第三课、3G、WLAN、Bluetooth三者关系之分析
一、背景
由于目前日本3G－FOMA商用情况和欧洲进行的3G试验并未取得人们预想的结果，导致各国运营商3G计划都进一步推迟；集团公司日前也将WLAN（无线局域网）和2.5G的GPRS相互整合提上议事日程，以加强无线上网的宽带化和适用性，填补3G推迟所带来的部分市场和技术空间；与此同时电信和网通也借助WLAN介入无线数据领域，并尝试用宽带、无线、数据等概念来混扰用户对3G、WLAN、Bluetooth三者的关系。
在此背景下，可能会有人提出3G会受到2.5G与WLAN的联合夹击？而Bluetooth在这种关系中又处于何种地位？这三种技术彼此之间有什么关系？本文将从技术属性、支持环境等方面加以解释分析。
二、概述
3G、WLAN、Bluetooth这三种技术本质上是互补性的，尽管它们可能在边缘上是竞争的。
下表是由三种技术之间大致的关系：
可以看到这三种技术存在着某些关联，但差异也是相当明显的。
WLAN目前得到广泛应用的技术是802.11家族，它是IEEE在1997年发表的第一个无线局域网标准，而现在媒体屡屡提到的802.11b是1999年9月被批准，它也被称为Wi-Fi（听起来有点像音乐发烧友说的Hi-Fi）,可支持11Mbps的共享接入速率；与此相似的是802.11a技术，它采用了5GHz的频段，其速率高达54Mbps，分频采用OFDM（正交频分复用）技术，但无障碍的接入距离降到30－50米；去年新出现的一个候选标准802.11g其实是一种混合标准，即能适应802.11b标准，又符合802.11a标准，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。
蓝牙技术是以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备的通信环境内建立一个特别连接的开放性全球规范，工作在2.4GHz频段，目前可支持1Mbps的数据速率，支持数据与语音业务，目前可实现无障碍的接入距离在10米左右（发射功率为4dBm时）。蓝牙技术研究小组SIG在2001年年初已出台蓝牙1.1标准（信道数据传输速率为1Mbps），2001年年底又出台了蓝牙标准2.0版(信道数据传输速率为2Mbps)。由于蓝牙与802.11b都工作在2.4GHz频段上，相互之间存在干扰，文献数据表明，使用DSSS直序扩频的802.11b其发射功率为20dBm时，将使蓝牙数据包的丢失率达到13.46%，因此去年4月IEEE的PAN（Personal Area Network）工作组提出一项议案，可使Bluetooth和802.11b同时工作，避免相互干扰。
3G最早在1985年国际电讯联盟提出，当时考虑到该系统可能在2000年左右进入市场，工作频段在2000MHz，且最高业务速率为2000Kbps，故在1996年正式更名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）。3G是一种能提供多种类型、高质量多媒体业务的全球漫游移动通信网络，能实现静止2Mbps传输速度，中低速384Kbps，高速144Kbps速率的通信网；但由于各国、各厂商的利益差异，产生目前三大主流技术标准WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，而焦点集中在WCDMA（3GPP）和CDMA2000（3GPP2）上，随着3GPP和3GPP2的标准化工作逐渐深入和趋向稳定，ITU又将目光投向能提供更高无线传输速率和统一灵活的全IP网络平台的下下代移动通信标准，称为Beyond 3G。
三、迥异的技术属性
下图是三种技术的移动性和相应带宽之间的比较图：
WLAN提供了高带宽，但却是在有限的覆盖区域内(建筑物内以及户外的短距离)。根据大多数业界估计，即使1000个WLAN也不能在一个城域上提供足够的覆盖。与此相比，3G网络支持跨广域网络的移动性，但是数据吞吐速度明显低于WLAN。 由于3G与WLAN在覆盖区域和带宽上具有不同优势和局限性，因此这两种技术支持不同的应用并满足不同的需要。在这种程度上，它们没有相互构成竞争威胁，而是相互补充。
由于3G、无线局域网和蓝牙网络在技术属性上不同，因此在它们所支持的功能和应用上也不同。
(1) 3G支持移动性，WLAN无线局域网支持便携性
3G网络是建立在蜂窝架构上的，最适于支持移动环境中的数据服务。蜂窝架构支持不同蜂窝之间的信号切换，从而向用户提供了全网络覆盖的移动性，这种移动性常常通过不同网络运营商之间的漫游协议进行扩展。当然，可供移动用户使用的带宽是有限的。
WLAN无线局域网提供了大量的带宽，但是它覆盖区域有限(室内最多100米)。它所支持的应用经常通过像笔记本电脑这类便携式以数据为中心的设备访问，而非通过以电话为中心的设备进行访问。 PDA和类似的小型设备也开始配置具有WLAN连接性，不过这一过程还处在幼年期。 蓝牙网络只适于距离非常短的应用，很多情况下它们仅仅被用做线缆的替代物。
(2) 3G支持语音和数据，WLAN无线局域网主要支持数据
语音和数据信号在许多重要的方面不同：语音信号可以错误但不能容忍时延；数据信号能够允许时延但不能容忍错误。因此，为数据而优化的网络不适合于传送语音信号。反之，为语音而优化的网络也不适于数据信号。WLAN主要用于支持数据信号，与此形成对比的是，3G网络被设计用于同时支持语音和数据信号。
虽然WLAN正在向集成电话功能发展，但是其目前的结构中缺少支持像语音、多媒体和内容这类更高水平应用所要求的必需架构：例如，适应服务质量、可伸缩性和计费机制要求的架构。 现在有少数国家大型电信运营商提供了WLAN无线局域网服务（如上海电信的“天翼通”WLAN业务），尽管目前它们在漫游、覆盖以及计费整合上仍不成熟。
四、容量、干扰和主导力量
大家都知道WLAN可以提供比3G网络大得多的带宽。 虽然这种假设是正确的，但是大家同时要注意到WLAN是一种共享频带的技术。在共享频带技术中，可用的频带带宽被用户瓜分。换句话说，无线局域网可以提供11Mbps带宽容量的事实并不意味着10个用户同时都使用11Mbps容量。 虽然3G网络也受到容量的限制，但分组交换的蜂窝技术使它们可以以高容量支持更多数量的用户。并且由于WLAN在无需许可的频带上运行，因此它们也更易受到其他运行在同一频带的技术(如蓝牙)的干扰。
同时，主导力量的不同也导致技术的不同发展方向。WLAN是由数据通信而非电信厂商领导的。这里的领导者是传统企业网络公司，如Agere、Cisco、3Com、IBM、D-Link及其他公司。 无线局域网厂商以自己的LAN经验(像便携性)来定义移动性。因此，它们的定义与3G移动基础设施设备厂商使用的定义不同。 许多WLAN公司仅关注提供“传输线路”而对这些线路中传输的东西没有太多的兴趣。
另一方面，3G基础设施厂商(如Alcatel、Ericsson、Lucent、Nokia、Nortel、Motorola、Samsung和Siemens)来自传统的电信世界。 它们的关注点是移动性，它们寻求利用可以为电信网络运营商生成更大收入流的移动数据服务来增强移动语音服务。
移动性管理向人们提出了严肃的挑战，但它也代表着巨大的收入机会。在移动环境中，电话号码一般属于一个人而不是一个地方，因此，网络知道你是谁，并且知道你在哪里以及你何时在哪里。这就使将来可以转换成巨大收益的个性化信息服务成为可能。
就蓝牙来说， Nokia和Ericsson等厂商寻求蓝牙技术只是为向它们的设备添加功能性，它们不一定将蓝牙视为另一个纯无线局域网标准。
五、供应渠道和业务模型
WLAN和蓝牙的供应渠道与3G通信系统的供应渠道有着显著的不同。大多数无线局域网和蓝牙设备厂商利用OEM关系简化销售和分销过程。也许是由于它们认为自己仅仅提供无线连接性，因此WLAN和蓝牙厂商不会专门参与服务的实际提供。特别是蓝牙本身在支持移动服务上不够安全或不够强壮，只是芯片上的技术，只能以OEM方式在蓝牙厂商和具体设备制造商之间传递。
但与此同时，由于此类移动数据服务的新兴世界仍没有很好地得到定义: 在这个世界中，大家还不清楚怎样的服务类型或提供这些服务相关的业务模型能够成功，因此设备厂商（特别是3G厂商）正在积极探索不同的服务提供模式，使自己可以有效地向移动运营商推销网络解决方案和设备。而各电信运营商也同样都处在同一起跑线上，为将来的服务内容和业务模型苦苦思索。 但比较明显的是，WLAN和3G业务模型有一样重要区别: 提供WLAN服务的业务提供商（可能是大的电信运营商，也可能只是普通的ISP）只会向用户提供基础设施， 用户必须购买或租用WLAN接入设备，来接入到无线局域网中； 相比之下，3G运营商很有可能为用户提供3G终端的价格补贴，以便吸引用户加入到自己的3G网络中。
不过若能很好的处理好WLAN和3G或2.5G在业务技术层次上融合，如在WLAN环境中使用基于GSM/GPRS SIM卡认证技术，也可以使电信运营商更好的建立自己独有的业务模型，以充分利用原有的计费系统和客户关系。
综上所述，我们可以认为3G、WLAN和蓝牙技术属性截然不同，是相互补充的，虽然在边缘部分存在着相互竞争。
第四课、第三代移动通信主流技术标准比较
近几年，全球移动通信迅速发展，发达国家的移动电话普及率已经达到70％以上，有的地区甚至接近100％。在我国截止到2003年7月底，移动用户数量已经达到2.4亿，且仍然具有良好的发展势头。由于频率资源的紧张和对更多业务的需要，2G网络已经不能满足需要，3G是发展的必然趋势。ITU针对3G规定了五种陆地无线技术，其中WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA是三种主流技术。
在三种技术中，WCDMA和cdma2000采用频分双工（FDD）方式，需要成对的频率规划。WCDMA即宽带CDMA技术，其扩频码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz，而cdma2000的扩频码速率为1.2288Mchip/s，载波带宽为1.25MHz；另外，WCDMA的基站间同步是可选的，而cdma2000的基站间同步是必需的，因此需要全球定位系统（GPS），以上两点是WCDMA和cdma2000最主要的区别。除此以外，在其它关键技术方面，例如功率控制、软切换、扩频码以及所采用分集技术等都是基本相同的，只有很小的差别。
TD-SCDMA采用时分双工（TDD）、TDMA/CDMA多址方式工作，扩频码速率为1.28Mchip/s，载波带宽为1.6MHz，其基站间必须同步，与其他两种技术相比采用了智能天线、联合检测、上行同步及动态信道分配、接力切换等技术，具有频谱使用灵活、频谱利用率高等特点，适合非对称数据业务。
在我国，2G运营商只有两家，竞争还不充分，因此还将引入新的移动运营商，如果新移动运营商选择建设3G网络，就要考虑标准的稳定性、系统性能、设备成熟性、漫游能力、业务提供能力以及知识产权等方面的因素，下面就这几个方面对WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA进行比较分析。
标准稳定性
WCDMA标准由3GPP组织制订，目前已经有四个版本，即R99、R4、R5和R6，其中R99版本已经稳定，目前处于完善过程中。它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术，核心网分为电路域和分组域，分别支持话音业务和数据业务，并提出了开放业务接入（OSA）的概念，目前的设备多基于R99版本，最高下行速率可以达到384kbit/s。R4版本是向全分组化演进的过渡版本，与R99比较其主要变化在电路域引入了软交换的概念，将控制和承载分离，话音通过分组域传递，另外，R4中也提出了信令的分组化方案，包括基于ATM和IP的两种可选形式。R5和R6是全分组化的网络，在R5中提出了高速下行分组接入（HSDPA）的方案，可以使最高下行速率达到10Mbit/s，目前标准仍在制订中。
cdma2000标准由3GPP2组织制订，版本包括Release0、ReleaseA、EV－DO和EV－DV，Release0的主要特点是沿用基于ANSI－41D的核心网，在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体，此版本已经稳定。联通即将开通的CDMA二期工程采用的就是这个版本，单载波最高上下行速率可以达到153.6kbit/s。ReleaseA是Re?lease0的加强，单载波最高速率可以达到307.2kbit/s，并且支持话音业务和分组业务的并发。EV－DO采用单独的载波支持数据业务，可以在1.25MHz标准载波中支持平均速率为600kbit/s、峰值速率为2.4Mbit/s的高速数据业务，到EV－DV阶段，可在一个1.25MHz的标准载波中，同时提供语音和高速分组数据业务，最高速率可达3.1Mbit/s。
TD-SCDMA标准也由3GPP组织制订，目前采用的是中国无线通信标准组织（ChinaWirelessTelecommunicationStandard，CWTS）制订的TSM（TD-SCDMAoverGSM）标准，基于TSM标准的系统其实就是在GSM网络支持下的TD-SCDMA系统。TSM系统的核心思想就是在GSM的核心网上使用TD-SCDMA的基站设备，其A接口和Gb接口与GSM完全相同，只需对GSM的基站控制器进行升级。一方面利用3G的频谱来解决GSM系统容量不足，特别是在高密度用户区容量不足的问题，另一方面可以为用户提供初期最高达384kbit/s的各种速率的数据业务，所以基于TSM标准的TD-SCDMA系统对已有GSM网的运营商是一种很好的选择。以后TD-SCDMA将融入3GPP的R4及后续标准中。
在标准的完整性方面，三种技术在无线接入技术方面都有完整的定义和提高速率的方案，在核心网技术方面，都有向分组化演进的路线，但3GPP在标准规范方面的思路更清晰。在业务、网管、计费相关规范方面，3GPP的定义更严谨、更完善。
系统性能
系统性能主要表现为系统容量和覆盖，对于蜂窝系统来说，单纯从理论上计算单小区的容量是没有实际意义的，只能作为参考，必须从蜂窝组网的情况来考察，一般系统容量可以通过系统仿真和实测来获得，下面主要对这两个方面进行比较:
首先是容量
在讨论无线系统的容量时，不能脱离具体的业务和无线环境，因此在采用CDMA技术的系统中，空中接口的容量与业务的Eb/I0（比特能量与干扰功率密度之比）、增益处理、其它小区的干扰、基站发射功率和信道码的数量均有关系，下面分别说明对于话音业务和高速分组数据业务，三种技术的容量差别。
对于话音业务，由于三种系统载波带宽不同，一般比较单位带宽内的平均容量。虽然不同公司在进行系统仿真时设定的条件不完全相同，但是WCDMA和cdma2000的结果相近，TD-SCDMA也没有大的差别。对于数据业务容量，一般用系统的单位带宽内的数据吞吐量来表示，3G引入了多种速率的数据业务，即使是对同一系统，不同的业务组合也会产生不同的数据吞吐量。一般对数据吞吐量的比较都针对同一小区内用户均使用相同速率的数据业务，从仿真的结果看，对于中低速数据，WCDMA和cd?ma2000是基本相当的，但是WCDMA在高速数据业务上具有优势。TD-SCDMA由于其技术特点，在理论上具有较高的频谱效率，适合提供数据业务，但还需要得到更多试验的验证。
其次是覆盖
基站的覆盖范围主要由上下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。在工程上一般通过上下行链路预算，来估算基站的覆盖范围，在相同的频带内，WCDMA和cdma2000的覆盖基本相同。由于TD-SCDMA采用TDD方式，在覆盖上要逊于采用FDD方式的其它两种技术。
总之，WCDMA和cdma2000同为FDD的CDMA技术，技术上没有本质差别，许多仿真和现场试验结果反映系统性能基本相当。TD-SCDMA与其它两种技术有较大差别，要做更多的仿真和试验验证其性能。
业务提供能力
目前业务的竞争已经成为现有运营商的竞争焦点，对于新的移动运营商也不例外，只有能够提供全方位的大众业务和特色业务，才能更多地争取用户，提高竞争力。
3GPP和3GPP2都对业务分类和业务生成机制进行了规范，在业务种类方面二者基本相同，包括基本话音业务、补充业务以及多种数据业务。在业务生成机制方面，3GPP中定义了多种业务生成机制，例如基于网络的OSA和用户化应用移动网络增强逻辑（CustomisedApplicationforMobileNetworkEnhancedLogic，CAMEL）、移动执行环境（MobileExecutionEnvi?ronment，MExE）和USAT（USIMApplicationToolkit，USIM应用工具箱，其中USIM是UniversalSub?scriberIdentityModule通用用户识别模块）等。这些机制都着眼于能使运营商方便快速地提供业务，并本着业务的提供和基础网络相分离的原则，使得业务可以由运营商以外的第三方提供，在业务和网络之间采用开放的标准接口，业务的开发主要由IT开发人员来完成，运营商负责网络的运营和对众多的业务提供商的组织和管理。3GPP2也提出了相应的业务理念，在智能网方面有WIN规范，在开放业务体系方面，目前并无相关规范，打算采用3GPP的OSA概念。所以3GPP2在开放业务体系方面起步较晚，没有3GPP完善。
总之，3GPP组织在业务规范上更完善，目前除了基于CAMEL的智能网业务以外，其他业务方式还未得到广泛应用，但它们为将来的业务开发奠定了良好的基础。目前，高通公司推出的BREW（Bi?naryRuntimeEnvironmentforWireless）业务是一种非标准化的业务，它为无线业务提供了端到端的解决方案，包括向应用开发者提供BREW软件开发工具包，向设备制造商提供BREW应用平台，向运营商提供控制和管理BREW的分发系统，向最终用户提供应用下载能力，BREW目前主要应用于cdma2000系统。
设备成熟度
设备成熟度是运营商建设网络要考虑的一个重要因素，它关系到网络运行的稳定性、可靠性。从目前的情况看，cdma2000是最成熟的，尤其在终端方面，商用终端种类达到一百多种（使用频段在800MHz～1.9GHz），用户可以有更多的选择。cdma2000已经在韩国、日本、美国、加拿大等国家运营，截止到2002年底用户总数达到2700万。WCDMA的R99版本的系统产品也基本成熟，终端仍是开展业务的瓶颈，目前商用终端种类只有十种左右（使用频段为2GHz）。已经开通的商用网络主要是日本NTTDoCoMo和2002年底刚刚开通的J－phone的网络，用户数在15万左右。
目前，不论在系统还是终端方面，TD-SCDMA的产品成熟度都落后于WCDMA和cdma2000，尚无商用网络开通，还缺少网络规划和测试的工具。在系统方面，预计2003年将先推出基于TSM的产品，基于3GPPR4核心网的产品尚在研发；在终端方面，有推出多模终端的计划，但将先推出GSM/TD-SCDMA双模终端，GSM/WCDMA/TD-SCDMA三模终端的推出时间将会更晚。
漫游能力
良好的全球漫游能力有利于与其他运营商的合作和吸引高端用户，影响漫游能力的主要因素包括运营商的采用情况、使用频段以及信令的互通性。从运营商的选择看，虽然cdma2000的商用早于WCD?MA和TD-SCDMA，而且应用范围也较广，但是从全球主要运营商的选择来看，80％的运营商选择WCDMA技术，这就为WCDMA的漫游能力提供了良好的发展机会。
从使用的频段看，cdma2000多采用带内演进的方式实现，即多数运营商使用cdmaOne的800MHz频段，WCDMA多采用ITU规定的2GHz频段。在我国，信息产业部已经公布了3G的频率规划，可以看出，对于FDD和TDD方式都是首先启用2GHz频段。
从信令互通性看，在核心网方面，WCDMA基于GSM的移动应用协议（MAP），用户识别使用和GSM系统相同的IMSI（国际移动用户识别），实践证明具有良好的互通性。cdma2000采用基于cdmaOne的ANSI－41协议，用户识别使用基于MIN的IMSI，虽然在技术上实现互通不成问题，但要对系统进行升级，实践证明这些都影响了漫游能力。TD-SCDMA目前还没有商用网络，其漫游将有赖于多模终端的出现。
知识产权的影响
由于知识产权对设备厂商的生产成本有一定影响，所以也会影响到运营商的建网成本。知识产权问题十分复杂，这里只作简单分析。
WCDMA主要的专利技术分布在多个专利拥有者手中，其中最主要的由爱立信、诺基亚、高通、西门子、DoCoMo公司拥有，目前，以NTTDoCoMo、爱立信、诺基亚、西门子为首的WCDMA联盟率先共同提出专利许可计划，该计划把WCDMA的累计专利费率控制在5％以下。
cdmaOne的绝大部分核心专利都由高通公司拥有，在cdma2000专利中，其它公司也声称拥有基本专利，其主要原因是在cd?ma20001x/EV－DO/EV－DV的标准中，其它公司的专利多了起来，虽然高通拥有的专利较多，但优势已经在cdmaOne中减小。
TD-SCDMA技术由大唐电信提出，因此在这方面具有较多的基本专利，一般认为TD-SCDMA的基本专利主要集中在大唐和西门子手中，高通也占一部分，这些专利多为核心专利，地位和作用都更为重要。但最近其它公司也声称拥有TD-SCDMA基本专利，其主要原因是大唐电信的专利主要集中在空中接口物理层面上，核心网技术的专利较少，其它公司声称的专利主要集中在核心网方面。与WCDMA和cdma2000相比，显然国有企业拥有TD-SCDMA的知识产权更多，在专利谈判中更有发言权，有利于降低设备成本。
知识产权费用的最终确定决定于谈判的结果，这方面有赖于政府的协调和设备厂商及单纯专利许可人（例如高通）的配合。
从以上分析可以看出，三种技术各有优缺点，并没有一个单一的完美方案。另外，以上分析都基于现阶段的情况，有些因素会随时间推移而改变，尤其是设备的成熟度问题，所以新运营商应根据网络建设开始的时间综合考虑各种影响因素来选择具体技术。
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