商大容量建网的频率需求。

同时，TD-SCDMA的技术特点尤其适合3G的应用。在TDD的工作模式中，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间长短来决定，可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，这尤其适合今后的移动因特网、多媒体视频点播等非对称业务的高效传输。由于因特网业务中查询业务的比例较大，而查询业务中，从终端到基站的上行数据量很少，只需传输网址的代码，但从基站到终端的数据量却很大，收发信息量严重不对称。只有采用TDD模式时，才有可能通过自适应的时隙调整将上行的发送时间减少，将下行的接收时间延长，来满足非对称业务的高效传输。这种优势是FDD模式所不具备的。

TD-SCDMA有利于国内运营商发展

由于ITU为TDD技术在全球都划分了统一分配的频段，欧美各国也为TDD划分了专有频段。鉴于TD-SCDMA技术是目前国际上惟一的进行商业开发的3GTDD技术，只要各国运营商采用TDD技术，必将采用TD-SCDMA技术。因此，当其他国家决定建设TDD移动通信网时，中国运营商可以利用自身作为TD-SCDMA技术的首批运营者所积累的丰富运营经验，走向国际运营市场。

TD-SCDMA技术特点适合国内运营商进行业务创新。相对WCDMA和cdma 2000而言，TD-SCDMA是一项新生技术，首批采用TD-SCDMA的运营商，可以更有效地结合TD-SCDMA系统特性进行有针对性的业务创新。同时TD-SCDMA系统具有鲜明的技术特点，例如智能天线提供的强定位和追踪能力、上下行非对称业务、信道分配的灵活性、高频谱利用率等，这些特点都为国内运营商结合我国实际开发运营业务提供有力基础。

同时，TD-SCDMA技术的实施将为全球通信设备制造商提供新的机遇。

目前，作为国际上惟一在做商用研发的TDD的国际标准，关注、参与TD-SCDMA产品开发的厂商越来越多，TD-SCDMA 技术论坛的成员已突破410家，TD-SCDMA产业联盟的推进工作也逐步深入，包括芯片、系统、仪表的研发和产业化都已取得实质性突破。预计在技术验证和商用试验的基础上，TD-SCDMA将在未来1到2年内就会走向规模商用。

从目前来看，包括欧洲在内的世界大多数国家在3G频率规划和发放过程中，一般同时发放FDD和TDD频段。在3G这种以无线数据和多媒体业务为主的系统中，由于频率资源的压力，这些TDD频段早晚会被世界各大运营商使用，摆在3G设备制造商面前的，是如何切入TD-SCDMA设备开发的问题。因此，对全球相关芯片、软件和系统制造商而言，TD-SCDMA 是一个十分难得的历史机遇，特别是作为3G研发领域后来者的国内外设备制造商而言，更具有非同寻常的意义。WCDMA和cdma2000 相对开发时间较长，参与的设备制造商相对较多，但在实际商用运营中，运营商一般对一种标准的产品，只会选择前3至4名的设备制造商的产品，而位于3至4名之后的制造商和新的设备制造商都处于非常不利的地位，在市场上处于竞争劣势。在这种情况下，对落后者和后来者的制造商而言，做WCDMA、cdma2000产品的投资风险是非常大的。

同时，从知识产权角度来考虑，由于WCDMA和cdma2000的大部分核心专利由几十家公司所垄断，对于后来者而言，几乎不存在再创造新核心专利的机会。没有核心专利就意味着这些厂商不具备与其他拥有核心专利的公司进行核心专利交叉许可的条件，从而必须向多家拥有核心专利的厂商支付高昂的知识产权费，这将严重削弱这些后进入的设备制造商在3G产品价格上的竞争力，甚至将导致不得不退出自主研发的TD-SCDMA技术可在专网中实现第三代应用。

支持话音、数据和多媒体的3G移动通信系统，不仅适合于以公众运营为目的的公共网络，而且也适用于军队、电力、油田、水利等专用通信网络，使得这些专用领域的通信和信息化能力有大的飞跃。在这方面，中国自主知识产权的TD-SCDMA具有得天独厚的优势。

首先，包括核心芯片在内，国内厂商基本掌握其核心技术，又拥有相关的自主知识产权，因此，针对专用网络的应用特点，可以为其业务应用进行量身定制，例如提供加密功能、提供各种调度应用功能等。

其次，TD-SCDMA的技术特点可为专网的一些独特应用奠定基础。例如智能天线提供终端定位和跟踪能力、频率分配的灵活性、上下行数据不对称性等等。

同时，TD-SCDMA技术先进性带来实现低成本和业务灵活能力，以保证在专网中使用3G系统的经济可行性。据丹麦RTX公司估计，TD-SCDMA实现下来会比WCDMA便宜20%-25%，由于TD-SCDMA的码片速率为1.28Mbps，只是WCDMA标准的三分之一，因此，TD-SCDMA的终端完全可用软件无线电来实现基带处理，可极大地降低终端的成本和功耗，可有效解决专网应用特殊终端专用芯片的用量小、价格下不来的矛盾，而用软件无线电来满足各种特殊应用需求。

作为国际3G主流移动通信之一，TD-SCDMA技术为世人提供了一个充分利用宝贵频率资源的方案。同时，这项新生的技术给世界各国的运营商和通信设备制造商，尤其是那些后进入者提供了一个千载难逢的机会，大家将站在同一条起跑线上，在未来TD-SCDMA的巨大市场中共同发展。TD-SCDMA标准的诞生，不仅是中国通信史上的突破，更是世界通信史上的一个伟大创举。TD-SCDMA 技术标准必将把移动通信事业带入一个崭新的发展时代。