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分码多工与正交分频多工技术
无线宽频服务的整合

【作者: Perry LaForge】2008年09月02日 星期二

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21世纪初,电信服务市场大幅转变。以分码多工(CDMA)为基础的3G IMT-2000 技术问世之后,无线营运商得以提供高品质的语音服务、宽频网路存取、多媒体,以及多种加值服务,也让网路、广播、电视、音乐、游戏以及商务等产业的区隔渐渐模糊。在已开发与开发中市场,服务供应商与监管单位快速采用并推广各种技术,进而扩展并整合这些产业,以创造新的营收。


这些改变产生一股庞大的动力推动3G CDMA 服务的部署。 3G CDMA 技术于 2000 年问世以来,已经有超过 460 家业者推出CDMA2000与WCDMA 系统,而截至2007 年 9 月止,使用者已超过 5 亿。至于CDMA2000 1xEV-DO 与HSPA等3G行动宽频技术也不断普及,目前已遍及 165 个国家 270 个商业系统,服务超过 1 亿以上的使用者。


不过无线产业又将再次面临抉择,必须选定新的功能与服务继续发展。这些新的考量层面包括:新技术、整合无线与固定网路以提供无缝隙的完整服务、大量频谱的分配、开发新型与创新的装置,以及提升使用者经验与供应商的利润。


下一代行动宽频技术

以CDMA 与正交分频多工技术(OFDM)技术为基础的下一代IMT系统,以及以OFDM为基础的广播技术(像是DVB-H、FLO以及ISDB-T),在此一转换过程扮演关键性角色。


现有的3G CDMA 技术,包括CDMA2000 1X/EV-DO、WCDMA/HSPA、以及TD-SCDMA已经逐渐进化,可提供更高的容量与传输量,以支援日渐成长的频宽密集(bandwidth-intensive)式的资料服务,提供业者领先技术的效能与即早上市的优势。


分配窄频频宽时(最高至5 MHz),EV-DO 版本A与B以及HSPA与HSPA+,可在特定数量频谱中,达到最高每秒数百万位元的平均资料传输量,同时于现有「频内(in-band)」频率分配下,在所部署的服务中提供更大的弹性和规模经济。 3G 业者因此能够迅速以合理价位,在整体网路提供许多加值服务。


至于频宽较大的无线频道(超过10MHz)LTE、行动 WiMAX 以及UMB这类以 OFDM为基础的技术,都可用于提供频宽较大的行动宽频服务。而针对群播或广播这类特定频宽密集的应用,DVB-H、FLO、ISDB-T、S-DMB 以及T-DMB 等以OFDM 为基础的技术,自2006 年起都已陆续迈入商业化阶段(图一)。



《图一 CDMA2000发展蓝图(使用互补的行动广播与宽带解决方案)》
《图一 CDMA2000发展蓝图(使用互补的行动广播与宽带解决方案)》

有鉴于目前强大的市场动能,3G CDMA技术将会持续作为行动通信的领导平台,包括在下一代的行动宽频服务,甚至在2020年后的无线通信服务中继续领导市场。不过,某些业者以及新的服务供应商,正考虑购买额外的频谱,并部署以OFDM为基础的超宽频(wider-bandwidth)系统。


姑且不论业者的方法与现有的技术发展蓝图,显然「一网通用」的策略无法满足未来竞争市场的需要。而替代技术的选择取决于个别业者的情况,包括商机、执照、可用频谱、之前选择的技术、与厂商的关系,以及可承担的风险。换言之,服务供应商将会根据其市场与经济需求选择最合适的方向与技术。


3G 与 OFDM 系统的整合与角色

以共同核心网路整合多种存取技术,就是所谓的网路整合。单一装置支援多种无线技术与服务的能力,就是所谓的装置整合(受惠于摩尔定律)。网路整合加上装置整合后,可使服务供应商即使在不同的网路,也能提供更多创造收益的语音及数据服务。


网路与服务整合

IP多媒体子系统(IMS)让网路与服务得以整合。这组标准化的技术将营运商的网路定义并区分为存取、控制以及应用层,让业者能迅速推出各种应用与服务、由线路交换网路升级为全IP 封包交换数据网路,并提供其完美的使用者经​​验。


没有单一网路技术可满足所有使用者的情况、所有的服务以及环境,而IMS让业者可自行连接各种无线与固定网路系统,以改善整合服务并提高营收。以下两个范例说明此项论点:


网路的整合

除3G网路,多数已开发国家的Wi-Fi网路存取点数量庞大,遍布于住宅区、咖啡厅、学校以及公司。而Wi-Fi几乎都是用于短距范围内延伸有线宽频连线(例如 xDSL),让讯号范围内的使用者能够连线。目前也有越来越多广域广播网路,专门将电视、丰富的多媒体群播,以及资料广播服务传输至行动装置。不少3G CDMA业者使用以OFDM为基础的Wi-Fi,以及DVB-H、FLO、T-DMB及ISDB-T这类只有前向链路(Forward Link Only)的广播网路,与现有服务互补。这样一来,3G业者即可善用现有的行动通信网路,成为无远弗届的网路服务供应商(ISP)与广播业者。


服务的整合

引进各种服务是服务供应商拥有竞争力的一大关键。单一业者如果能提供语音、影像、宽频网路存取、定位以及各式行动数据服务,即可在善用现有的资金支出下,以多元用户群为基础,尽可能提高收益机会。上述服务用于补充及延伸服务范围遍及各种产业,例如娱乐、教育、运输、银行、广告、广播以及资讯科技。即使不是产业专家,也可以很容易看出,目前任何一种电信服务供应机制都无法满足各种需求。因此业者通常会采用 IMS,提供完美的使用者经​​验,针对使用者所要求的服务,指定最适合的存取技术(3G CDMA、蓝牙、802.11、近距离无线通讯技术(NFC)、OFDM 等)。


应用OFDM技术弥补3G整合服务不足之处

3G CDMA 的规模经济庞大,相较于以OFDM为基础的技术,3G CDMA在提供行动电话与宽频服务方面,拥有显著的成本优势,低价的3G CDMA2000 手机就是最佳例证。全球高度成长的新兴市场中,已有19家厂商生产的近百种低价(零售价不到 50 美元)CDMA2000 手机面世。


分析师预测2010 年之前,全球将有五亿四千八百万的行动宽频使用者,其中94% 的使用者会使用现有技术(例如EV-DO 与HSPA),让其他宽频技术相形见绌(图二)。若要压低装置的价格,规模经济是最重要的关键,因为如果可以大量生产装置,就能降低制造成本并分散开发成本。



《图二 全球行动宽带用户日益增加》
《图二 全球行动宽带用户日益增加》

以 OFDM 为基础的解决方案必须先融合频宽较高的频谱,才能建立规模经济。虽然 CDMA 技术提供的效能与成本优势,可再继续服务供应商10年之久,然而在若干情况和应用下采用 OFDM 为基础的技术,则效能更高成本更低(图三)。



《图三 CDMA 与 OFDM 互补共存》
《图三 CDMA 与 OFDM 互补共存》

对于服务供应商来说,若要供应行动宽频或群播服务,DMB、DVB-H、或MediaFLO这类以OFDM为基础的技术,较适合由一处基地台,同时将丰富的多媒体内容提供给单一区域的众多使用者。这样一来,以OFDM为基础的辅助广播网路,会重叠于 2G/3G 行动网路,提供一流的影像内容及类似电视的服务。


对于目前拥有限量频谱的服务供应商,CDMA技术是最佳选择,因为在 5MHz 以下的频宽,其效能优异。对于可使用大量频宽(例如频谱超过10MHz)的服务供应商,不妨选择以OFDM为基础的技术,推出新的频宽密集式宽频服务,或是在人口稠密的都会区(也称为「热区」),利用额外的宽频容量辅助现有2G或3G 解决方案。如果频宽规模增加超过2x5 MHz FDD或是10 MHz TDD,以OFDM为基础的技术在实作上比 CDMA 技术更简单。在流量大的都会区以外,以OFDM为基础的系统并不划算,因为频谱与网路的使用率可能不足。


在某种程度上,2G/3G与行动OFDM网路之间的关系,相当类似于2G/3G 与 Wi-Fi。 Wi-Fi补足3G,而行动OFDM技术则辅助由3G提供的服务、功能及网路容量。一般预期,2020年之后CDMA与OFDM基础的解决方案会继续共存。


多重存取技术装置整合 创造完美使用者经验

手持装置的功能越来越多,摩尔定律可让更多的无线技术加入这些装置。而消费者越来越习惯使用多重存取系统,因此不管到什么地方,都预期手机可以支援最常用的技术。如果需要针对每项存取技术携带不同的装置,根本不切实际。


目前已经有支援多种无线技术的3G CDMA手机(超过70种以上的WorldMode装置可同时支援CDMA2000与GSM技术)。 2009 年底前,预期若干 WorldMode 多模装置还可支援 LTE、行动WiMAX以及UMB。由于消费者偏爱无线耳机,加上各种严格限制开车时手持话筒的规定,因此蓝牙技术在个人区域网路非常普遍。支援近距离无线通讯技术的手机是目前运输及行动商务的解决方案。同样地,Wi-Fi 已与部份 CDMA 手机整合,在家庭、学校或办公室,提供高速存取网路/VPN 的功能。


OFDM为基础的单一模式装置,只能在有限的区域内操作,因此多数消费者购买意愿不高。而以OFDM 为基础的装置,必须支援多种技术以及广泛的频道,才能保有目前3G 提供的广域和区域连线功能,以及其他使用广泛的技术。


结论

所谓「一种技术打天下」的方式,无法满足未来竞争激烈的电信市场。业者必须针对特定的应用方式或服务,采用最适当的技术。蓝牙将支援个人区域网路,近距离无线通讯技术通讯将实现行动商务,Wi-Fi 将满足区域网路连线能力,全球卫星定位系统(GPS)将实现以位置为基础的服务(LBS), 2G与3G行动电话技术将提供无远弗届的语音及宽频数据服务,而以OFDM为基础的技术,将针对「热区」的后置网路(backhaul)、广播及宽频应用,提供大量的频宽。


对大部份的业者来说,至少在10年内,3G CDMA技术绝对足以满足其语音和宽频资料的需求。对于需要更多频宽的业者,特别是在流量大的区域,以OFDM为基础的技术可赋予成本优势,让业者可弥补服务、功能及覆盖范围的不足。


大量采用以OFDM为基础的解决方案,因为需要扩展覆盖率并建立规模经济,所以还需要一段时间。一旦达到采用标准之后,全球会有多于30至40亿的无线用户升级使用更新一代的无线技术,但在此之前,未来10年内对数以百计的业者而言,3G CDMA 仍将是供应行动宽频服务最主要且最实惠的平台,也是整合革命最关键的一环。


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