无线宽带实现永远在线::无线宽带实现永远在线

    3G通信技术的商用化让人们全天候高速接入互联网成为可能，而伴随着3G时代的全面到来，无线宽带接入将日益普遍，全天候接入将成为主流。

    在互联网有关的术语中，“在线（online）”与“离线（offline）”是人们熟知的两个对立概念。当你通过网线、无线网卡或电话线连接到互联网时，就处于“在线”的状态；如果拔下网线、电话线、无线网卡不处于信号服务区导致脱离互联网时，便处于“离线”的状态。由于当前网络接入模式的制约，我们无法让自己一天24小时、一年365天都与互联网保持高速连接，毕竟绝大多数用户都是通过ADSL、小区宽带、有线通、业务专线等方式连接到互联网，一旦脱离线路，互联网之门便嘎然关闭；极少数笔记本电脑用户有幸使用CDMA X1、GPRS等无线方式上网，但这两者不仅速度慢而且资费高昂，只能作为一种聊胜于无的补充。然而，此种情况并不会一直这么持续下去，3G（3G，3rd Generation的缩写，指的是第三代移动通信技术）通信技术的商用化让人们全天候高速接入互联网成为可能，而伴随着3G时代的全面到来，无线宽带接入将日益普遍，全天候接入将成为主流，这意味着“Offline”的概念也许将成为历史。

    对绝大多数非专业用户来说，3G是一个熟悉又陌生的名词，它是第三代移动通信技术的简称。与第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G）技术不同，3G要求能够同时提供无线通信与高速无线互联网接入。3G用户在实现移动通信的同时，也能够利用3G服务随时随地接入互联网，进而享受包括网页浏览、电话会议、电子商务、在线多媒体播放等多种信息服务。为了实现这个目标，3G通信系统要求能够被用于室内、室外和移动环境中，在这三个场合，3G网络要求至少能够提供2Mbps、384kbps和144kbps的传输速度—任何一个符合3G的无线通信标准都要求至少能够达到上述指标。而早在2000年5月，国际电信联盟（ITU）就将W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA作为三大3G标准，在后来的发展中，这三项标准都不断成熟完善，并获得不同程度的实用化。尽管基础原理都采用高通公司的CDMA（Code-Division Multiple Access，码分多址）技术，但这三者的具体实现和性能特点都有较大的不同，而全球的无线通信产业也以这三大标准为界划分为三大支持阵营。在数据接入方面，W-CDMA标准已经抢先了一步，目前在欧美地区，W-CDMA体系的HSDPA高速无线上网服务开展得如火如荼；HSDPA当前的实用化速度达到1.5Mbps，7.2Mbps的高速版本也即将开始部署，完全可以取代现有的有线宽带技术成为主流。CDMA2000阵营的高速版本也在积极发展之中，国内的TD-SCDMA标准也同样将通过HSDPA技术提供高速互联网接入服务。另一方面，发展多年的WiMAX也达到实用水平，一旦进入实质化部署阶段，WiMAX无线接入也将成为高速无线互联网接入的有力竞争者。

W-CDMA
从GSM到3G的自然过渡
    W-CDMA的全称为“WidebandCDMA”，也称为“CDMADirectSpread”，意为宽频码分多址，该标准的主要支持者是原本采用GSM系统的欧洲厂商以及部分日本通信公司，包括爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电以及日本的NTT、富士通、夏普等等。W-CDMA的最大特点就是能够在现有的GSM网络上升级而来，系统提供商可以比较轻易地完成过渡，因此在欧洲地区W-CDMA标准处于主导地位；另外在亚洲地区GSM网络也相当流行，W-CDMA也有很好的发展空间，平滑升级的特性让W-CDMA拥有不少先天优势。

    到目前为止，W-CDMA一共发展出R99、R4和R5三个不同性能的版本，R99于1999年12月完成功能确定，2000年3月在3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）获得通过。R99的接入部分定义了以5MHz每载频的宽带码分多址接入网，并采用功率控制、软切换及更软切换等CDMA的关键技术；R99标准的基站本身只是完成基带处理和扩频，接入系统的管理则是由RNC（基站控制器）集中、智能化地进行，该标准可支持144Kbps、384Kbps下行速率，理论最高速率为2Mbps—在2000年初，这样的性能指标已经算得上前卫，但在W-CDMA网络正式进入商用的时候，人们发现R99已经难以满足要求。

    从系统的角度来看，R99仍然采用分组域和电路域来分别承载的方式，分组域用于连接PSTN电话网，电路域则用于接入公用数据网。其中分组域仍然采用了GPRSSGSN和GGSN的网络结构，相对于GPRS，增加了服务级别的概念，有效保证了分组域的业务质量和带宽。电路域方面，R99标准与GSM网络完全兼容，只要增加一个编解码转换器就能够实现二者信号转换，通信服务商可以平滑地从GSM升级到W-CDMA。总体而言，R99具有技术成熟、风险低、供货选择度大等优点，但由于考虑向下兼容，使得R99存在核心网技术发展滞后、技术过时、缺乏后续发展空间的缺点。且因分组域和电路域两网并行，无论投资还是管理方面的成本都比较高，正因为如此，R4标准才被提上日程。

    相对于R99，R4接入网的结构只有少许的变动。一些接口协议的特性和功能做了增强，主要用于改善复杂地形覆盖问题、通信容量、降低干扰等细节方面的问题，而真正的改变在于核心网。R4不再采用R99落后的TDM中心节点交换型网络，而是改用典型的分组话音分布式体系结构，业务逻辑与底层承载相分离，话音分组化，并由语音包的方式承载传送；再者，R4优化了话音编解码转换器，有效降低W-CDMA网络内部的话音分组包时延，达到提高通话质量的目的。这些方面的改变让R4具有更优秀的性能和良好的后续升级潜力，但由于技术变化较大，R4的商用化进程并没有大面积开展，加上随后R5版本的出台，R4版规范迅速被取代。

    R5版W-CDMA规范于2002年6月份完成，它在R4的基础上对核心网和接入网两个部分都作了改变。首先在接入网部分，R5引入了“IP UTRAN（Universal Terrestrial Radio Access Network，通用地面无线接入网络）”和HSPDA两项技术，前者采用IP技术来承载接入网的信令传输和用户数据，后者则通过多项技术改进大幅度提升数据网络的下行速度，其峰值数据速率可高达8-10Mbps的水平（后文将详细介绍HSPDA）。核心网方面，R5主要增加了IMS（IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM，IP多媒体子系统），但由于涉及面广泛且时间有限，IMS的真正实施估计要等到R6版本。

CDMA2000
独树一帜的3G标准体系
    CDMA2000在韩国、日本和北美地区颇为流行，该标准也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通公司主导提出，摩托罗拉、朗讯（Lucent）以及韩国三星公司都参与标准制定工作。由于韩国的移动通信系统全面采用CDMA2000，三星公司也由此成为该标准的主导者。在CDMA2000标准的推广之初，其支持者阵营远不如W-CDMA来得庞大，但CDMA2000的技术研发和实用化推进相当迅速，到现在为止支持CDMA2000的通信服务商已经有相当大的规模，完全可同W-CDMA标准分庭抗礼。

    在介绍CDMA2000以前，我们先来简单了解下CDMA的版本发展。最早的CDMA标准由美国通信工业协会（TIA）在1995年颁布，也就是所谓的IS-95A，它在技术上为窄带型CDMA，隶属于第二代移动通信体系（2G）。1998年，TIA接着颁布IS-95A基础上的改良型标准：IS-95B。IS-95B的制定目的在于提供更快速的数据业务，它的最高传输率达到115Kbps，不过在实用环境下IS-95B仅能获得64Kbps的速率，略快于传统的电话拨号。IS-95A和IS-98B以及围绕两者的所有技术标准被统称为CDMA One，它们也是CDMA技术发展的第一阶段。CDMA2000则是在CDMA One基础上发展而来，但与CDMA One不同的是，CDMA2000属于宽带CDMA技术，在数据应用方面比CDMA One有了明显的提高。在室内环境下，CDMA2000的最高数据传输率在2Mbps以上，室外步行环境下为384Kbps，如果是处于高速行车环境下，CDMA2000也能够提供144Kbps的性能。不过，CDMA2000只是名义上的统称，它包括CDMA2000 1X、CDMA2000 1X EV-DO及CDMA2000 1X EV-DV等多个不同的体系，但每一个版本都能够做到向后兼容，因此只要部署CDMA网络，通信服务商就能够以较低的代价平滑地朝下一代技术演进。

    CDMA2000 1X普遍被认为是CDMA2000的第一阶段，它也是最基本的标准。CDMA2000 1X核心网部分引入了分组交换，可支持移动IP业务，其中的CDMA2000 1X Release 0版本在全球多个国家和地区成功商用，中国联通最初采用的也是这个标准，不过CDMA2000 1X Release 0在性能方面表现普通，最高上下行速率只能达到153.6Kbps。不过，该标准同时定义了多载波的CDMA2000 3X模式，该模式通过三载波的并行，达到大幅度提升传输性能的目的，但这种方式非常耗费频谱资源，很少得到实质性的采用。最终，为了弥补CDMA2000 1X Release 0性能上的不足，CDMA2000 1X Release A标准应运而生，该标准将单载波模式下的最高数据传输速率提升到307.2Kbps。同样得益于成熟的技术，CDMA2000 1X Release A在全球多个国家和地区实现商用化。

    在Release 0和Release A规范之后，CDMA2000衍生出两个不同侧重点的版本，其一称为1X EV-DO Release 0标准，它也被认为是CDMA2000迈向3G的第一步。1X EV-DO Release 0主要根据无线数据业务的非对称特性，对数据业务的传输能力进行优化，使得最高下行传输速率提高到2.4Mbps的高水平，该标准目前已在韩国、美国和日本等国家获得一定规模的商用化。然而，1X EV-DO也存在明显的不足，如数据上行传输的峰值速度只有153.6Kbps，很难满足可视电话之类的对称传输应用的要求，而这类应用未来将变得越来越普遍；其次，1X EV-DO Release 0对IP语音应用考虑不足，缺乏良好的QoS支持，这就使得语音数据的传输会产生不可避免的延时，数据业务的可用性大打折扣（注意IP语音与语音通信的区别，前者通过互联网进行语音交流，后者通过CDMA网络本身）；第三，1X EV-DO设计时只是为优化数据业务传输能力考虑，因此使用独立的载波来承载数据业务，但如果数据应用的负荷较低，载波资源的利用率就会显得不够充分，造成资源浪费。鉴于上述种种问题，主管CDMA2000标准的3GPP2组织开始制定更完善的1X EV-DV技术，而1X EV-DV标准也没有让人们失望：第一，1X EV-DV与CDMA2000系列标准完全向后兼容，加上QoS支持的改进，使之能够在一个载波上提供混合的高速数据和话音业务；第二，1X EV-DV的数据传输性能获得进一步的提高，峰值速率达到3.1Mbps的高水平（Release C），其中的1X EV-DV Release D版本更是在此基础上将上行性能也提升到1.8Mbps，能够很好的满足各类数据业务的需要。

    1X EV-DV Release D的成熟完善意味着CDMA2000真正进入理想的3G之旅，但1X EV-DV并没有因此将1X EV-DO取而代之，1X EV-DO阵营也针对Release 0的不足做了大量的改进，并衍生出Release A版本。1X EV-DO Release A大量采用了 1X EV-DV  Release D的技术，如分组数据信道的复用和调制方式，上下行性能指标都完全相同，另外它还通过多项技术手段增强了对QoS的支持，数据包的延迟也获得明显的改善。通过这些技术改良，1X EV-DO Release A也重新获得生命力。事实上，如果未来CDMA2000的核心网完全实现IP化，EV-DV和EV-DO的业务支持能力最终将会趋于统一。

TD-SCDMA
面向中国大陆的3G标准
    在三大3G标准中，TD-SCDMA带有鲜明的国家色彩，它是由国内的大唐电信主导制定的3G标准，希望能够取代W-CDMA、CDMA2000等规范成为国内3G网络的主导。对中国来说，单独提出自己的3G标准合情合理，因为国内3G市场极为庞大，具备支撑一个单独标准的空间。加上若完全采用W-CDMA、CDMA2000之类的国外标准，那么高昂的专利费用将急剧增加建设3G系统的成本。有鉴于此，原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）于1999年6月份正式向ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）提出TD-SCDMA规范，2000年5月，ITU将TD-SCDMA列为世界3G无线通信标准之席，标志着TD-SCDMA正式被国际电信工业所接纳。面对规模庞大的中国3G市场，全球各大主要电信设备厂商迅速对TD-SCDMA给予足够的重视。到目前为止，全球一半以上的设备厂商都宣布可支持TD-SCDMA标准，因此虽然TD-SCDMA的商用化进度落后于W-CDMA和CDMA2000，但TD-SCDMA成为国内3G系统标准显然没有多大的问题。

    由于起步较慢，TD-SCDMA没有R99版本，它的第一个版本从R4开始。不过能够进入广泛普及的应该是R5版，相对于R4，它的主要改进就是增加了HSDPA功能，能够提供理论峰值2.8Mbps的数据接入速率；而在R6版本中，TD-SCDMA又加入了HSUPA（HighSpeedUplinkPacket Access，高速上行分组接入）功能，通过更加灵活的调度和混合重传技术，有效降低了响应延时和往返周期，将接入性能进一步提高到5.8Mbps的水准，但R6版目前仍处于讨论阶段。我们知道，3G规范中包含FDD（ 频分数字双工）和TDD（时分数字双工）两种双工模式，其中W-CDMA和CDMA2000都采用FDD，而TD-SCDMA则是采用TDD模式，因此TD-SCDMA很好地继承了TDD的诸多优点。数据接入上下行的资源分配是通过时隙调度来实现的，而时隙调度可以根据业务情况动态进行，在上下行非对称应用中就可以拥有很好的性能和频谱利用率。而且无论是语音业务还是数据业务，TD-SCDMA的频谱利用率都高于其他两个3G标准，伴随着世界上频谱资源的日益匮乏，TD-SCDMA在这方面的优势会变得越来越明显。另外，TDD双工模式也具有设备成本低、频点多等许多优点，这些都有利于TD-SCDMA的普及推广。除此之外，TD-SCDMA包括六大关键技术：智能天线、联合检测、接力切换、上行同步、动态信道分配以及软件无线电。这些技术很大程度上提高了整个网络的性能，例如在智能天线与联合检测的共同作用下，TD-SCDMA不会受到“呼吸效应”的困扰—所谓呼吸效应，指的就是当用户数量增多时，网络的覆盖范围会变小，如果网络不够密集，某些边沿区域就很有可能出现信号盲点，服务商不得不对网络进行重新调整，W-CDMA和CDMA2000就深为这一问题困扰。TD-SCDMA的另一个特点在于，它充分考虑到技术的先进性以及未来发展，因此在与MIMO、OFDM等先进技术融合时更有优势，对标准的未来发展也非常有利。当然，技术先进性就意味着TD-SCDMA属于一个全新的体系，服务商无法在现有GSM、CDMA网络基础上进行平滑的升级，这就为它的普及推广带来不小的障碍。

    经过多年的发展，TD-SCDMA距离商用化只剩下最后的一步，目前终端测试正在紧张进行。在3G牌照方面，预计没有包袱的中国电信和中国网通将支持TD-SCDMA；中国移动目前并未确定，但它显然更愿意从GSM过渡到WCDMA网络；中国联通目前已拥有CDMA网络，升级到CDMA2000是合乎逻辑的选择。从现有情况来看，固网运营商将在TD-SCDMA标准的商用化方面占据主要地位。

HSDPA
3G增强技术（3.5G）
    在欧美地区的许多城市，HSDPA手机网和无线接入服务已经陆续开通并成为潮流，以至于一些笔记本电脑厂商直接在产品中内置了HSDPA上网功能，HSDPA隐然有成为无线宽带接入技术的事实性标准。HSDPA的英文全称为“HighSpeedDownlinkPacket Access”，意为高速下行分组接入，该技术在WCDMA的R5版中开始引入，不过TD-SCDMA标准也同样将采用该项技术来提高数据传输效能。

    从本质上说，HSDPA是一种为了满足上/下行数据业务不对称的需求而提出的一种调制解调算法，其主要目的在于大幅度提高下行数据速率并降低信号传输的延迟。为了达成这一目标HSDPA引入了以下几项技术：自适应调制编码（AMC）、混合自动重传（H-ARQ）、快速小区选择（FCS）和多进多出天线处理（MIMO）等等。如果在WCDMA网络基础上升级，HSDPA可以实现峰值10M-14Mbps的卓越性能，平均下行速度亦可达到2M-3Mbps水准。另外，HSDPA还允许充分覆盖地区内的用户实现带宽共享，从而为每位用户提供300K-1Mbps速度的下行链路，这也足以媲美当前的无线局域网和国内固定宽带线路。上行传输方面，HSDPA的速度也达到128Kbps、相当于常规W-CDMA系统的两倍。而对于TD-SCDMA网络，HSDPA技术则只能提供2.8Mbps的传输速度，当然这样的性能也符合宽带接入所应有的指标。加之TD-SCDMA还将支持HSUPA技术，接入性能还可以进一步提升到5.8Mbps。鉴于HSDPA的出色性能，通信业界也将它视为3.5G标准。

自适应编码和调制（AMC）
    自适应编码和调制技术指的是HSDPA系统可根据无线信道的变化来自动选择最佳的调制和编码方式，以使用户能达到尽量高的传输性能。如当用户所处的区域信号情况良好，干扰和噪声很低，HSDPA设备在数据传输时就可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式，从而获得较高的峰值速率；而如果用户所处的地点信号微弱，HSDPA系统就会自动选择低阶调制方式和低速率的信道编码方案来保证通信的稳定性。

混合自动重传（HARQ）
    混合自动重传（H-ARQ）也是一种链路自适应的技术，但它并不是对调制和解码方式作调整，而是当接收方在解码失败的情况下，将接收到的数据保存，并要求对方重传。混合自动重传机制能够自动适应信道的变化，而且它可以同AMC自适应编码调制技术相结合—AMC提供粗略的数据速率选择，H-ARQ则可以根据数据信道条件提供精确的速率调解，从而确保通信系统能够在资源利用率、传输性能和可靠性方面获得理想的平衡。

快速小区选择（FCS）
    快速小区选择同样是一项提高通信质量的技术。我们知道，3G网络为了实现完整的覆盖，两个基站的作用范围总是相互交叉的，在很多时候，用户都可能处于这些交叉环境下—HSDPA的快速小区选择功能就允许设备在传输数据时，自动选择信号质量最高的作用域，进而保证数据传输的效能。

多进多出（MIMO）
    MIMO多进多出的概念我们曾详细介绍过，该技术目前在无线局域网领域刚开始流行，即将颁布的802.11n标准也是借助MIMO技术才得以大幅度提高传输性能。MIMO的原理非常简单，就是在信号的发送和接收端同时使用多条天线，信号以并行的方式发送和接收解码，这就相当于捆绑了多个传输信道。必须注意的是，HSDPA并没有一开始就采用MIMO，MIMO技术只是一个后期升级的选择项目，因为在大多数时候，HSDPA本身已能够很好地满足实际需求，并不需要急忙采用MIMO技术。

    目前，HSDPA已经在美国进入大规模的商用化，主导的运营商是Cingular公司（美国第二大固网运营商SBC的子公司，2004年3月收购AT&T的无线业务）。从2004年12月开始，Cingular就花费40-60亿美元的巨资将原有的GSM网络升级到HSDPA，这在很大程度上是迫于竞争对手启用CDMA2000 1X EV-DO商用业务，而Cingular的WCDMA系统尚无法在接入性能方面与之竞争，遂决定全面上马HSDPA。这项看起来有些冒险的投资却获得辉煌的成功，在2005年期间，HSDPA网络高速扩张并获得用户的热烈欢迎，而Cingular公司也在12月宣布全面部署HSDPA，这样Cingular就成为HSDPA商用化的先锋力量。鉴于HSDPA的巨大影响力，各大手机厂商都推出支持该标准的手机产品，直接内置HSDPA网络模块也成为新一代笔记本电脑的时尚。HSDPA在美国的成功商用化将对该标准的未来发展起到强劲的推动作用，而在现有的2G手机网络中，GSM标准占据绝对主导地位，升级到W-CDMA以及HSDPA顺理成章。而在中国大陆地区，TD-SCDMA将有机会广泛普及，相应的TD-HSDPA标准也将大行其道，这意味着在未来的无线宽带接入之争中，HSDPA体系将会占有更大的市场。

未来展望WiMAX与3GPP LTE
    在通信产业大步流星迈向3G时代的同时，WiMAX阵营也在不断进行商用化的努力。与3G的通信、数据双属性不同的是，WiMAX纯粹为高速数据接入而设计，它具有覆盖范围超广、传输性能卓越等特点，最大覆盖范围可达到50公里，传输速率可高达75Mbps，至少在这一方面远远超过3G体系；而借助于传输带宽的优势，服务商完全可以推行WiMAX可移动IP电话业务，这些都可能对3G带来威胁。比较幸运的是，作为WiMAX主力推行者的英特尔公司虽然是IT业界的领袖，但它在通信领域没有多大的影响力，而传统通信厂商显然不愿意将市场份额拱手让出，对WiMAX大多持抵触态度；而电信服务商也认为WiMAX虽然可以提供无线宽带接入业务，但相应的移动IP电话业务的吸引力显然不如3G。在这样的背景下，WiMAX商用化进度比较缓慢，整体规模无法同3G相提并论。

    尽管如此，3G行业还是对WiMAX的潜在威胁给予认真对待，为了应对未来可能的竞争，3GPP成立了3GPP LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目，致力于制定能够大幅超越HSDPA的下一代移动通信标准，或者说是4G。3GPP LTE要求集3G和WLAN于一身，除了满足语音通讯要求外，还要求能够传输高质量的视频图像。3GPP LTE的下行数据速率将达到峰值100Mbps，上行传输则实现峰值50Mbps，频谱利用效率则要比HSDPA高出2-4倍，另外可支持大范围QoS和移动性。成本方面，3GPP LTE将与现有的固定宽带网络大体持平，避免在商用化时遭遇价格方面的障碍。不过到目前为止，3GPP LTE项目还没来得及拿出实际的成果，具体的性能规格尚未十分明确。对终端用户来说，现在就展望3GPP LTE显然为时过早，因为3G的应用不过刚刚开始，对此我们拭目以待。