移动通信网


1. 2G技术

2G是英文2nd Generation的缩写,指第二代移动通信技术。

(1)GSM

GSM全名为Global System for Mobile Communications,中文为全球移动通讯系统,是一种起源于欧洲的移动通信技术标准,属于第二代移动通信技术,其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准,此前一直是采用蜂窝模拟移动技术,即第一代GSM技术(2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络)。GSM系统包括 GSM 900:900MHz、GSM1800:1800MHz 及 GSM-1900:1900MHz等几个频段。

我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统,并于1993年9月正式开放业务以来,全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统,使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大的一种数字蜂窝系统。

紧急呼叫是GSM系统特有的一种话音业务功能。即使在GSM手机设置了限制呼出和没有插入用户识别卡(SIM)的情况下,只要在GSM网覆盖的区域内,用户仅需按一个键,便可将预先设定的特殊号码(如110、119、120等)发至相应的单位(警察局、消防队、急救中心等)。这一简化的拨号方式是为在紧急时刻来不及进行复杂操作而专门设计的。

(2)GPRS

GPRS的英文全称为General Packet Radio Service,中文含义为通用分组无线服务,它是利用“包交换”(Packet-Switched)的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将Date封装成许多独立的封包,再将这些封包一个一个传送出去,形式上有点类似寄包裹,采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽。

其主要特点是数据实现分组发送和接受,可以按流量计费,达到56~115Kbps的传输速度。

由于使用了"分组"的技术,用户上网可以免受断线的烦恼。从技术上来说,声音的传送(即通话)继续使用GSM,而数据的传送便可使用GPRS,这样的话,就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分经济,因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛,包括通过手机发送及接收电子邮件,在互联网上浏览等。

(3)EDGE

EDGE是一种基于GSM/GPRS网络的数据增强型移动通信技术,通常又被人们称为2.75代技术。EDGE是一种有效地提高GPRS信道编码效率的高速移动数据标准,它允许高达384kbit/s的数据传输速率,可以充分满足未来无线多媒体应用的宽带需求。EDGE方案于1997年完成了可行性研究并被ETSI(欧洲电信标准化协会)通过。

从技术上讲,EDGE主要是对无线接口的改进。但从更普遍的意义上讲,EDGE可以被视为一个提高比特率,并且促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的有效通用无线接口技术。


2. 3G技术

3G是英文3rd Generation的缩写,指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G),第三代手机能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务,无线网络必须能够支持不同的数据传输速度,也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆字节/每秒)、384kbps(千字节/每秒)以及144kbps的传输速度。

国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准,写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》(简称IMT-2000)。2007年10月,ITU接纳WiMAX为3G国际标准之一。

(1)WCDMA

即Wideband CDMA,也称为CDMA Direct Spread,意为宽频分码多重存取,其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商。

(2)CDMA2000

CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier,由美国高通北美公司为主导提出。

(3)TD-SCDMA

该标准是由中国大陆独自制定的3G标准,1999年6月29日,由中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向ITU提出。

(4)WiMAX

全称为Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互联接入。是以美国Intel公司主导提出,多家厂商参与制定的标准。


3. WCDMA技术演进

3GPP关于WCDMA网络技术标准的演进主要分为R99、R4、R5、R6和R7等几个主要阶段。无线网络的演进主要是通过采用高阶调制方式和各种有效的纠错机制等技术,不断增强空中接口的数据吞吐能力,而核心网络主要利用控制与承载、业务与应用相分离的思路,逐步从传统的TDM组网方式向全IP组网方式演进,最终使无线网络和核心网络全部走向IP化,在整个技术演进过程中保证了业务的连续性、完善的QoS机制和网络的安全性。

  R99 R4 R5 R6 R7 R8
技术特点 UTRAN 引入,关键技术应用 控制与承载分离 高速下行分组技术HSDPA的引入 高速上行分组技术HSUPA的引入及MBMS HSPA增强技术

多载波、OFDM的引入进一步提高速率

上/下行速率 384kbps/
2Mbps
384Kbps/
2Mbps
384Kbps/
14.4Mbps
5.76Mbps/
14.4Mbps
10Mbps/
28Mbps
50Mbps/
100Mbps

(1)R99

WCDMA R99在新的工作频段上引入了基于每载频5MHz带宽的CDMA无线接入网络,无线接入网络主要由Node B(负责基带处理、扩频处理)和RNC(负责接入系统控制与管理)组成,同时引入了适于分组数据传输的协议和机制,数据速率可支持144kb/s、384kb/s,理论上可达2Mb/s。

WCDMA R99核心网络在网络结构上与GSM保持一致,其电路域(CS)仍采用TDM技术,分组域(PS)则基于IP技术来组网。WCDMA R99的3G MSC/VLR与无线接入网络(RAN)的接口Iu-cs采用ATM技术承载信令和话音,分组域R99 SGSN与RAN通过ATM进行信令交互,媒体流使用AAL5承载IP分组包。另外,为满足RNC之间的软切换功能,RNC之间还定义了Iur接口。而GSM的A接口采用基于传统E1的七号信令协议,BSC/PCU与SGSN之间的Gb接口采用帧中继承载信令和业务。因此,R99与GSM/GPRS的主要差别体现在传输模式和软件协议的不同。

在用户的安全机制上,GSM由AuC提供鉴权三元组,采用A3/A8算法对用户进行鉴权及业务加密;R99由AuC提供鉴权五元组,定义了新的用户加密算法(UEA),并采用Authentication Token机制增强用户鉴权机制的安全性。

(2)R4

WCDMA R4与R99相比无线接入网的网络结构没有改变,其区别主要在于引入了TD-SCDMA技术,同时对一些接口协议的特性和功能进行了增强。

在电路域核心网中主要引入了基于软交换架构的分层架构,将呼叫控制与承载层相分离,通过MSC Server、MGW将语音和控制信令分组化,使电路交换域和分组交换域可以承载在一个公共的分组骨干网上。R4主要实现了语音、数据、信令承载统一,这样可以有效降低承载网络的运营和维护成本;而在核心网中采用压缩语音的分组传送方式,可以节省传输带宽,降低传输建设成本;另外,由于控制和承载分离,使得MGW和Server可以灵活放置,提高了组网的灵活性,集中放置的Server可以使业务的开展更快捷。当然,由于R4网络主要是基于软交换结构的网络,为向R5的顺利演变奠定了基础。

(3)R5

WCDMA R5在无线网络中主要引入基于IP的RAN和HSDPA的功能,尤其引人关注的是HSDPA支持高速下行分组数据接入,理论峰值数据速率可高达14.4Mb/s。

在核心网,R5协议引入了IP多媒体子系统,简称IMS。IMS叠加在分组域网络之上,由CSCF(呼叫状态控制功能)、MGCF(媒体网关控制功能)、MRF(媒体资源功能)和HSS(归属签约用户服务器)等功能实体组成。IMS的引入,为开展基于IP技术的多媒体业务创造了条件。目前,基于SIP协议业务主要有:VoIP、PoC、即时消息、MMS、在线游戏以及多媒体邮件等。全球运营商正在进行基于SIP协议的系统和业务测试,尤其是不同运营商的互通测试成为一个业界关注的焦点,它代表了未来业务的发展方向。

(4)R6

WCDMA R6在无线网络中主要引入HSUPA的功能。

HSUPA是上行链路方向(从移动终端到无线接入网络的方向)针对分组业务的优化和演进。利用HSUPA技术,上行用户的峰值传输速率可以提高2-5倍,达到5.76Mb/s,HSUPA还可以使小区上行的吞吐量比R99的WCDMA多出20-50%。

(5)R7之后的演进

从WCDMA R7开始,HSPA技术进一步演进到HSPA+,引入了更高阶的调制方式和MIMO。同时,基于OFDM和MIMO的LTE技术也逐渐完成了标准化。

LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进,LTE是3G与4G技术之间的一个过渡,它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO技术。在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能,提高小区容量和降低系统延迟。

HSPA+技术的宗旨是要保持和UMTS第6版本(R6)的后向兼容性,同时在5MHz带宽下要达到和LTE相仿的性能。这样,希望在近期内以较小的代价改进系统、提高系统性能的HSPA运营商就可以采用HSPA+技术进行演进。

HSPA+系统的峰值速率可由原来的14Mbps提高到25Mbps。另外,通过对HSPA+进一步改进,可以将系统峰值速率提高到42Mbps左右。


4. WCDMA关键技术

(1)信道编码

信道编解码主要是降低信号传播功率和解决信号在无线传播环境中不可避免的衰落问题。编解码技术结合交织技术的使用可以提高误码率性能,与无编码情况相比,传统的卷积码可以将误码率提高两个数量级达到10-3~10-4,而Turbo码可以将误码率进一步提高到10-6。

信道编码方案已不仅仅是纠错的选择、编译码算法和交织算法的问题。它还涉及与高层消息的通信,从高层获得业务质量指示、业务复用方式等信息,以实现不同业务中不同编码和复用方案,以最高的效率提供多种业务的组合。为了适应多种速率的传输,信道编码方案中还增加了速率适配功能,WCDMA给出了一种速率适配算法,目的是把业务速率适配为标准速率集中的一种速率。

(2)功率控制

功率控制是WCDMA系统的关键技术之一。由于远近效应和自干扰问题,功率控制是否有效直接决定了WCDMA系统是否可用,并且很大程度上决定了WCDMA系统性能的优劣,对于系统容量、覆盖、业务的QoS(系统服务质量)都有重要影响。功率控制目的是在保证用户要求的QoS的前提下最大程度降低发射功率,减少系统干扰从而增加系统容量。

功率控制主要包括开环功率控制和闭环功率控制。

(3)切换

当终端从一个基站的覆盖范围移动到另一个基站的覆盖范围时,需要通过切换技术保持终端与移动网的通信。切换包括软切换/更软切换和硬切换。


5. HSDPA关键技术

(1)AMC(自适应调制和编码)

AMC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式。网络根据用户瞬时信道质量和目前资源状况选择最合适的下行链路调制和编码方式,使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时(如靠近NodeB或存在视距链路),用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式(如16QAM和3/4编码速率),从而得到高的峰值速率;而当用户处于不利的通信地点时(如位于小区边缘或者信道深衰落),网络则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案(如QPSK和1/4编码速率),来保证通信质量。

(2)HARQ (混合自动重传请求)

HARQ是指接收方在解码失败的情况下,保存接收到的数据,并要求发送方重传数据,接收方将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行组合。由于混合自动重传机制是在NodeB中执行的,因此重传请求操作可以非常迅速。混合自动重传技术可以提高系统性能,并可灵活地调整有效码元速率,还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。

HARQ有两种运行方式:⑴ 跟踪(Chase)或软合并(Soft Combining)方式-即数据在重传时,与初次发射时的数据相同;⑵ 递增冗余(Incremental Redundancy)方式-即重传时的数据与前次发射的数据有所不同。

HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA先通过AMC提供粗略的数据速率选择方案,然后再使用HARQ技术来提供精确的速率调解,从而提高自适应调节的精度和提高资源利用率。

(3)快速调度

调度算法控制着共享资源的分配,在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时应主要基于信道条件,同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况,并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据,这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量,但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。因此,在短期内以信道条件为主,而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化,将调度功能单元放在NodeB而不是RNC,同时也将TTI缩短到2ms。

Copyright © 1999-2014 中国联通 All Rights Reserved 京ICP备11000964号-3
维护单位:中国联通电子商务部 网站技术支撑电话:400-6610-011(转3)