3G主流技术的分析与比较

目录

1 概述 ................................................... 1

2 3G技术的标准介绍 . ..................................... 1

2.1 WCDMA ............................................ 1

2.2 CDMA2000 ......................................... 2

2.3 TD-SCDMA ......................................... 2

3 3G标准技术的比较....................................... 2

3.1 双工模式 .......................................... 2

3.2 码片速率与载波带宽 ................................ 3

3.3 智能天线技术 ...................................... 3

3.4 越区切换技术 ...................................... 3

3.5 与第二代系统的兼容性 .............................. 4

4 3G主流技术的综合分析 . .................................. 4

4.1 CDMA2000与WCDMA 比较 . ............................ 4

4.2 TD-SCDMA与WCDMA 、CDMA2000比较 ................... 5

5 结论 ................................................... 6

参考文献 ................................................. 6

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通信10-2 王佩 电子与信息工程学院 信息与通信工程系

3G 主流技术的分析与比较

摘要

本文主要对3G 主流技术进行了分析和比较，首先对WCDMA 、cdma 2000、TD-SCDMA 主流的3G 标准以及涉及的主要技术进行了比较详细的介绍。同时从其系统的兼容性、双工方式、码片速率、扩频系数、射频调制和载波力式等技术指标系统化进行分析和比较，对比阐述了系统的稳定性、系统性能、设备成熟性、漫游能力。最后对WCDMA 、cdma 2000、TD-SCDMA 三大标准的优劣势进行了综合的分析。

关键词：3G ；WCDMA ；cdma 2000；TD-SCDMA

1 概述

最近几年，全球移动通信业发展迅速，特别是在我国，移动通信增长的态势迅猛。目前，中国手机用户已超过5亿，并仍在加速增长，市场规模巨大。但是，现有系统的容量有限，难以实现高速数据服务、全球覆盖、国际漫游等服务业务。随着通信技术的发展，第三代移动通信技术提供了全球无缝覆盖和漫游、更大的容量、支持窄带业务，并提供高速数据服务。虽然说我国的通信业已经迈入4G 的大门，但目前最主流的通信技术还是3G 。

3G 即为英文3rd Generation的缩写，代表着第三代移动通信技术。手机自问世至今，共经历了第一代模拟制式手机（1G ）和第二代GSM 、TDMA 等数字手机（2G ），而当前通信运营商和终端产品制造商倡导的3G 是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它主要定位于实时视频、高速多媒体和移动Internet 访问业务。利用先进的空中接口技术、核心包分组技术，再加上对频谱的高效利用，是可以实现上述业务的。虽然高速数据传输能力是第三代无线网络的关键特征之一，但其真正优势是扩大高质量话音业务容量。

3G 技术的标准：国际电信联盟（ITU ）早在2000年5月即确定了W-CDMA 、CDMA2000和TD-SCDMA 三个主流3G 标准。

2 3G技术的标准介绍

2.1 WCDMA

WCDMA 全称为Wideband CDMA ，意为宽频码分多址。采用FDD 制式，这是基于GSM 网发展出来的3G 技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA 技术，它与日本提出的宽带CDMA 技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM(2G)—GPRS —EDGE —WCDMA(3G)的演进策略。GPRS 是General Packet Radio Service(通用分组无线业务) 的简称，EDGE 是Enhanced Data rate for GSM Evolution(增强数据速率的GSM 演进) 的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。WCDMA 是中国联通的主流技术。

2.2 CDMA2000

CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带CDMA 技术，采用FDD 制式，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、朗讯和韩国三星都已参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套标准是从窄频CDMA2000 1X数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA2000 1X结构直接升级到CDMA2000 3X（3G ），建设成本低廉。该标准提出了从CDMA IS95(2G)—CDMA20001x —CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x 被称为

2.5代移动通信技术。CDMA20003x 与CDMA20001x 的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。CDMA2000是中国电信的3G 主流技术。

2.3 TD-SCDMA

TD-SCDMA 全称为Time Division-Synchronous CDMA(时分同步CDMA) ，是由我国大唐电信公司提出的3G 标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G 过渡，非常适用于GSM 系统向3G 升级。该标准将智能无线、同步CDMA 和软件无线电等当今国际领先技术融于其中。TD-SCDMA 是一个TDD 模式的标准，这就是与其他的种标准的不同之处，也就带来独特的优势。TD-SCDMA 是中国移动的3G 主流技术。

3 3G标准技术的比较

WCDMA 、CDMA2000与TD —SCDMA 都属于宽带CDMA 技术。宽带CDMA 进一步拓展了标准的CDMA 概念，在一个相对更宽的频带上扩展信号，从而减少由多径和衰减带来的传播问题，具有更大的容量，可以根据不同的需要使用不同的带宽，具有较强的抗衰落能力与抗干扰能力，支持多路同步通话或数据传输，且兼容现有设备。WCDMA 、CDMA2000与TD-SCDMA 都能在静止状态下提供2Mbit/s的数据传输速率，但三者的一些关键技术仍存在着较大的差别，性能上也有所不同。

3.1 双工模式

WCDMA 与CDMA2000都是采用FDD(频分数字双工) 模式，TD-SCDMA 采用TDD(时分数字双工) 模式。WCDMA 与CDMA2000能够支持移动终端在时速500公里左右时的正

常通信，而TD-SCDMA 只能支持移动终端在时速120公里左右时的正常通信。TD-SCDMA 在高速公路及铁路等高速移动的环境中处于劣势。

3.2 码片速率与载波带宽

码片速率高能有效地利用频率选择性分集以及空间的接收和发射分集，可以有效地解决多径问题和衰落问题，WCDMA 在这方面最具优势。载波带宽方面，带宽越高，支持的用户数就越多，在通信时发生网塞的可能性就越小。在这方面WCDMA 具有比较明显的优势。TD-SCDMA 系统采用TDD 双工模式，因此只需占用单一的1.6M 带宽，因而TD-SCDMA 对频率资源的利用率是最高的。

3.3 智能天线技术

智能天线技术是TD-SCDMA 采用的关键技术，已由大唐电信申请了专利，目前WCDMA 与CDMA2000都还没有采用这项技术。智能天线是一种安装在基站现场的双向天线获取方向性，还可以减少小区间及小区内的干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。

3.4 越区切换技术

WCDMA 与CDMA2000都采用了越区“软切换”技术，即当手机发生移动或是目前与手机通信的基站话务繁忙使手机需要与一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系，而是先与新的基站连接后，再中断与原基站的联系。而TD-SCDMA 则是采用了越区“接力切换”技术，智能天线可大致定位用户的方位和距离，基站和基站控制器可根据用户的方位和距离信息，判断用户是否移动到应切换给另一基站的临近区域，如果进入切换区，便由基站控制器通知另一基站做好切换准备，达到接力切换目的。

在切换的过程中，需要两个基站间的协调操作。WCDMA 无需基站间的同步，通过两个基站间的定时差别报告来完成软切换。CDMA2000与TD-SCDMA 都需要基站间的严格同步，因而必须借助GPS 等设备来确定手机的位置并计算出到达两个基站的距离。由于GPS 依赖于卫星，CDMA2000与TD-SCDMA 的网络布署将会受到一些限制，而WCDMA 的网络在许多环境下更易于部署，即使在地铁等GPS 信号无法到达的地方也能安装基站，

实现真正的无缝覆盖。而且GPS 是美国的系统，若将移动通信系统建立在GPS 可靠工作的基础上，将会受制于美国的GPS 政策，有一定的风险。

3.5 与第二代系统的兼容性

WCDMA 由GSM 网络过渡而来，虽然可以保留GSM 核心网络，但必须重新建立WCDMA 的接入网，并且不可能重用GSM 基站。CDMA20003x 从CDMA IS95、CDMA20001x 过渡而来，可以保留原有的CDMA IS95设备。TD-SCDMA 系统的的建设只需在已有的GSM 网络上增加TD-SCDMA 设备即可。三种技术标准中，WCDMA 在升级的过程中耗资最大。

4 3G主流技术的综合分析

4.1 CDMA2000与WCDMA 比较

虽然CDMA2000、WCDMA 和TD-SCDMA 同属3G 的主流技术标准，但是仍然可以将其分为两类：CDMA2000、WCDMA 并作一类，TD-SCDMA 则和前两者分开讨论。之所以可以这样做，是因为在技术上CDMA2000和WCDMA 是FDD 的标准，而TD-SCDMA 则是一个TDD 标准。

WCDMA 和CDMA2000都满足IMT-2000提出的全部技术要求，包括支持高比特率多媒体业务、分组数据和IP 接入等。这两种系统的无线传输技术均基于DS-CDMA （Direct Sequence —Code Division Multiple Access直接序列码分多址）作为多用户接入技术，单就技术来说，WCDMA 和CDMA2000在技术先进性和发展成熟度上各具优势，但总体来看，WCDMA 似乎更胜一筹，以下是WCDMA 相对CDMA2000的一些优势所在：

(1)WCDMA使用的带宽和码片速率(3.84Mcps)是CDMA20001x 演进家族的三倍以上，因而能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。此外，更高的码片速率也改善了接收机解决多径效应的能力。

(2)WCDMA在小区站点同步方面的设计是使用异步基站，而CDMA2000基站则通常通过GPS 实现同步，这将造成室内和城市小区(采用室内天线) 部署的困难。

(3)由于支持1xEV-DO 的TDM 接入系统采用共享时分复用下行链路，它具有固定时隙，

因此CDMA2000物理层兼容性较差。

(4)WCDMA较CDMA2000能够更加灵活地处理话音和数据混合业务。

(5)WCDMA进行功率控制的频率几乎是CDMA2000的两倍，达到每秒1500次(1.5kHz)，因而能保证更好的信号质量，并支持更多的用户。

(6)CDMA2000的导频信道大约需要下行链路总传输功率的20%，相比之下WCDMA 只需要约10%，因而可以节省更多的公用信道的开销。

(7)为支持基于GSM 的GPRS 业务而部署的所有业务(如计费、安全、漫游等) 也支持WCDMA 业务，而为了完善新的数据/话音网络，CDMA20001x 必须添加额外的网元或进行功能的升级。

(8)在混合话音和数据流量方面，WCDMA 的系统性能比CDMA2000也表现得更加出色。

因此，从技术的角度来讲，WCDMA 具备一定优势，各家电信企业也因此更加倾向于采用该标准。另外，在传统网络基础和市场推广上，WCDMA 占据着更大的优势。由于全球移动系统有85%都在用的GSM 系统，而GSM 向3G 过渡的最佳途径就是历经GPRS 演进到WCDMA ，所以传统网络上的绝对优势使得CDMA2000难以对WCDMA 望其项背。

4.2 TD-SCDMA 与WCDMA 、CDMA2000比较

TD-SCDMA 与WCDMA 、CDMA2000相比，具有如下的特点和优势：

(1)频谱利用率高：TD-SCDMA 采用TDD 方式和CDMA 和TDMA 的多址技术，在传输中很容易针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点，因而可以使总的频谱效率更高。

(2)支持多种通信接口：TD-SCDMA 同时满足Iub 、A 、Gb 、Iu 、IuR 多种接口要求，基站子系统既可作为2G 和2.5G 的GSM 基站的扩容，又可作为3G 网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。

(3)频谱灵活性强：TD-SCDMA 第三代移动通信系统频谱灵活性强，仅需单一1.6M 的频带就可提供速率达2M 的3G 业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。

(4)系统性能稳定：TD-SCDMA 收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无线环境一致性很好，更适合使用新兴的" 智能天线" 技术；利用了CDMA 和TDMA 结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用，这些技术都能减少了干扰，提高系统的性能稳定性。

(5)与传统系统兼容性好：TD-SCDMA 支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，

网络不必引入新的呼叫模式，能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。

(6)系统设备成本低：TD-SCDMA 上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，这也可达到降低成本的目的；在无线基站方面，TD-SCDMA 的设备成本也比较低。

(7)支持与传统系统间的切换功能：TD-SCDMA 技术支持多载波直接扩频系统，可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等，在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。

当然，与前两种标准相比，尤其是与WCDMA 比起来，TD-SCDMA 也有“尚显稚嫩”的地方。比如，在对CDMA 技术的利用方面，TD-SCDMA 因要与GSM 的小区兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率。又因为TD-SCDMA 频带宽度窄，不能充分利用多径，降低了系统效率，实现软切换和软容量能力较困难。另外，TD-SCDMA 系统要精确定时，小区间保持同步，对定时系统要求高。而WCDMA 则不需要小区间同步，可适应室内、室外，甚至地铁等不同的环境的应用。另外，WCDMA 对移动性的支持更加优质，适合宏蜂窝、蜂窝、微蜂窝组网，而TD-SCDMA 只适合微蜂窝，对高速移动的支持也较差。尤其是在从GSM 网向3G 的过渡过程中，WCDMA 的优势更加明显。

5 结论

三种主流的3G 技术标准--WCDMA 、cdma2000和TD-SCDMA ，在技术上各有千秋，从目前的情况来看，不会出现哪种标准“一统江湖”的局面，在我国通信行业的发展中究竟谁更能占据优势还不得而知，预计在很长的时间内，都会呈现“三足鼎立”的局面。所以在未来国内我们预计决定三大运营商成败的关键并非是技术层面的，而更可能决定于经营层面的战略战术。对于这个问题的分析，除了要从前文所述的各项技术特点以及厂家供货环境、全球范围内广泛采用的程度等入手外，还要结合各国国情、各运营商的具体情况以及市场竞争等因素进行考虑。

参考文献

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