技术路线(Technology route)是指要达研究目标准备采取的技术手段、具体步骤及解决关键性问题的方法等在内的研究途径。
WCDMA技术演进路线
拥有WCDMA标准的是欧洲的诺基亚西门子、爱立信等传统的GSM巨头。GSM用户占全球手机用户总数的81%以上。从GSM过渡到WCDMA,平滑升级,符合那些国际跨国GSM运营商的利益。目前WCDMA以在46个国家获得商业应用,运营商超过105家,全球WCDMA的用户接近5亿。从市场趋势看,WCDMA已经成为3G通信市场的主流技术之一。
WCDMA的技术路线
基于3G的无线网,WCDMA的技术路线:“无线接口向高速传送分组数据发展,无线网络向IP化发展,工作频段向多频段方向发展”。简单一点说就是:高速、IP化、多频段。
WCDMA的技术路线如图1所示。
图1 WCDMA的技术路线
上述的路线图,介绍了WCDMA技术版本的变化。先概述一下:总体的来看WCDMA技术演进的思路应该是分层、分离、宽带、IP。
通信行业1G、2G、3G、4G、蓝牙、WLAN、WiMax、LTE等等,新的理念层出不穷呢。3GPP R99是个什么呢?研发3GPP R99达到什么目的呢?
技术的发展本身是一个量变到质变的过程。真正的划分“1G、2G”。其实是“事后总结,事后诸葛亮!”。抛开这些让人眼花缭乱的符号。人们感到沟通愈来愈快捷、方便,业务越发多样、价廉,就都会感到“时代进步了!”
3GPP(3 rd Generation Partnership Project )是专门制定WCDMA标准的国际化标准组织。R99是WCDMA技术真正商用,确立地位的技术本版。R99的根本目的是进入了WCDMA时代。R99版本充分考虑到WCDMA网络如何与GSM网络并存,如何保证欧洲广大GSM运营商的既得利益和已有的投资。因此,R99的目的明确:提高频谱利用率,提高网络容量,平滑演变到WCDMA。
从技术实现的角度不是很容易理解;从功能实现的角度入手就更直观些;R99主要是引入全新的无线接入网络UTRAN、自适应多速率语音编码(AMR)、开放的业务结构(OSA),GSM/WCDMA系统间漫游和切换。还有基于GPRS的分组数据业务(通俗来讲类似于ISDN上网业务)和支持所有GSM中定义的补充业务。
还有很重要的一点是建立开放的业务结构OSA(Open Service Architecture)这是3GPP组织提出的用于快速部署业务的开放平台。OSA着眼于为移动通信用户提供,希望将业务部署和承载网络分离开来(体现了分离的思想),成为独立部分以便第三方业务提供商用机会参与竞争,有利于多厂商互通和快速地部署新业务。R99的发布实现了WCDMA从2G到3G的平滑过渡。
WCDMA演进:R4版本的发布。这一次主要的变化在核心网,无线网络基本没有实质性的变化。R4版本抛弃了传统交换网络的概念,而引入了下一代网络(NGN)的层次结构,这更符合未来网络的发展趋势。
R4版本主要引入了MSC服务器(MSC server)和媒介网关(MGW),在电路交换域中把呼叫控制和承载分离,也就是我们常说的分层结构;电路域支持基于ATM/IP的分组传输技术,包括语音和信令等;Streaming级别的分组业务。分组技术的引入造成核心网络结构发生很大的变化。由于GSM系统中的MSC节点是一个TDM交换设备,很难应用到这样一个基于ATM/IP的网络结构中。因此,一个崭新的节点——媒介网关(MGW)出现在3GPP R4的网络中。它位于网络用户数据层的边缘,除了完成ATM/IP层的交换和传输外,在接入侧负责完成无线网络接入的功能,在另一端,它是通向外部PSTN网络的接口。媒介网关通过H.248协议接受MSC服务器控制。
这种分层网络具有许多优势:它是一种开放的通用网络体系结构,能够满足电信领域当前和未来的快速发展;具有灵活性,适应话务流量增长、通信模式的变化以及各种话务流量的混合;各层之间相互独立,每层都有单独发展的空间,比如不同领域的新技术可体现在不同层上;灵活的传输选择;允许部署多种不同的传输技术(包括现有技术和新兴技术),而且不会对控制层、业务层或应用层产生影响;为多业务网络提供通用传输,如多种业务(话音、数据、运维)可以共享同一传输网络;优化分配资源,使网络资源得到更有效的利用。
WCDMA基本秉承了分层、分离的技术路线。WCDMA发布的R99版本其实更适合新建网的运营商采用,而R4版本一直被认为是R99到R5的过渡性版本,没有多少存活期。而现在从“全IP网络”的技术路线发展看;R4可能还有很大的生存空间。而且,值得一提的是R4版本的标准主要采纳了中国自主研发的TD-SCDMA标准作为WCDMA-TDD的标准。这导致了TD-SCDMA的诞生!
R5 版本是2002年6月冻结的。R5版本是全IP(全分组化)的第一个版本。而且在技术研究上又有了新的突破:在无线接入网引入了HSDPA(高速下行分组接入),大大改善了下行分组数据传输性能,下行峰值数据速率有望达到8~10Mbit/s,容量提高2~3倍。
这就大大突破的3G的基本速率要求.!
但,目前R5版本还没有哪一个厂家投入商用。具体R99----R4---R5---R6的技术路线这里就不详细介绍了!
WCDMA演进路线
科学技术的进步有其固有的规律性。电信业的发展总趋势“全IP化”的是不会变的。广大消费者要求更快的速度、更高的质量这一需求也是不会变的。
总体来WCDMA技术,在科学研究方面有创新和突破。比较准确地把握了技术演进的方向。
WCDMA技术路线:
无线网侧网络的技术路线是沿HSPA的方向发展。
核心网侧的技术路线是沿IMS融合的方向发展。
深入分析一下:WCDMA在无线网侧的网络。其实可以有两条路线:
路线一:HSPA直接向LTE(Long Term Evolution)跨越,达到LTE+
WCDMA可以选择在合适的时机全方位引进LTE技术。让LTE承载更多的话音类业务和数据业务。这样对WCDMA技术是有益的。其优势在于LTE(LTE已列入3GPP R8正式标准)标准制定进度和技术发展较为顺利,广受各电信设备厂商的重视和支持。相对于第二条路线,LTE能够提供更高的速率。可以领先的技术迅速“扩大地盘”。但其劣势也是明显的:由于LTE重新定义了空中接口和网络结构,以OFDM为核心技术,这与3G系统的CDMA技术相比,存在本质上的差别。无法与3GPP其他各版本兼容。UTRAN的网络移动台无法接入LTE网络,UTRAN的网元也无法直接实现与LTE网络的共用。
这种技术路线采用突变的形式,大量的HSPA用户需要更换终端。已有HSPA网元无法再利用,已有3G的巨大投资得不到有效的保护。
路线二:WCDMA—〉HSDPA—〉HSUPA—〉HSPA+—〉LTE
这一条路线其实许多运营商已经开始实施。通过HSPA性能的逐步提升,逐步向LTE迈进。这条路线的优势是平滑演变,现有的网络投资可以得到最大限度的保护。其不足之处也是明显的:选择这条路线的前提条件上HSPA+先达到应用的成熟度。但从过去一段时间来看HSPA+技术研究和标准制定的进度落后于LTE,也就是说HSPA+存在一定的不确定性。
从网络运营的角度看,HSPA发展到一定时间之后通过增加一副天线和软件升级就可以平滑的过渡到HSPA+。这样既可以达到投资效益的最大化。又显著提升了系统速率,给用户不断的惊喜。
LTE是2004年底就提出了,其战略目的也是为了进一步改进和增强3G技术的性能,对应WiMAX等新兴无线宽带接入技术的竞争。
为了实现向LTE演进的系统目标,3GPP提出了一系列新技术和实现方案,而且不考虑与现有WCDMA系统的后向兼容。LTE重新定义了空中接口和核心网络,摒弃了CDMA技术而采用OFDM技术,只支持分组域,这导致LTE与已有3GPP各版本标准不兼容(已纳入3GPP R8),现有3G网络很难平滑演进到LTE。这也是WCDM选择渐进技术路线的原因。
还需要探讨一下WCAMA的核心网侧的技术路线:IMS。
IMS,3GPP早在2002年就提出来了。为什么现在广受关注呢?
IMS意味着融合。而融合已经成为电信业发展的主要趋势。电信业将面临新的格局:即从ICT(Information and Communication Technology )单一产业链结构,逐步向TIME(Telecom, Internet, Media and Enterainment)型多种生态系统转变。整个业界的技术标准趋向统一,固话网、移动网、Internet趋向融合。对用户而言,在任何地点,通过任何设备、任何屏幕访问任何服务的梦想将逐步实现。
3GPP R5中定义的3G核心网向全IP演进的网络结构,已获得广泛的认可和引用,得到了3GPP2、IETF、ITU-T、TISPAN、OMA、ATIS等重要标准组织支持和关注。IMS提出的分层网络结构,导致电信业务的提供有了很大的改变:业务提供从网络实体中分离出来,由各种应用服务器和认证服务器来完成业务生成、业务认证、业务运行和业务计费等。这些在上文中都有很多的描述了。
WCDMA核心网侧的技术路线:
1) R5:确立IMS的网络架构;
2) R6:研究如何实现固定网络接入;
3) R7:定义DSL和cable modem接入以及CS域承载IMS语音;
4) R8:ALL-IP网络研究(common IMS)
cdma2000技术演进路线
cdma2000技术目标
现在,我们来聊一下CDMA2000的技术路线。
CDMA2000标准主要由美国高通公司主导。数据显示:全球CDMA用户数已突破5亿,CDMA2000的用户数达4.94亿,EV-DO宽带用户数达到1.28亿。63个国家167家运营商支持CDMA2000技术标准。CDMA2000 1X EV-DO版本A在70个运营商得到部署,另有38家运营商也即将上线。不能不承认:CDMA2000也是3G通讯市场的主流技术标准呀。
CDMA技术标准由3GPP2标准组织负责。3GPP2成员包含:TIA(北美)、CCSA(中国)、ARIB/TTC(日本)和TTA(韩国)。其目标写得很简洁“提供更加高速的无线速率,全IP的网络结构”。
谈到cdma2000的技术路线,CDMA2000无线网侧已有的标准为1x、EV-DO、EV-DV。这是单载波的技术路线。现有的协议版本包含Release 0, Release A, Release B, Release C。cdma2000已放弃了多载波(3x)的技术路线。
CDMA2000核心网侧的路线如下:
ANSI-41-D/E/F→Phase 0→Phase 1→Phase 2 LMSD STEP1/STAGE2/STAGE3→Phase 3ALL IP。
还需要说明一下:CDMA2000核心网侧的技术路线并不是唯一的,实施过程中可以跳过其中的某一个环节进入下一个环节。
高速,全IP,总体看来cdma2000的目标和WCDMA是一致。简要讲:曹魏集团的技术路线是HSPA和IMS。那cdma2000有什么呢?
简要讲:相应对应的cdma2000有EV-DO和MMD。其中的MMD标准就是由3GPP2制定。MMD的体系结构和基本理念与WCDMA的IMS基本一致。最终将融合和统一到common IMS范围。但EV-DO和HSPA在技术上是由差异的。
cdma2000演进路线
在这里有必要说明一下:cdma2000的技术标准体系与WCDMA最大的不同在于WCDAM标准的每个版本强调全系统统一发展;而cdma2000标准则被划分为相对独立的模块,每个模块通常按照自己的发展道路演进。
最初,3GPP2在cdma2000发展方向及标准的研究主要集中在1x EV方面(其中1x表示1个1.25MHz载波,EV意为演进),包括1x EV-DO(也称为高速分组数据HRPD)和1x EV-DV两大体系和趋势。其中1x EV-DO专门为高速无线分组数据业务设计,1x EV-DV系统则能够提供混合的高速数据和话音业务。其中CDMA2000 1x EV-DO或CDMA2000 HRPD的设计初衷是作为CDMA2000 1x的补充,提供更高速无线接入因特网的方法,使得用户可以共享因特网资源。HRPD仅提供非实时数据业务,其中前向峰值速率高达3.1Mb/s。HRPD适应于类似流媒体及大文件下载等业务的开发。至于实时业务(如话音),可通过与CDMA2000 1x网络的配合或VoIP的方式实现。但HRPD不能完全后向兼容CDMA2000 1x。 CDMA2000 1x EV-DV的设计初衷是提供可与HRPD竞争的数据速率,并且兼容CDMA2000 1x,1x EV-DV可提供非实时高速分组数据业务和实时业务,前向峰值速率高达3.1Mb/s。1x EV-DV可为用户提供各种多媒体服务。1x EV-DV完全后向兼容CDMA2000 1x系统。
由于技术实现的难度较大,1x EV-DV一直不太成熟,不具备商用化的条件。相反,由于EV-DO能够提供高速的移动数据业务。得到市场的认可。这是电信业界“技术决定论向市场决定论转变”的又一例证。
cdma2000还利用干扰抵消、解码器改进和其他增强技术使网络容量扩大一倍以上,这样网络运营商就能够在一个1.25MHz的信道上为一个扇区同时提供多达100个语音通话。利用这些网络增强技术的运营商将能够以半数频段支持现有和未来的语音需求。除了扩大可带来收益的语音服务容量,CDMA2000技术路线还涉及增强的EV-DO网络,该技术具有更强的移动宽带连接、广播/多播,丰富的多媒体信息、高性能的PTT以及广播和用户生成内容的发送与接收。
EV-DO版本B(增强版)能使运营商在现有频段内实现版本A多载波聚合,创造更宽的数据信道。通过聚合多个版本A载波,版本B的运营商除了能够提供更快的数据传输速率,还能为用户带来稳定的宽带体验,无论用户身处蜂窝覆盖区域的哪个位置。版本B最初将提供三倍于单个版本A信道的数据传输速率,通过更多无缝下载和更快的数据共享能力极大地提高了用户体验。提供高达14.7Mbps的前向链路数据速率(而反向链路速率仍然是5.4Mbps),通过先进的基站调制解调器,实现干扰抵消和更高阶的调制能力。
但是,从数据看,CDMA2000技术提供的速率明显低于WCDMA的HSPA技术呀?
面对这个现实,cdma2000还提出了UMB(超移动宽带)的标准计划。UMB是基于正交频分多址接入(OFDMA)。其技术实质与3G的CDMA技术存在本质的差别,已进入4G的范畴。
目前现状是,cdma2000的代表高通公司放弃了原先的UMB,转向LTE了!
cdma2000的技术路线归结起来也是LTE和IMS呀!
TD-SCDMA技术演进路线
TD-SCDMA技术目标
当今的世界,国际市场的竞争归根到底是技术之争和标准之争。中国自主的3G标准TD-SCDMA作为移动他通信国际技术标准的突破是值得“大书特书”的。
中国提出的TD-SCDMA标准相对于前两个标准晚了许多,技术标准成熟度也有一定的差距。但我们要看到中国的技术标准虽然提出的较晚,但在技术实现上有很多创新。其后发优势是不容忽视的。
TD-SCDMA技术目标:“引入新的技术特性,进一步提高系统的性能”。目前已规划引入的技术特性包含:智能天线终端定位功能、HSDPA、MIMO等。
从市场份额的角度分析,TD-SCDMA技术在刚国内开始大规模商用。,目前,中国移动推广TD的步伐正在加快,预计年内TD的用户将增加到750万,2011年则会增加到7500万左右。虽然在国际市场的前景还不太明朗,但我们应该有信心,有中国政府的大力推动,有中国企业的和技术专家的顽强拼搏,依托中国的庞大市场,TD-SCDMA标准后续发展将会取得更大的成功。
TD-SCDMA虽然通过形成了国际标准,但国际通信巨头投入TD的并不多。作为标准化的组织,TDD和FDD的规范进展是同步的。并且,由于频谱率利用上的差异,TDD方式已经表现出越来越多的优势。
下面来介绍一下TD-SCDMA技术路线:
TD-SCDMA演进路线
TD-SCDMA技术与标准的发展分为三个阶段:
TD-SCDMA和TD-SCDMA增强型阶段;
TD-SCDMA长期演进(TD-LTE)阶段;
4G(IMT-Advanced)技术阶段。
这三个阶段又分别采用不同的技术类别:第一阶段采用的是基于CDMA的技术;第二、第三阶段采用的是OFDM(正交频分复用)技术。
TD-SCDMA技术和WCDMA技术。都属一个3GPP小组。基本确保了两个标准的同步进展。还需要说明的是,TD-SCDMA的核心网侧和WCDMA的核心网侧是一致的。下文就不介绍TD-SCDMA核心侧的技术路线了。
TD-SCDMA在技术上有其先进性。还需要强调的是:TD标准的通过还得益于中国的强盛。中国政府的积极支持和中国巨大的市场,让西方的利益集团不得不作出某些妥协。3G的三大主流标准是多国利益博弈的结果呀。
技术演进:
第一阶段:
TD-SCDMA基础版本为3GPP R4,主要是以实现话音和中低速数据业务为主。
增强版本:指TD-SCDMA的3GPP R5/R6/R7.(和WCDMA的技术路线基本一致哦)。TD-SCDMA采用的增强技术以HSDPA、HSUPA、MBMS(包含优化的MBMS)、HSPA+为代表。
第二阶段:TD-LTE为长期演进阶段
TD-LTE在基本多址接入技术的基础上引入OFDM,取代CDMA;
在智能天线(SA)基础上进一步引入MIMO技术,形成SA+MIMO的先进多天线技术;使性能获得5-6倍(3GPP R6)版本的提升。同时确保平滑演进。
第三阶段:4G(IMT-Advanced)TDD标准
在技术上基于OFDM,并进一步增强。确保后向兼容,使TD产业平滑演进;
针对NGMN和4G的需求,相对TD-LTE功能和性能有明显的提升;
针对TDD特点在无线接口进行独立优化,TDD/FDD采用统一的网络架构和分层;
4G-TDD系统满足独立大规模组网的需求。
TD-SCDMA大规模的商用是TD-LTE、4G-TDD,演进成功的必要条件。中国在标准领域达到了与国际主流技术基本同步的水平,但我们必须清醒地看到,技术标准的推广决不单单取决于标准化研发的进程,而是与当前的产业规模是紧密相连的。当前新一轮移动通信标准和技术发展的浪潮已经兴起,围绕3G增强、LTE、B3G、4G(IMT-Ad-vanced)的竞争态势已经形成。对TD-SCDMA及其演进技术标准而言既是严峻的挑战也是难得的发展机遇。国际标准往往牵动绝大多数国家的利益,经济大国必然会像争夺3G标准一样,在4G标准上展开厮杀。