GSM與CDMA之比較

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  CDMA數字蜂窩通信技術具有系統(tǒng)容量大、抗干擾性能強、話音質量好、功耗低的優(yōu)點,目前被人們所關注。本文就覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、價格、話音質量等方面對CDMA和GSM做了比較。


覆蓋范圍

  提供適當的覆蓋區(qū)域是蜂窩通信系統(tǒng)、無線本地環(huán)路和PCS系統(tǒng)的基本要求。每個蜂窩小區(qū)的覆蓋區(qū)域受鏈路預算的影響很大。根據確定的鏈路預算,人們可以用來比較不同空中接口技術的小區(qū)半徑的大小和需要基站的數目。這里給出在同樣環(huán)境的小區(qū)半徑下CDMA與GSM初期覆蓋范圍的比較,見表1。


表1 CDMA和GSM蜂窩小區(qū)初期覆蓋范圍比較:






























參數 密集城區(qū) 稀疏城區(qū) 郊區(qū) 鄉(xiāng)村
CDMA小區(qū)面積(km2) 3.1~8.1 5.3~13.8 28.3~73.2 254.4~659.1
GSM小區(qū)面積(km2) 0.6~1.6 1.1~2.8 9.1~23.5 76.4~197.8
CDMA∶GSM面積比 5.2∶1 4.9∶1 3.1∶1 3.3∶1




  如表1所示,CDMA比GSM所需的小區(qū)數少80%,實際使用情況表明CDMA的覆蓋區(qū)域更廣。


  另一個驗證GSM小區(qū)覆蓋范圍的方法,是考慮GSM蜂窩小區(qū)支持相應模擬蜂窩小區(qū)的用戶數。


表2 不同情況下用戶數與基站數之比:





























































地點 人口密度 技術 小區(qū)數 用戶數 用戶數/小區(qū)
美國 AMPS 12,000+ 16,000,000 >1,300
世界范圍* GSM 250,000 1,800,000 7
德國D1* GSM 2,500 480,000 200
德國D2* GSM 2,500 475,000 190
德國E1 PCS-1900** 4,000 <100,000 25
倫敦水星1-2-1 PCS-1900** 500 100,000 200
*數據來自愛立信,**作PCS應用,GSM也稱為PCS-1900



  從表2中可以看到,AMPS在低人口密度區(qū)的用戶數是GSM在高人口密度區(qū)的8倍。盡管模擬技術已老化,但這種比較依然是明顯的。


  通過鏈路預算分析和將CDMA蜂窩替換現(xiàn)有的的AMPS網絡可以看到,CDMA提供的覆蓋范圍比AMPS大得多,這些事實說明CDMA只需要一部分的AMPS小區(qū)數就可以覆蓋同樣大小的區(qū)域。因此,CDMA通過分析和實踐,可以證實它比AMPS和GSM的覆蓋大得多。


表2所示,GSM/PCS1900小區(qū)數由初始覆蓋需要決定,隨著用戶數的增加和話務量愛爾蘭數的增加,需要更多的小區(qū)數,這個特點早已在倫敦水星121區(qū)表明,在不到1年的服務期和建立500個小區(qū)的情況下,據報道呼叫阻塞達1小時。


負荷網絡中的覆蓋范圍

  以上分析考慮了初始使用時的覆蓋范圍。下面分析CDMA與GSM在負荷網絡情況下的覆蓋范圍。


  在覆蓋范圍和容量上,CDMA優(yōu)于GSM。假設有20MHz頻帶(10MHz發(fā)送,10MHz接收),覆蓋1000平方公里,而它的負荷定義為典型鄉(xiāng)村50km/Hr多徑環(huán)境下的實際話務信道,GSM的愛爾蘭容量由以下二方面限制所決定:







●可用話務信道數

●一個基站最小可接受的C/I(按照GSM指標為C/I≥9dB)



  在相同環(huán)境下,CDMA的愛爾蘭容量只受限于用戶單元的最大發(fā)射功率。

  GSM需要200個基站才可以覆蓋1000km2,而CDMA只需45個基站。而且GSM使用每扇區(qū)42時隙(44時隙的95%),這是不實際的,因為它至少需要8%的時隙用于控制。即使這樣,CDMA也比GSM要少80%的基站,而且每個CDMA扇區(qū)只算最大容量的55%。
GSM小區(qū)半徑隨實際話務信道的增加而縮小,對于每平方公里20個實際話務信道來說,CDMA只是最大負荷的50%,而且每個基站可以支持達20km。 另一方面,大于14話音時隙(受限于C/I≥14dB)的GSM基站不能提供可以接受的話音質量,這使服務提供者受限于6km2的范圍內。
容量

  頻譜有限,而且昂貴。一種能有效地利用頻譜的空中接口可以在同樣的帶寬內支持很多的用戶,從增加用戶數中提高潛在的收入,同時降低與頻譜相關的費用。CDMA的頻譜利用率>10倍AMPS,高容量正是CDMA的特點。


  在高速移動狀態(tài)下,CDMA可以提供25個通話/扇區(qū)/CDMA信道,這已包括35%的軟切換開銷。每個CDMA信道各使用1.25MHz發(fā)送和接收頻譜。在無線本地環(huán)路或低速移動應用中,軟切換較少,如果用高增益天線,則可以支持大于40個通話/扇區(qū)/CDMA信道。


  CDMA、GSM、AMPS容量可以從占用10MHz和30MHz頻譜的比較中得出。若采用保守的保護帶,10MHz頻譜可分配給3個CDMA信道,30MHz可以分配給11個CDMA信道;GSM或AMPS沒有保護帶,這對它們是最樂觀的情況,如表3、表4所示。


表3 占有10MHz頻譜(5MHz發(fā)送,5MHz接收)的情況:

































































參數 CDMA GSM AMPS
信道帶寬 1.25MHz 0.20MHz 0.03MHz
信道數 3 25* 167*
頻率復用 1/1 3/9** 7/21
有效信道 3/1=3 25/3=8.3 167/7=23.8
話音呼叫/信道 25至40+ 7.25*** 1
話音呼叫/小區(qū) 75至120+ 7.25×8.3=60.2 23.8
扇區(qū)/小區(qū) 3 3 3
話音呼叫/扇區(qū) 75至120+ 60.2/3=20.0 23.8/3=7.9
Erlangs/扇區(qū)**** 64至107E 13.2E 3.6E
*最優(yōu)情況,對GSM和AMPS無保護帶;**Qualcomm認為,在實際使用時是不太可能的,現(xiàn)在歐州意大利GSM網絡中采用4/12;***比8話音呼叫/信道少0.175,用于開銷功能(例如:控制/導頻);****基于2%的阻塞。



表4 占用30MHz頻譜(15MHz發(fā)送,15MHz接收)的情況:

































































參數 CDMA GSM AMPS
信道帶寬 1.25MHz 0.20MHz 0.03MHz
信道數 11 75* 500*
頻率復用 1/1 3/9** 7/21
有效信道 11/1=1 75/3=25 500/7=71.4
話音呼叫/信道 25至40+ 7.25*** 1
話音呼叫/小區(qū) 275至440+ 7.25×25=181 71.4
扇區(qū)/小區(qū) 3 3 3
話音呼叫/扇區(qū) 275至440+ 181/3=60.4 71.4/3=23.8
Erlangs/扇區(qū)**** 261至426E 50E 16E
*最優(yōu)情況,對GSM和AMPS無保護帶;**Qualcomm認為,在實際使用時是不太可能的,現(xiàn)在歐州意大利GSM網絡中采用4/12;***比8話音呼叫/信道少0.175,用于開銷功能(例如:控制/導頻);****基于2%的阻塞。



即使CDMA扣除保護帶,而GSM或AMPS不扣,CDMA容量依然很大。對于高速移動應用,在分配給的10MHz頻譜內,CDMA的容量是每扇區(qū)64E,或4.8倍GSM的愛爾蘭容量。對于分配給的30MHz頻譜中,CDMA的容量是每扇區(qū)261E,或5.2倍的GSM的愛爾蘭容量。


換句話說,一個占10MHz頻譜的CDMA系統(tǒng)的愛爾蘭容量相當于占30MHz頻譜的GSM系統(tǒng)的128%(根據實際的占30MHz頻譜的GSM頻率復用容量)。

價格


  決定無線系統(tǒng)實施費用時,必須考慮許多因素。初始費用包括基站和基站控制器、固定資產投資和必須的修正費、網絡規(guī)劃和安裝費、回程電路及維修等費用。成功的事業(yè)應為其發(fā)展做好打算,這樣隨著擴展更多的用戶,將帶來超過投資費用的收入。然而采用一個不合理的容量的技術,系統(tǒng)經營將會為擴大用戶數而增加更多的基站,而花費更大。


  費用有時也取決于“進入市場時間”。進入市場時間包含使系統(tǒng)進入運行的全部因素。越是需要網絡規(guī)劃,所需建造的基站越多,進入市場的時間也越長。如前面對覆蓋的描述,CDMA比GSM所需基站數少80%,這個特點直接地比GSM減少了設備投資、固定資產、場地建設、頻譜、回程和維護費用。另外,因為GSM宣稱其頻率復用為3/9,任何基站小區(qū)或扇區(qū)在超過初始規(guī)劃時,網絡需要做復雜和高昂的重構工作。由于CDMA其頻率復用系數為1,增加小區(qū)或扇區(qū)快速方便,且不影響現(xiàn)有的網絡規(guī)劃,CDMA的這種便利性可使PTT或運營者在網絡規(guī)劃方面“接近完美正確無誤”。


  僅用10MHz頻譜的PCS與占用30MHz頻譜的PCS比較可以節(jié)省相當多的費用,因為10MHz CDMA可比30MHz GSM多提供70%的通話量,服務提供者不僅節(jié)省初期購買PCS的費用,而且可以為更多的用戶提供更好的服務。


  PCS運營必須清除它的頻譜中現(xiàn)有的微波用戶。由于CDMA手機即使離開基站很遠發(fā)射功率也很小,與GSM比較,它們對微波固定站的干擾甚小。而且,因為CDMA內在的擴頻技術,運營者為了提供足夠的容量只須清除極少的頻譜。這些因素的結合使PCS運營者的費用明顯減少。


  CDMA的手機為適應各種市場而設計。這些手機在世界范圍內,在大量的無線本地環(huán)路、PCS和蜂窩市場內達到經濟的價格,在這些市場中的電話共享關鍵的電路元件,因而使其更有效、更具競爭力。超過12個手機公司已授權可使用CDMA技術,因此保證了強大的競爭市場。


  總之,CDMA網絡建造運行費用低、基站設備費用低,因而用戶的費用也較低。

話音清晰度


  話音清晰度受空中接口技術的空間傳播特性和聲碼器設計的影響。CDMA的固有特點提供了優(yōu)越的空中傳播性能。

  GSM因采用TDMA系統(tǒng),因此帶寬受限。尤其GSM在前向糾錯編碼能力上比CDMA差。CDMA強有力的前向糾錯導致通話清晰度大大地提高,特別是在傳播條件復雜,或由于系統(tǒng)負荷過大而引起大的同信道干擾情況下。


  在CDMA中,移動站接收機中使用三個多徑接收機,在基站中每付天線使用四個多徑接收機。每一個多徑接收機獨立地跟蹤信號和多徑,而它們信號強度的總和用于信號的解調。因為衰落是獨立的,其結果是,即使在最壞的條件下,通話清晰度也極好。


  在大量的CDMA現(xiàn)場試驗中,移動臺平均輸出功率的典型值為2mW,而GSM移動臺平均為125mW。很低的平均發(fā)射功率直接體現(xiàn)為長的通話時間和備用時間。Qualcomm電子公司(Qualcomm/Sony合資)將為用戶提供長達300分鐘通話時間、3天備用時間、8盎司(225克)的CDMA蜂窩手機和PCS手機。


  新的CDMA聲碼器算法,即使在壓縮條件下,也可以提供清晰的話音。GSM的聲碼器按13kbit/s固定速率設計,開發(fā)于1988年,這種算法提供的話音常被認為僅僅是“可以接受”。


  先進的CDMA聲碼器算法,提高了CDMA的空間性能。另一個使CDMA語言清晰的重要因素是使用了確定聲碼器速率的自適應閾值,自適應閾值根據背景聲學噪音電平的變化改變聲碼器的數據速率,這些閾值的使用壓制了背景聲學噪聲,因而在噪聲環(huán)境下也能提供清晰的話音。


選擇性

  選擇性為無線運營公司提供了為今日及將來用戶服務的適應性。CDMA將為運營者提供四種不同最高速率的聲碼器(13,8,6.5,4kbit/s)。有了這種靈活性,用戶可以按需要選擇不同環(huán)境下的話音服務(汽車、商業(yè)和高級語音服務)�;蛘咴诟呙芏瘸鞘协h(huán)境中,運營者根據所需的容量通過對峰值數據速率處理模塊的選擇,提供即時的“指令帶寬”。CDMA也提供如下可供選擇的服務:高質量的話音、分組數據、異步數據、G3傳真和短消息。CDMA可以在提供話音的同時提供數據服務,因此,用戶在通話時也可以接收尋呼消息。除了由1.25MHz
CDMA擴頻信號提供的初始數據速率外,新的增強型CDMA空中接口已被提議作為高速數據應用的標準。增強型CDMA將使用2.5MHz CDMA擴頻信號,并為運營者提供高達76.8kbit/s的數據服務。這種高速服務可以提供全移動可視電話、傳送數字照片、巨型文件的轉移以及高容量的電子郵件(E-mail),而且運營者在從1.25MHz
CDMA發(fā)展為增強型CDMA的過程中可以共享大量的基站設備。

用戶滿意度


  有效的無線業(yè)務最終依賴于用戶的滿意度。在CDMA與其他空中接口同時進行的話音試驗中,絕大多數用戶覺得CDMA的話音質量好。使用近似有線電話話音質量的CDMA電話,把使用無線電話變成一種樂趣。這一點特別重要,因為高電話利用率用戶的主要通信手段是無線通信。隨著數據服務項目(傳真、電子郵件)增加,用戶將越來越對誤碼感到不可容忍。為防止誤碼的發(fā)生,CDMA采用強有力的誤碼糾錯、軟切換和分離多徑分集接收機,這意味著CDMA可提供GSM不能比擬的、極高的數據質量.由于CDMA覆蓋范圍大、容量高,它使運營者能以經濟的價格提供無線服務,從而以高質、高效的服務提高用戶的滿意度.低平均功率、高效的超大規(guī)模集成電路設計和先進的鋰電池的結合顯示了CDMA在便攜式電話應用中的突破。重量僅8盎司(225克)的CDMA手持機將提供大于3天的備用時間和大于4小時的談話時間。因為它的長壽,用戶可以長時間地使用他的手機接收更多電話,用戶也可以在不掛機的情況下接收短消息。



摘自《通信產業(yè)報》
   
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