无线上网(2.5G技术)速度比较(1)

1/1/2008来源:无线技术人气:3906

“无线”是近年来最热门的网络话题之一,无论是传统的网络厂商还是整机厂商都纷纷推出的基于各自无线上网技术的产品。这也使得我们能够随时随地的置身与网络之中,随时与信息同步,大大丰富了办公应用范围,也 使得生活娱乐更加出色。

在众多无线网络标准中,基于802.11系列协议的WLAN、GPRS和CDMA技术无疑是最受人关注的。802.11系列具有带宽高、兼容性好,设备价格相对便宜的优势,但无奈这只是一个无线局域网标准,覆盖范围及其有限,若用于大范围的移动办公,802.11系列是无法满足的。此时基于手机移动网络的GPRS和CDMA无线技术就体现出自身的优势。

GPRS技术浅析

GPRS是英文General Packet Radio Service的缩写,即通用分组无线业务。它是在原有的GSM数字移动通信系统之上的升级版本,其通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现,因此不用重新建立发射基站,投入并不大,技术上也没有太大难度,而且由于其兼容于GSM技术,使得原有手机也不用升级,可以继续适用,具备很好的向下兼容性。

而与原来GSM的拨号的电路交换数据传送方式相比,GPRS采用了分组交换技术。分组交换把数据按一定的长度分割为许多小段的数据,这样就形成一个一个的数据组。在发送出去之前,这样数据组还需要被封装成许多独立的封包(Packet),并对每个封包进行标识,以确保能够准确的到达目的。发送时,通过在在一条物理线路上采用动态复用的技术,同时传送多个数据封包。接收端在收到封包后并不立即解开,而是将封包暂时存放在交换机的存储器内,接着才在网内进行转发,达到目的地后,去掉封包标示,将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文,即可完成对数据的还原。由此可以看出分组交换技术兼有电路交换和报文交换的优点,比起电路交换的电路利用率更高,比报文交换的传输时延更小,而其还具有很好的交互性,更能适应目前的网络需求。

  我们这里讨论的GPRS技术是指,通过基于GPRS技术的网卡直接到Internet的方式,他是GPRS技术的主要应用点之一,其网络架构(如图)是首先通过具备私有地址的网卡通过无线信号发送至基站,在接收到数据包后,基站将其传送给计费支撑系统,进行开始按流量进行计费,从计费支撑系统(BSS)出来后,数据包被传送到服务GPRS支持节点(SGSN)进行记录移动台的当前位置信息,并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。经过 GGSN数据包进入了GPRS骨干网,假如需要电信级别的服务,如MMS(多媒体短信服务)、SMS(文本短信服务)服务等,就在这一骨干网内传输到其它服务器进行解决。而我们的目的是上网,因此通过GPRS骨干网数据包来到网关型GPRS支持节点(GGSN),通过分配公用ip,再通过防火墙的过滤,最后即可连接至Internet。

中国移动通信集团是GPRS有力的支持者,早在1999年8月,中国移动就开始了GPRS网络技术和业务试验。经过多年的测试及对原有GSM系统的改造,GPRS网络已经在2002年5月17日,世界电信日这一天正式在全国范围内160个城市投入商用。目前GPRS已经覆盖全国所有省会城市和大部分大中城市,并具备自动漫游功能。

CDMA2000 1x技术浅析

CDMA是英文Code-Division Multiple access的缩写,即码多分址技术。第二代移动移动通信系统有多种实现方式,其中欧美和国内都是基于的GSM、美国和其它亚洲技术是基于的 CDMAOne、拉美采用TDMA、日本是PDC。与GPRS由GSM技术改进而来不同,CDMA 1x是在扩频通信技术的基础上发展而来,扩频通信技术属于数字通信技术的一个分支,最早出现在军事通信技术领域,在20世纪90年代初期才转为民用通信技术。CMDA的主要类型有IS-95、CDMA2000等几种。其中IS-95系列的IS-95A技术也就是前面所提到的CDMAOne, CDMA2000也未来3G(第三代移动通信系统)的一种网络类型,这里讨论的CDMA2000 1x也就属于CDMA2000技术之一,不过现在的CDMA2000 1x还属于CDMA2000的第一个阶段,距离真正属于3G的CDMA20001XE到来还需要经过2个阶段的改进,因此GPRS全面的改进而言, CDMA2000 1x距离3G已经是半步之遥。

CDMA2000是在IS-95基础上演变而来的技术,根据频分复用和时分复用的基础上发展而来。频分复用将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输一路信号。特点是独占时隙,而信道资源共享,每一个子信道使用的时隙不重叠。而时分复用则将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙),并将这些时隙分配给每一个信号源使用,每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。CDMA则使得所有子信道在同一时间可以使用整个信道进行数据传输,相当于这两者的结合,这样一来它在信道与时间资源上均可以实现共享,因此,信道的效率高,系统的容量大。

CDMA2000的技术原理是基于扩频技术,即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去;接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信。而相比CDMA2000,CDMA2000 1x还升级了空中接口,采用了前向快速功控、新的发射分集方式和反向导频信道,使得信道容量和用户容量均有大幅增加,而且提高了信道的抗衰落能力。凭借其大容量、高质量、软切换优点,因此更能符合目前网络发展的要求。

CDMA2000 1x网络的架构和GPRS也有很多不同,一台CDMA2000 1x设备接入的Internet步骤首先是通过无线信号通过基站(BTS)的接收,进入到基站控制器(BSC),其中包含了两个步骤,首先在BSC中进行基站控制器连接处理,并将数据送往下一个业务数据单元进行计费处理。从BSC出来,数据被进行分类处理,非语音数据被送往分组控制点(PCF),被检测是用于转发无线子系统还是传送到Internet信息。被检测到传送到Internet信息后,数据通过核心网而被发送至分组数据点(PDSN)进行分配公网IP、压缩、安全性和鉴权等处理,从而最终完成到 Internet的连接过程。

中国联通2002年开始建设CDMA网络,在2003年又把CDMA2000网络全面升级为 CDMA2000 1X网络,在当年的7月初正式投入商用。此时的CDMA2000网络已经具很大的规模,覆盖率达到96.2%,在覆盖区内都能够实现CDMA2000 1X移动数据通信;CDMA2000 1x网络的无线接通率水平达到了98.51%的高水平,属于比较理想的网络;掉话率水平已降到0.33%以下。

   既然两者都是属于2.5代的移动通信系统,而且使用的技术各不相同,这就为不少用户的选择带来了不少烦恼,到底什么样的网络才适应与自己的需求呢?下文将对此作进一步的分析。

带宽对比 CDMA2000 1x优势明显

带宽是评价网络性能的重要标准,也就是指在固定的的时间内可传输的资料数量,亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常在表达网络带宽时用每秒可传输的数据位数(bps)来表示。


GPRS采用GSM Phase 2+标准,在该标准中提出,GPRS可以具有四种不同的编码方式,即CS-1、CS-2、CS-3、CS-4,分别提供不同等级的错误保护能力,这些编码方式在每个时隙可提供的传输速率分别为:9.05Kbps、13.4Kbps、15.6Kbps、21.4Kbps。每个用户最多可同时使用8个时隙,所以GPRS理论上最高传输速率为21.4Kbps x 8 = 171.2Kbps。不过这其中包含了一些分组数据打包以及信道复用的一些数据,假如去掉这些开销,每个时隙上可实现最高可以达到15Kbps左右的信息传输量,这样GPRS数据传输的峰值带宽就可达到15Kbps x 8 = 120Kbps左右。在实际数据是网络带宽还要收到网络质量的差别的影响,这是采用的编码方式自然会发生变化,此外终端支持也对带宽有重要的影响,因此最终的带宽自然也大大折扣。据用户测试表明,GPRS网络的实际接入速度在15Kbps~40Kbps之间,在使用软件的优化加速系统后,带宽可以稳定在 60Kbps~80Kbps之间。

从前文的CDMA2000 1x技术浅析就可以看出,其采用码分多址技术,可以在条线路内捆绑多个码分信道,而且配合新升级的空中接口,同时对前向及反向信道进行扩充,提供了丰富的信道结构,使得每个信道的传输带宽也提升到原有的大大提高。假如用于传送语音业务,CDMA2000 1X系统的总容量是IS-95系统的2倍;假如传送数据业务,CDMA 2000 1X的系统总容量是IS-95系统的3.2倍。CDMA2000 1x采用可变长度的信道码(Walsh)进行数据传输,最终的带宽也就和使用的Walsh码息息相关,前向64阶walsh码的信道传输速率是 9.6Kbps,32阶时为19.2Kbps,依此类推,达到最小的4阶的Walsh码就可实现153.6Kbps的传输速率,这也是CDMA 2000 1X所能达到的最大理论带宽。不过相对GPRS而言,CDMA2000 1x就没有那么多数据开销了,实际的网络运营中,在考虑保证语音通信的前提下,实际的带宽在80Kbps~100Kbps之间(取决于信号强弱),这仍然要领先于GPRS不少。

网络延时对比 CDMA2000 1x仍具优势

网络延时是指收到从数据包发出那一刻到目标收到数据包那一刻之间所需要的时间间隔。任何网络传输协议都存在的问题只是或多或少而已。假如网络延时过大就会造成操作的不连贯,用户发出的一个操作指令需要经过很长的时候才能收到回馈,因此也会给人反映缓慢的感觉。网络延时常用毫秒(ms)来表示,1000毫秒=1秒,数值越大网络延时也就越大。

GRPS的分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包,可通过不同的路由,以存储转发的接力方式传送到目的端,而组装成完整的数据。因此分组交换并不是实时系统,延时具备不固定性。GPRS系统会有200ms~1000ms的延时,再加上服务器端处理信号的时间,网络延时会比较严重。

CDMA2000 1x则没有这样存储转发的过程,所有数据一旦完成扩频,通过载波发送出去,在基站的控制器连接处理点即可快速的完成解扩,并立即进行转发,因此数据延时大大减小。其网络延时主要来自于各接入点之间的处理过程,因此并不严重,一般维持在100ms~300ms之间,属于可以接受的范围。这方面比起GRPS来优势就很明显了。

信号覆盖范围对比 CDMA2000 1x险胜

无线网络的信号覆盖范围是指基站发射的有效信号所能达到的最远距离,无线电波在空气中呈圆形传播,信号所能达到的最远距离即可看做这个圆形传播的半径,而这个圆形就是我们所说的信号覆盖范围。其最远由于发射功率不可能太大,因此难免会有信号电波波型衰减的情况出现。在空旷地带假如没有阻隔,信号的能够完全覆盖到该范围内。但实际情况是,这样的空旷经常很难达到,地理、建筑等诸多因素,导致电波信号收到一定的阻隔,产生衰减,因此并不是说信号覆盖范围内的所有区域都是完全接受到。无线网络的基站的建设基于蜂巢式的构架,即在一个基站的四周安排有5个基站,这样环环相扣构成一个完整的无线网络。

习惯性的看法是中国移动的信号比联通更好,不过这只限于GSM网络的语音通话而言,并不等于 GPRS和CMDA2000 1x的数据通讯,他们的网络类型各不相同,都需要在原有的技术上升级换代。因此并不能完全划上等号,得出中国移动的GPRS信号覆盖范围就好于联通的 CMDA2000 1x的结论。

GPRS采用900/1800MHz的频率段,而其中900MHz被主要采用,其频率较高,因此绕射能力弱,传输损耗大,覆盖范围较小。在空旷地区900MHz频率可覆盖26.9km的半径,2269km2的面积。因此可以看出GPRS更适合在城市中使用,用于农村通信不很适合。不过依靠中国移动分布于各地的大量基站,弥补了GPRS的这一缺点。

CMDA2000 1x采用450/800MHz的频率段,其中800MHz被主要采用,其频率稍低也因此带来了更强的绕射能力和更小的电波视距损耗,其覆盖面积也较大。在空旷地区800MHz频率可覆盖29.4km的半径,2712km2的面积。从这一点来看CDMA2000 1x要稍好于GPRS一点,但改进并不大。但不得不提的是,由于CDMA2000 1x网络容量大,在同一个载频答应更多的用户打电话或是上网。此外经过多年的建设CDMA基站数量已经和中国移动的相差无几。因此综合考虑,GPRS网络覆盖不如CDMA2000 1x。

安全性对比 各有不足都有待提升

安全性的问题尽管个人用户关心较少,但对于公司、企业、用户而言则是对于高度敏感的,一旦机密内容被窃取,造成的损失是无可估计的。无线网络不同于有线网络,只要在接收范围内,理论上都有被窃取的可能,因此不少用户也对于无线网络怀有戒心。

GPRS系统的无线接入链路上,为了保护用户身份的机密性,用临时逻辑链路标识(TLLI)与路由区域标识(RAI)来鉴别用户,而不是直接用使用轻易破解的国际移动用户识别符(IMSI)来鉴别用户身份。TLLI与IMSI的关系保存在SGSN(服务支持节点)的数据库中且只有移动台(MS)和SGSN知道,因此使得用户位置不可能被追踪到。而对于数据的机密性保护,GPRS采用了GEA算法对数据进行加密,其有效密钥长度小于64 位,加密密钥为 10 个十六进制字符(0-9 和 A-F)或 5 个 ASCII 字符,实践证实这并不安全。


CDMA2000 1x最先是来自于军用的无线技术,因此安全性也同样值得信赖。其接入时使用多重认证的机制,在无线接入网认证中采用CHAP认证法,在分组网认证中采用 PAP认证发,但这种两种认证都是基于用户名/密码方式和IMSI的方式,相对而言并不如GPRS来得可靠。而对于数据的加密,CMDA是采用随机产生一个42位伪码的方式,如强行破解则有4G种可能,显然这种方式更加难以被破解 。

因此无论是GPRS还是CDMA2000 1x都或多或少的存在着安全性的隐患,GPRS在保护用户身份的机密性方面做的更好,而CDMA2000 1x的优势是对于数据的加密程度。本回合的较量中两者达成平手。

兼容性对比 GPRS后天不足

既然两者都都是基于2G到3G的演变阶段,未来都是肯定要趋于淘汰的产品,那么能否过渡到3G时代继续使用就显得很重要。

对于GPRS的发展方向是GSM→GPRS→EDGE→WCDMA,也可通过另一种方式不经过GPRS直接从GSM过渡到 TDSCDMA,不过对于该方式的演进方式路线尚不明朗。不管怎样从GSM→GPRS→3G的方式都还相当那漫长,目前过渡到3G步伐的方式才刚刚起步,还处于第一个阶段。选择WCDMA能够很好的保持与GPRS设备的兼容性,而假如选择了TDSCDMA,就会导致GPRS完全无法使用的情况。

CDMA过渡到3G的过程需要经规格CDMA→CDMA2000→CDMA2000 1x→CDMA2000 1x EV,可以看出目前已经处于第二个阶段,距离3G的到来已经一步之遥。下一阶段的CDMA2000 1x EV主要由单载波提升到三载波,使得带宽得到了提高,因此相对CDMA2000 1x的改进并不大,可以实现平滑过渡。无论是移动终端还是基站,都能够前、后向兼容,这点上CDMA技术具有先天的优势。

投资、成本对比 GPRS迎头赶上

再好的技术,假如前期投资和后期的使用成本过高,很明显都会拉开和用户之间的距离,导致用户不能够接受,人们常说的性价比即是如此。

从前期的硬件投资来看,两者相差不到从800元四周到2000元的产品都有,当然品质也有差别,但归根而言,在同一档次的产品上,两者的价格已经相当接近。此外购买入网的SIM卡或UTK卡也需要支付一定费用,但费用不高,可忽略不计。因此,我们把对比的目光关注在使用的资费方面。

GPRS采用分组交换技术,只要一开启就能自动附着到GPRS网络上,并与数据中心建立通信链路,随时收发用户数据。因此在计费上不按照时间的方式进行,而是按照流量来进行收费。目前在大多数城市中中国移动的GPRS收费标准都比较统一,其具体情况参照下表。(广州地区,下同)

可以看出使用200元的商务套餐即可不限流量的随意使用,这个目前宽带网的包月方式是差不多大,需要长期使用的情况下很划得来,而且无漫游费用,外出使用也很方便。

CDMA2000 1x则需要通过拨号来建立连接,因此其收费方式也可分为按时长计费及按流量计费两种计费模式。而且根据所处地方的不同,起收费标准也各不相同,在这里我们选取了采用上面的GPRS收费标准的广州市为例。广州联通对于用于接入Internet的掌中宽带的收费标准为。

时长计费模式:标准资费为本地0.20元/分钟、漫游0.30元/分钟,还有以下优惠套餐可供选择:

流量计费模式:标准资费为0.005元/KB,还有以下优惠套餐可供选择:

无套装的情况下CDMA2000 1x 0.005元/KB倒是比GPRS 0.03元/KB低出不少,不过,相信需要大量上网的用户应该都不会采用,从200元档次按流量计费模式的消费看以看出,两者都可实现包月的方式。但在漫游方面,联通并不能完全包括进去,仍然存在300MB/月的使用限制。这点就明显的不如中国移动。

总结

在带宽和网络延时上很明显CDMA2000 1x要技高一筹,带来的网络速度自然也更加理想。而网络质量方面CDMA2000 1x要略占优势,这点大中型城市中会有所体现,但小城镇、乡村中并不见得能够感觉出来。而安全性方面假如对于很严格的要求,显然还需要配合其它方式的软件加密上下手才可确保安全,单凭网络加密的方式,还无法令人彻底放心。CDMA2000 1x的优势最大之处在于,良好的前、后向兼容性,即使未来过渡到3G时代,CDMA2000 1x的设备仍然能够继续使用,GPRS就没有这么明朗了。不过在最终的使用成本上,GPRS则体现在漫游可计算在优惠套餐内的优势而取胜,很明显GPRS 更适合于旅行、出差的用户使用。此外,由于GPRS不用拨号,开机即可实现连接,使用起来也比CDMA2000 1x更为方便。

总的看来,CDMA2000 1x对于带宽要求大、网速要求高、但每月的流量不是太大的用户更加适合。而GPRS的高延迟是其最大的缺点,不过其覆盖范围较广、收费合理、无漫游费的优点更适合与经常需要大范围活动,办公地点不固定的用户考虑。