WCDMA vs LTE

WCDMA (宽带码分多址) 和 LTE (长期演进) 是移动通信发展中的两项关键技术。这是 3G 向 4G 网络过渡所必需的。以上信息强调了其目的和影响。

WCDMA 和 LTE 概述

WCDMA 究竟是什么？

WCDMA 是第三代合作伙伴计划（Third Generation Sharing Project）开发的 3G 移动通信技术，每家运营商提供高达 5 MHz 的带宽。WCDMA 基于码分多址 (CDMA)，是通用移动通信系统 (UMTS) 的一部分，继承了第二代 GSM 网络。

WCDMA 采用扩频技术，其中多个用户使用相同的频段，但通过不同的代码进行标识。这项技术比其 2G 前身更好地利用了频谱，从而提供了更多的用户容量和更快速的数据速度。WCDMA 支持语音、短信和多媒体服务，移动用户的峰值数据速度最初限制在 384 kbps，而固定用户可达 2 Mbps。后来的 HSPA (高速分组接入) 和 HSPA+ 等增强功能将峰值速率提高到 42 Mbps。

什么是 LTE？

LTE 是基于 3GPP 的 4G 移动通信技术，大多数人将其视为 WCDMA 等 3G 技术的演进。LTE 从基于 CDMA 的技术发展到 OFDMA (正交频分多址)。为了响应对更高数据速度日益增长的需求，开发了 SC-FDMA (单载波频分多址) 上行链路。

LTE 提供比 WCDMA 快得多的数据速率，下行速度高达 300 Mbps，上行速度高达 75 Mbps。LTE 还大大降低了延迟并提高了频谱效率。这改善了视频流、在线游戏和实时消息等带宽密集型应用程序的性能。

WCDMA 和 LTE 的技术基础

WCDMA 使用 码分多址 (CDMA) 技术，该技术使用唯一代码将每个用户的 Daa 分配到所有可用频谱中。广播代码组合了每个用户的信号。这使得多个用户可以在同一频率范围内进行通信而不会发生干扰。

WCDMA 的主要组成部分是

• 扩频：以更高频率的伪随机序列乘以数据信号，将其扩展到更宽的带宽。
• 多址是指将多个信号合并到一个频率频谱中。为每个用户分配的唯一代码区分了他的代码。
• 解扩：当接收器忽略其他用户的信号时，信号乘以相同的伪随机序列以恢复原始信息。
• WCDMA 还支持软切换。这允许移动设备在单元之间切换时同时连接到多个基站。这会导致更平滑的通话切换和更好的信号连续性。

LTE：OFDMA 和 MIMO 技术

LTE 在下行链路中使用正交频分多址 (OFDMA)，在上行链路上使用单载波频分多址 (SC-FDMA)。OFDMA 将可用带宽划分为许多相互正交的窄带子载波。减少干扰并更好地利用频谱。

LTE 的主要特性是

• OFDMA (下行链路)：带宽被划分为子载波并分配给多个用户。这提高了频谱效率，并实现了比 WCDMA 更高的数据速率。
• SC-FDMA (上行链路)：用于移动设备以节省电力。SC-FDMA 结合了 CDMA 的低功耗需求和 OFDMA 的快速数据速度。
• MIMO (多输入多输出)：LTE 在发射器和接收器都具有多个天线的情况下使用 MIMO 技术。这提高了数据速度、频谱效率和网络容量。
• 更高的调制方案：LTE 使用 64-QAM (正交幅度调制) 等高级调制技术，与 WCDMA 相比，数据速度更快。

绩效指标

数据速率

• WCDMA：WCDMA 的早期版本。它提供最高 384 kbps 的下行速度，而 HSPA 和 HSPA+ 等后期版本已将上限提高到 42 Mbps。
• LTE：LTE 提供明显更快的速度。在初始发布时，峰值下载速度高达 300 Mbps，上行速度高达 75 Mbps，LTE-Advanced 可将这些速度提高到下行 1 Gbps 和上行 150 Mbps。
• WCDMA 网络的平均延迟为 100-200 毫秒，这可能导致视频通话和游戏等需要实时通信的应用程序出现显著延迟。
• LTE 将延迟大幅降低至 10-20 毫秒，改善了 VoIP (网络电话) 和在线游戏等延迟敏感型应用程序的用户体验。

频谱效率

• WCDMA 的频谱效率约为 0.5 至 1 bit/sec/Hz。虽然这比 GSM 有了显著改进，但仍落后于 LTE。
• LTE 的频谱效率显著更高，从 1-3.75 bits/sec/Hz 不等。这取决于使用情况、调整技术和 MIMO 配置，可以在相同的频谱上同时服务更多客户。

网络容量

• WCDMA：WCDMA 可以支持大量并发用户。但其容量受共享频率引起的干扰限制。
• LTE 的 OFDMA 结构和 MIMO 技术显著提高了容量。该系统可以在不影响服务质量的情况下支持更多用户。这使其在繁忙的都市环境中更具可扩展性。

语音服务

• WCDMA：WCDMA 设计用于同时支持语音和数据服务。因此，它非常适合传统通话。在 WCDMA 中，语音通过电路交换通道传输。
• LTE 是一个为数据传输设计的分组交换网络。因此，最初不支持原生语音服务。但随着 VoLTE (LTE 语音) 的推出，LTE 网络现在能够提供高质量的语音。

主要特性和技术

HSPA & HSPA+

高速分组接入 (HSPA) 和 HSPA+ 提高了 WCDMA 的数据性能。HSPA 通过增强无线接入效率提高了数据速度，并使用户能够更有效地管理资源。

主要特性包括

• 快速分组调度：为信号条件良好的用户实现更好的资源分配。
• 混合 ARQ (自动重传请求) 减少了修复传输错误的所需时间，提高了吞吐量。
• MIMO：HSPA+ 支持 MIMO，可在信号条件良好时提高数据速度。
• 尽管 HSPA+ 将 WCDMA 的峰值下行速度提高到高达 42 Mbps，但它仍无法与 LTE 明显更高的性能水平竞争。

LTE-Advanced

• LTE-Advanced 是 LTE 的一项增强功能，符合 4G 网络 IMT-Advanced (国际移动通信) 规范。与 LTE 相比，它具有许多重大改进，例如
• 载波聚合结合了不同的频段，以增强用户可用的总带宽，从而提高数据速度和网络容量。
• LTE-Advanced 可实现高达 8x8 MIMO 配置，这大大提高了频谱效率和数据速度。
• 中继节点：通过扩展基站在信号接收不良区域的覆盖范围来增加覆盖范围。
• 异构网络 (HetNets)：LTE-Advanced 允许部署小型蜂窝网络，如微蜂窝和飞蜂窝，以增加高需求区域的网络容量。
• LTE-Advanced 可实现 1 Gbps 的峰值下行数据速度和 150 Mbps 的上行数据速度，使其更接近 5G 的性能目标。

部署与过渡

WCDMA 部署

• WCDMA 向后兼容 2G GSM 网络，允许移动运营商在不更换现有系统的情况下升级其基础设施。为了允许 WCDMA 服务，运营商可以在保持相同频率通道的同时更改其软件和设备。
• 在 2000 年代初期，WCDMA 网络得到了广泛应用，主要在欧洲和亚洲。然而，随着移动数据需求的增长和 LTE 网络的普及，许多运营商选择转向 LTE 以提高性能。

LTE 部署

• LTE 在技术和架构方面与 WCDMA 和 GSM 网络有显著不同。LTE 采用全 IP 网络，这简化了基础设施，但需要对现有网络设备进行更重大的升级。许多运营商选择分阶段过渡到 LTE，首先在需求高的区域与现有 3G 网络并行构建。
• LTE 的采用受益于灵活的频谱利用。LTE 可以在各种频段进行通信，包括 FDD (频分双工) 和 **TDD (时分双工)。

在本节中，我们将通过深入研究底层技术、网络架构、应用以及从 3G 到 4G 的行业转型，进一步阐述 WCDMA (宽带码分多址) 和 LTE (长期演进) 之间的区别。

网络架构

CDMA 网络架构

WCDMA 采用传统的 3G 架构，具有独立的无线接入和核心网络服务组件。

该架构包括以下内容：

• 用户设备 (UE) 指手机和调制解调器等移动设备。
• Node B (基站)：无线基站，负责 UE 和网络之间的通信。它通过空中接口传输和接收数据。
• 无线网络控制器 (RNC) 负责管理多个 Node B 并执行诸如无线资源管理、移动性管理 (切换) 和加密等功能。

WCDMA 核心网络分为两部分：

• 电路交换 (CS) 网络：使用兼容 GSM 的技术处理普通语音呼叫。
• 分组交换 (PS) 网络：通过分组交换通道提供数据服务 (互联网、多媒体等)。
• 这种设计区分了电话和数据服务，当移动宽带需求飙升时，这是一个重大的限制。WCDMA 的电路交换域专为语音通信而设计，当用户期望发生变化时，这使得向分组交换、数据驱动的网络过渡更加困难。

LTE 网络架构

LTE 基于强大的全 IP (互联网协议) 网络架构，以满足日益增长的高速数据服务需求。该架构消除了 2G/3G 网络中存在的电路交换域，从而实现了更快、更有效的数据传输。

LTE 架构的关键组件是

• 用户设备 (UE)：支持 LTE 的移动设备。
• eNodeB (演进型 Node B) 是 LTE 基站，它将 Node B 和 RNC 的功能合并到一个设备中。eNodeB 负责处理无线资源、用户调度、移动性和与核心网络的连接。

演进型分组核心 (EPC) 是 LTE 的核心网络，它包括以下组件：

• 服务网关 (SGW) 在 LTE 中发挥着至关重要的作用，负责促进用户数据在基站和外部网络之间的传输。
• LTE 通过将语音和数据服务集成到 EPC 中，提高了性能，降低了延迟，并增强了可扩展性。LTE 的设计还支持数据传输。特别是像跨 RAT (无线接入技术) 切换这样的技术，允许设备在会话期间在不同类型的网络之间移动 (例如，从 LTE 切换到 WCDMA)。

移动性和切换机制

WCDMA 移动性管理

WCDMA 使用软切换。在切换单元时，可以同时建立与多个基站的连接。这使得数据传输平滑。它减少了错过通话或数据会话的可能性。WCDMA 中使用的 CDMA 技术支持软切换。它允许多个基站同时处理同一呼叫。它保证了总是使用最佳信号。

WCDMA 还支持硬切换。这尤其适用于在无线技术之间切换时 (例如，从 WCDMA 切换到 GSM 或频段)，尽管软切换提供了更平滑的体验。但这增加了网络复杂性和资源使用，因为多个基站必须同时处理同一信号。

LTE 移动性管理

LTE 中的切换管理更加高效，并侧重于硬切换，当移动设备从一个基站 (eNodeB) 切换到另一个基站而不保持同时连接时发生。虽然这可能看起来比 WCDMA 的软切换有所退步，但 LTE 更高的数据速率和更低的延迟保证了这些切换足够快地完成，在大多数情况下可以避免服务中断。

MME 与 eNodeBs 协同控制 LTE 切换过程。当设备在单元之间切换时，MME 确保会话在旧 eNodeB 和新 eNodeB 之间顺利传输。LTE 还支持跨 RAT 切换，允许设备在 LTE 覆盖不足时，在 LTE 和 WCDMA 或 GSM 等旧网络之间切换。

频谱效率和带宽

WCDMA 频率使用和带宽

WCDMA 的载波带宽为 5 MHz，可以通过为每个用户分配唯一的广播地址来支持大量并发用户。虽然这比 2G GSM 网络 (带宽窄，为 200 kHz) 有了显著提高，但 WCDMA 的 5 MHz 带宽在当今标准下仍然很小。因此，WCDMA 的容量低于 LTE 的容量。

WCDMA 网络还包括频分双工 (FDD)，它为上下行链路通信分配特定的频率。有助于确保语音和数据服务的可靠连接，同时保持频率灵活性。

LTE 频谱和带宽使用

LTE 提供比 WCDMA 更大的灵活性和频谱效率。它可以在 1.4 MHz 到 20 MHz 的广泛载波频率和带宽范围内运行。这种灵活性使运营商能够部署 LTE，利用他们拥有的各种频谱。这取决于可用频谱的可用性。充分利用给定资源。

LTE 同时使用 FDD (频分双工) 和 TDD (时分双工)。FDD 使用不同的频率进行上行和下行链路通信，而 TDD 使用相同的频率。但是，传输和接收有固定的时间。TDD 在频谱资源有限的地区表现出色。这是因为它最大化了可用带宽。

服务质量 (QoS)

WCDMA 服务质量

WCDMA 通过优先处理不同类型的流量来提高服务质量 (QoS)。它采用无线资源控制 (RRC) 和分组调度等技术，优先处理比延迟和抖动更敏感的语音流量，而不是像网页浏览或电子邮件等不那么时间敏感的数据服务。

然而，WCDMA 网络中的 QoS 经常受到网络频谱效率低和容量不足的阻碍。在高使用时段，消费者可能会遇到性能不佳的情况，特别是对于互联网服务，因为网络在处理语音和数据流量时会不堪重负。

LTE 服务质量

LTE 通过使用承载器显著提高了 QoS。每个数据会话都被分配一个唯一的承载器，该承载器决定该会话的 QoS 级别。