LTE技術引領3G向移動寬帶演進
移動WiMAX技術的崛起打破了WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三足鼎立的格局,使競爭進一步升級,并加快了技術演進的步伐。運營商面臨著多條技術路線選擇,3G+和WiMAX技術將成為未來競爭的焦點。
隨著移動通信技術和寬帶無線接入技術的不斷發展和融合,能夠在移動狀態下為用戶提供寬帶接入的寬帶無線移動技術逐漸成為未來無線通信技術的重點。以3GPP、3GPP2、WiMAX三大陣營為代表的四種技術——WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA(以下簡稱TD)和WiMAX,成為目前較具發展潛力的寬帶無線移動技術。這四種技術分別制定了不同的演進路線,將在未來展開激烈競爭。
WCDMA:明確路線鞏固地位
WCDMA已在全球大規模商用,為了鞏固其市場地位,3GPP又引入了HSPA和LTE作為GSM技術體系繼WCDMA之后的演進技術。
HSPA迎來商用高峰
HSPA是WCDMA技術的增強型技術。在3G技術標準的競爭中,WCDMA/HSPA是較大的贏家,主要原因在于其明確的技術標準演進路線、強大的產業鏈以及全球范圍內龐大的用戶基礎。
HSPA分為HSDPA(高速下行鏈路分組接入)和HSUPA(高速上行鏈路分組接入)。3GPP在Release 5版本引入下行鏈路增強技術,即HSDPA技術,可在5MHz的信道帶寬內提供較高14.4Mbps的下行數據傳輸速率。隨后,3GPP又在Release 6版本引入了上行鏈路增強技術,即HSUPA技術,可在5MHz信道帶寬內提供較高5.8Mbps的上行數據傳輸速率。作為3G演進不可或缺的一個環節,HSPA為WCDMA向更高數據傳輸速率和更高容量升級提供了一條平穩的演進途徑,HSPA的快速發展也帶動了全球移動通信市場向移動互聯網時代邁進的步伐。
HSDPA商用網絡在2008年仍將保持較快的建設速度,商用網絡部署數量將基本與2007年持平。預計到2008年底,將約有240張HSDPA商用網絡,即將有85%以上的WCDMA商用網絡升級到HSDPA。
2007年2月,奧地利的Mobilkom開通了全球第一個HSUPA商用網絡。2007年全年,全球共部署了26個HSUPA商用網絡。根據全球各3G運營商的商用網絡部署計劃,HSUPA將在2008年迎來商用網絡的部署高峰,全年將部署近120個HSUPA商用網絡。預計到2008年底,全球累計部署的HSUPA商用網絡數量將達到145個,即將有近60%的HSDPA商用網絡升級到HSUPA。
HSPA的快速發展在很大程度上得益于強大的產業鏈支持,全球眾多主流廠商和運營商都選擇了沿著WCDMA-HSPA-LTE的技術路線演進和發展,從而使HSPA能夠迅速實現產業化和商業化。
LTE提升運營商利潤空間
2004年年底,3GPP提出了3G長期演進計劃(3G Long Term Evolution,簡稱LTE),目的是進一步改進和增強現有3G技術的性能,以應對WiMAX等新興無線寬帶接入技術的競爭。
為了實現向LTE演進的系統目標,3GPP提出了一系列新技術和實現方案,而且不考慮與現有WCDMA系統的后向兼容。LTE重新定義了空中接口和核心網絡,摒棄了CDMA技術而采用OFDM技術,只支持分組域,這導致LTE與已有3GPP各版本標準不兼容,現有3G網絡很難平滑演進到LTE。3GPP于2008年1月通過FDD LTE地面無線接入網絡技術規范的審批,目前LTE正處于修訂階段,此后將被納入即將推出的3GPP Release 8之中。
LTE采用了很多原計劃用于B3G/4G的技術,如OFDM、MIMO等,因此,和現有的3G及3G+技術相比,LTE除了具有技術上的優越性之外,也為3G技術向B3G/4G演進提供了一個臺階,使3G向4G的演進相對平滑。
LTE技術可以為運營商帶來更大的技術優勢和經濟優勢。LTE通過更加靈活的頻譜配置方案(1.25M~20 MHz)來提升網絡效率和單個基站效率,還可以通過弱化基站控制器設備實體、采用公共無線資源管理控制基站來簡化系統結構,減少網絡節點,從而更加有效地提供服務。同時,LTE技術也可以大幅度降低用戶每兆流量的成本,如在網頁瀏覽、Java游戲、音樂下載、視頻片斷的業務測試中,HSDPA的傳輸成本較低為2美分/MB,而LTE的傳輸成本較低可達到0.5美分/MB,這就大大提升了運營商的利潤空間。
現在,全球較主要的移動運營商都已經宣布將支持FDD LTE技術,包括Vodafone、NTT DoCoMo、Verizon、AT&T等,預計到2010年將在全球展開商用。
CDMA:有望較早商用4G
cdma2000技術體系的演進路線也已基本明確,大體可分為CDMA2000 1xEV-DO Rev.A和UMB兩個階段。
EV-DO Rev.A逐漸取代1X
為了提高CDMA2000 1X的數據傳輸速率,3GPP2推出了CDMA 1xEV-DO(也稱HRPD-High Rate Packet Data)技術,該技術主要支持數據業務,不支持傳統語音業務。CDMA 1X EV-DO目前正式發布的有0版本、A版本和B版本。
CDMA2000 1xEV-DO Rev.A版本在1.25MHz帶寬內可以提供較高3.1Mbps的下行數據傳輸速率。相對于EV-DO Rev.0來講,EV-DO Rev.A增強了前向鏈路數據傳輸能力,針對各種實時IP業務及應用進行了專門的設計和優化,可以有效支持廣播、VoIP、可視電話、在線游戲、實時多媒體業務等。在EV-DO Rev.A的基礎上,采用多載波捆綁方式進一步提高數據速率,形成了EV-DO Rev.B標準。
隨著EV-DO Rev.A技術的不斷成熟,很多沒有升級到CDMA2000 1X的運營商選擇直接升級到EV-DO Rev.A。截至2008年6月,在已經開通的38個EV-DO Rev.A商用網絡中,有16個EV-DO Rev.A商用網絡是由CDMA2000 1X直接升級而來。這16個直接升級到EV-DO Rev.A的商用網絡大部分是在2007年下半年以后開通的。
另外,2008年EV-DO Rev.0和EV-DO Rev.A商用網絡的部署速度明顯加快。預計2008年,EV-DO Rev.0和EV-DO Rev.A商用網絡的部署數量將分別為40個和50個左右,比2007年的14個和12個明顯增加。到2008年底,EV-DO Rev.0商用網絡數量將累計達到115個,即將有45%左右的CDMA2000 1X商用網絡升級到EV-DO Rev.0;EV-DO Rev.A商用網絡數量將累計達到65個左右。CDMA2000 1X商用網絡在全球的部署數量從2007年開始明顯減少,預計在2008年仍將繼續2007年的低部署量。
UMB產業鏈有待完善
UMB(Ultra Mobile Broadband)是cdma2000系列標準的演進升級版本。在CDMA2000 1xEV-DO Rev.B的標準工作基本完成之后,3GPP2開始了CDMA2000 1xEV-DO Rev.B第二階段的工作,目標是進一步提高系統傳輸頻譜效率,同時滿足運營商對于網絡演進、網絡部署、業務融合過渡和性能方面的相關需求。2006年6月,在多家公司相關技術提案的基礎上,3GPP2會議制定和明確了EV-DO Rev.B第二階段空中接口標準的技術框架,并開始具體的標準化工作,相應的標準被稱為UMB標準。
UMB系統是以OFDMA(正交頻分復用接入)技術為基礎、專門針對無線移動環境和實時應用而優化的移動 無線寬帶系統,它繼承了CDMA2000 1xEV-DO系統的自適應編碼調制、HARQ(物理層混合重傳)以及QoS控制機制,結合了CDMA、TDM、QOFDMA(準OFDMA)、LDPC(低密度奇偶校驗碼)等先進技術,同時引入了基于MIMO(多路輸入輸出)、SDMA(空分復用接入)和Beamforming(波束成型)等多天線技術,使系統可以在達到更高傳輸效率的同時,經濟有效地支持各類具有QoS要求的應用。通過采用這些技術,UMB系統可以全方位地提供先進的移動寬帶服務,并在經濟地提供低速、低時延的語音業務的同時,有效地提供超高速、非時延敏感的寬帶數據通信業務。此外,為支持無縫接入,UMB還支持與現有CDMA2000 1X和EV-DO進行跨系統的無縫切換。
UMB代表了下一代移動寬帶技術,它能夠在20MHz的頻帶帶寬里實現288Mbps的峰值下載速率。UMB還有望成為較先商用化的4G技術,按照CDG的預測,UMB商用系統將在2009年中期實現規模部署。不過,由于高通公司在cdma2000方面的專利壟斷,導致CDMA產業鏈不斷萎縮,給UMB的發展前景蒙上了一層陰影,到目前為止仍沒有運營商宣布未來采用該技術。
TD-SCDMA:終端是短板
TD演進可以分為短期演進和長期演進。短期演進主要是為支持高速數據業務提出的高速分組接入(HSPA)技術。LTE則是基于OFDM技術,下行采用OFDMA、上行采用SC-SFDMA;網絡結構基于“扁平”式以減少時延,以及快速自適應無線狀況;為了節省網絡資源,不采用上行宏分集技術。
TD分別在R5版本和R7版本中推出了HSDPA和HSUPA技術。為了達到提高下行分組數據速率和減少時延的目的,HSDPA技術采用混合自動請求重傳(H-ARQ)、自適應調制編碼(AMC)和快速調度等技術,提供高速的下行分組數據傳輸。HSUPA采用Node B快速調度、混合自動請求重傳(HARQ)、自適應調制編碼(AMC)等增強技術,以提高上行鏈路的速率和吞吐量,降低時延。TD在R7版本中,除HSUPA之外,另外一個重要內容就是MBMS。
2007年9月,HSPA+在3GPP立項,進行可行性研究。HSPA+技術既要保持與R6版本的后向兼容性,同時 還要在5MHz帶寬下達到和LTE相仿的性能。HSPA+的內容將包含在R8版本中。
TD LTE技術是向4G系統演進過程中的過渡階段。大多數的技術特點是用于增強系統性能的,如使用MIMO、OFDM,靈活的帶寬選擇和分布式無線接入網絡等。在20MHz的帶寬內下行峰值速率可達100Mbit/s,上行可達50Mbit/s。
TD/GSM雙模、HSDPA和TD-MBMS是TD終端芯片的基本功能要求。目前,TD網絡的HSDPA升級已經基本完成,但仍然缺乏支持HSDPA的手機終端。截至2008年6月6日,已經有21家終端企業的38款TD終端(包括2款TD-HSDPA數據卡)取得了工業和信息化部頒發的入網許可證,6家系統廠商取得了TD-HSDPA全系列設備入網許可證。
預計2008年末TD-HSUPA系統將取得入網許可,到2009年將有芯片和終端上市,而TD-HSPA+將在此后一年入網,2011~2012年TD-LTE將進入實質發展階段。
WiMAX:16e商用比例上升
在WiMAX系列標準之中,802.16d和802.16e是核心標準,但隨著技術的演進和標準的不斷完善,這兩大標準已經成為不兼容的兩種技術。802.16e采用了很多先進技術來獲得高數據速率,包括OFDMA、先進編碼技術CTC、自適應編碼和調制AMC、混合自動重傳請求HARQ、自適應波束成型、時空碼STC以及MIMO(多入多出)等技術。802.16e可以使用不同的載波帶寬,從1.75M~20MHz不等,例如:在10 MHz載波帶寬下,單用戶速率可以達到30 Mbit/s,可以支持120km/h的移動速度。
802.16e不僅具備802.16d的性能,而且具備移動、切換等功能,支持多種業務和應用。從應用場景和范圍來看,802.16e更為廣泛。因此,802.16e將成為WiMAX標準的主流,甚至會用于固定接入。
2007年10月19日,在瑞士日內瓦舉行的無線通信全體會議上,移動WiMAX標準正式成為IMT-2000標準族的一員,為WiMAX解決了全球統一頻率問題,有利于其在全球范圍內推廣。目前,WiMAX論壇正在全力推動移動WiMAX設備的認證和商用化。移動WiMAX的芯片已經基本準備就緒,基站和終端設備也在加緊研發,移動WiMAX產業鏈已基本成熟。
截至2008年3月底,全球共有175個WiMAX商用網絡,36家運營商正在進行測試,另外還有25家運營商計劃引入WiMAX技術。在236個在建或者計劃建設的網絡中,使用802.16e標準的占35%,802.16d標準占45%,專有技術占20%。其中,專有技術是指在WiMAX技術之前、非標準化的寬帶無線接入技術,如FLASH-OFDM等。盡管目前802.16d標準仍占多數,但使用該技術的新增網絡已開始減少,802.16e網絡則迅速增加,很多運營商都計劃將網絡升級到802.16e標準。預計到2008年下半年,802.16e網絡將占據主導地位。
隨著802.16d和802.16e技術逐漸走向商用,IEEE 802.16工作組開始研究WiMAX下一步演進路線,為此成立了802.16m工作組,并于2006年底獲得IEEE的正式批準。802.16m的目標是成為下一代移動通信技術,以及ITU 即將討論的IMT-Advanced標準之一,傳輸目標是固定狀態下傳輸速率達到1Gbps,移動狀態下達到100Mbps。
LTE將成為主流
移動化和寬帶化是寬帶無線移動技術的兩大特點,未來將有多種技術在這一領域展開競爭。
WCDMA和cdma2000已在全球實現規模商用,并分別向HSPA和EV-DO Rev.A演進,引領全球移動通信市場進入寬帶時代。TD也在國內進行了擴大規模網絡技術應用試驗,為較后商用作準備,而上海、廣州等地的TD網絡正在向HSDPA升級,預計2008年年底將正式商用。
2007年,WiMAX正式成為第三代移動通信標準,打破了WCDMA、cdma2000和TD三足鼎立的競爭格局,以WiMAX為代表的各種新型寬帶無線技術的加速發展,正在不斷沖擊著傳統蜂窩移動通信技術的市場主導地位,使移動通信市場的競爭更加激烈。802.16e的下一代演進技術802.16m與LTE+和UMB一樣,將角逐IMT-Advanced標準,屆時寬帶無線移動領域的競爭將更加激烈。
移動WiMAX技術的迅速崛起促使3G陣營加快了技術升級和演進的步伐,3G+技術和WiMAX技術將成為未來寬帶無線移動技術領域的焦點。
由于技術競爭激烈,運營商可選擇的技術路線將更加多元化。
GSM/TDMA運營商專注于HSPA及LTE,但不同運營商采取的技術策略將會有所區別。例如,T-Mobile積極推動LTE的產業化,不計劃對3G進行大的投入,而Vodafone在3G已有巨大投資,必須充分發揮其效益,對LTE的時間表則不太急迫。
由于CDMA整體產業規模的縮小,CDMA運營商出現了多種技術路線,有的運營商選擇LTE或UMB,也有部分運營商轉向WiMAX,例如美國的Verizon宣布采用LTE技術,而日本的KDDI、美國的Sprint Nextel則選擇了移動WiMAX。
寬帶無線移動技術領域的三大陣營中,cdma2000的演進技術UMB還沒有獲得主流運營商的支持,而LTE陣營已經得到Vodafone、Verizon、AT&T等國際主要移動運營商的支持,因此,未來在寬帶無線移動技術領域,LTE將成為FDD領域的主流技術,并占據移動市場的大部分份額,而TD LTE和WiMAX將引領TDD進一步向前演進。
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