無線寬帶接入技術(shù)論文(2)
無線寬帶接入技術(shù)論文篇二
蜂窩移動(dòng)寬帶無線接入技術(shù)
摘要：在移動(dòng)通信領(lǐng)域, 目前 為人們所廣泛關(guān)注的 熱點(diǎn)技術(shù)即是第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3G)。與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比,第三代移動(dòng)通信技術(shù)最大的優(yōu)勢是能夠向用戶提供移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入,從而能向用戶提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)。除了3G以外,從2G向3G演進(jìn)的2.5G、2.75G移動(dòng)通信技術(shù)也能向用戶提供一定的寬帶接入能力。由此,作者也把包括2.5G、2.75G、3G在內(nèi)的能向用戶提供一定寬帶接入能力的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),歸于寬帶無線接入技術(shù)進(jìn)行介紹。本文主要介紹了包括wcdma系列和cdma2000系列的包括2.5G/2.75G/3G在內(nèi)的,如gprs/edge/wcdma、cdma2000 1x/1x EV-DO/1x EV-DV等。
蜂窩移動(dòng)通信技術(shù) 發(fā)展 概述
蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)從發(fā)展到現(xiàn)在主要經(jīng)歷了三個(gè)階段,即第一代、第二代和第三代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。第一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)是模擬蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),以美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)AMPS為典型代表。第一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)由于采用模擬技術(shù)和FDMA多址接入方式,在使用中暴露出很多弊端,如頻譜利用率比較低、保密性差、只能提供低速語音業(yè)務(wù)、設(shè)備體積大成本高等,在實(shí)際中已經(jīng)基本不再使用。
第二代移動(dòng)通信技術(shù)是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng),采用數(shù)字調(diào)制技術(shù),具有頻譜利用率高,保密性好的特點(diǎn),不僅可以支持話音業(yè)務(wù),也可以支持低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),因而又稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)典型代表有美國的DAMPS系統(tǒng)、IS-95系統(tǒng)和歐洲GSM系統(tǒng),其中DAMPS和GSM都采用TDMA多址接入方式,而IS-95采用則采用CDMA多址接入方式,系統(tǒng)容量比GSM和DAMPS要大的多。第二代數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)是目前廣泛 應(yīng)用 的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),但由于只能提供窄帶業(yè)務(wù),已經(jīng)不能滿足人們越來越多的對于移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求。
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是寬帶數(shù)字通信系統(tǒng),它的目標(biāo)是提供移動(dòng)寬帶多媒體通信,多址方式基本都采用CDMA多址接入,屬于寬帶CDMA移動(dòng)通信技術(shù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供多種類型的高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù),能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋,具有全球漫游能力并與固定 網(wǎng)絡(luò) 相兼容。它可以實(shí)現(xiàn)小型便攜式終端在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)進(jìn)行任何種類的通信。第三代移動(dòng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 工作由3GPP和3GPP2兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化 組織來推動(dòng)和實(shí)施。目前,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)體制為WCDMA和CDMA2000。下面將對這兩種體制的第三代移動(dòng)通信技術(shù)以及相應(yīng)的二代半過渡性技術(shù)進(jìn)行介紹。
WCDMA體制移動(dòng)寬帶無線接入技術(shù)
1.GPRS技術(shù):
GPRS技術(shù)是從第二代移動(dòng)通信GSM技術(shù)向3G移動(dòng)通信技術(shù)WCDMA發(fā)展演進(jìn)的一種過渡技術(shù),也即屬于所謂的2.5G移動(dòng)通信技術(shù)。GPRS全稱為通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service),是一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式,GPRS是分組交換技術(shù),它以一種有效的方式采用分組交換模式來傳送數(shù)據(jù)和信令。
GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,對原有GSM網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和無線子系統(tǒng)的設(shè)備及功能進(jìn)行增強(qiáng)而成。在網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中增加了GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn))和SGSN(服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn))。這樣,在GPRS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中,GGSN和SGSN一起構(gòu)成了分組交換域,可與外部分組交換網(wǎng)絡(luò)如X.25網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)直接相連;而原有的MSC和GMSC則構(gòu)成了電路交換域,與PSTN網(wǎng)絡(luò)相連。此外,GPRS還用用戶數(shù)據(jù)和路由信息將GSM網(wǎng)絡(luò)中的HLR增強(qiáng)為GPRS的數(shù)據(jù)庫(GR)。在無線子系統(tǒng)中,GPRS增強(qiáng)了BSC的功能,增加了GSM業(yè)務(wù)信道和控制信道的種類,以支持GPRS的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
GPRS頻道采用TDMA,一個(gè)TDMA幀劃分8個(gè)時(shí)隙,每個(gè)時(shí)隙對應(yīng)一個(gè)物理信道。在GPRS中,每個(gè)物理信道可以由多個(gè)用戶共享,并可根據(jù)語音和數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)要求動(dòng)態(tài)分配。GPRS還采用了更好物理信道編碼方案,當(dāng)使用8個(gè)時(shí)隙時(shí),每個(gè)用戶的最高接入速率可達(dá)164kbps。GPRS支持IP,X.25等數(shù)據(jù)通信協(xié)議,可提供移動(dòng)臺與移動(dòng)臺之間,移動(dòng)臺與外部分組交換網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信。
GPRS可優(yōu)化利用網(wǎng)絡(luò)和無線資源,維護(hù)無線子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的嚴(yán)格分離,并允許采用其他非GSM標(biāo)準(zhǔn)的無線子系統(tǒng)接入GPRS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng),這有利于GPRS網(wǎng)絡(luò)的升級,便于向3G演進(jìn)。GPRS的缺點(diǎn)是其可提供的接入速率有限,可提供的多媒體業(yè)務(wù)相當(dāng)有限。
2.EDGE技術(shù):
EDGE是一種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)型技術(shù),其 英文 全稱為Enhanced Data Rate for GSM Evolution,中文含義為“增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的GSM演進(jìn)技術(shù)”。EDGE相比GPRS最大的變化是在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用8PSK調(diào)制替代原先GSM/GPRS中的GMSK調(diào)制(高斯最小頻移鍵控,為2PSK調(diào)制),再結(jié)合不同糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力的信道編碼方案,EDGE共提供9種不同的調(diào)制編碼方案(MCS),而GPRS采用單一GMSK調(diào)制,僅提供四種編碼方案(CS)。這樣EDGE可以適應(yīng)更惡劣更復(fù)雜多變的無線傳播 環(huán)境。此外,EDGE在鏈路層數(shù)據(jù)發(fā)送和重傳機(jī)制上,采用了“鏈路適配”和“增量冗余”技術(shù),提高了數(shù)據(jù)重發(fā)成功率。鏈路適配技術(shù)可在不同MCS之間根據(jù)實(shí)時(shí)的無線鏈路質(zhì)量及時(shí)調(diào)整采用最佳MCS方案;增量冗余技術(shù)在重發(fā)信息種加入更多的冗余信息來提高接收端正確解調(diào)的概率。綜合以上各項(xiàng)技術(shù), EDGE技術(shù) 理論 數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)384Kbps～473.6Kbps,與GPRS相比大大提高了用戶數(shù)據(jù)接入速率,因?yàn)橐脖环Q之為2.75G技術(shù)。目前,北美和亞洲少數(shù)運(yùn)營商已經(jīng)開通了基于EDGE的服務(wù),但由于運(yùn)營時(shí)間尚短,其成熟性和可靠性還有待進(jìn)一步觀察。
3.WCDMA技術(shù):
WCDMA屬于3G移動(dòng)通信技術(shù), 目前 有R99、R4、R5以及R6共4個(gè)版本。
R99版本接入部分主要定義了全新的5MHz每載頻的寬帶碼分多址無線接入網(wǎng),采納了功率控制、軟切換及更軟切換等CDMA關(guān)鍵技術(shù),提高了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳送能力?；局蛔龌鶐幚砗蛿U(kuò)頻,接入系統(tǒng)智能集中于RNC統(tǒng)一 管理,引入了適于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和機(jī)制,數(shù)據(jù)速率可支持144Kbps 、384Kbps ,最高可達(dá)2Mbps 。基站和RNC之間采用基于ATM的Iub接口,而RNC則分別通過基于ATM AAL2的Iu-CS和AAL5的Iu-PS分別與核心網(wǎng)的CS域和PS域相連。
R99版本核心網(wǎng)部分向下兼容GPRS,分為CS電路交換域和PS分組交換域,CS域和PS域分別基于演進(jìn)的MSC/GMSC和SGSN/GGSN,CS域主要負(fù)責(zé)與電路型業(yè)務(wù)相關(guān)的呼叫控制和移動(dòng)性管理等功能,呼叫控制采用TUP,ISUP等標(biāo)準(zhǔn)ISDN信令,移動(dòng)性管理上采用了進(jìn)一步演進(jìn)的MAP協(xié)議,物理實(shí)體與GSM類似包括了MSC,GMSC,VLR。PS域主要負(fù)責(zé)與分組型業(yè)務(wù)相關(guān)的會(huì)話控制和移動(dòng)性管理等功能,在原有的GPRS系統(tǒng)基礎(chǔ)上對一些接口協(xié)議, 工作流和和業(yè)務(wù)功能作部分改動(dòng),相對于GPRS,增加了服務(wù)級別的概念,分組域的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證能力提高,帶寬增加;語音編解碼器在核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn),支持系統(tǒng)間切換(GSM/UMTS),增強(qiáng)了安全和計(jì)費(fèi)功能。
R4版本相對于R99,無線接入網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)沒有改變,改變的只是一些接口協(xié)議的特性和功能的增強(qiáng);但在核心網(wǎng)CS域改變較大。R4核心網(wǎng)CS域采用開放式結(jié)構(gòu),控制與底層承載相分離,由MSC服務(wù)器和MGW媒體網(wǎng)關(guān)配合,替代原有的節(jié)點(diǎn)式MSC交換機(jī)實(shí)現(xiàn)呼叫接續(xù)和控制功能,整個(gè)CS核心網(wǎng)由TDM中心節(jié)點(diǎn)交換型演進(jìn)為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu)。同時(shí),CS核心網(wǎng)采用ATM/IP分組交換網(wǎng)替代原來的TDM電路交換,提高了帶寬利用效率。R4版本在無線寬帶接入速率方面與R99基本相同。
R5版本在無線接入網(wǎng)方面引入了IP UTRAN和HSDPA高速下行分組接入。IP UTRAN在無線接入網(wǎng)部分采用IP來承載用戶信令和用戶數(shù)據(jù);HSDPA(高速下行分組接入)用于實(shí)現(xiàn)WCDMA網(wǎng)絡(luò)高速下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),下行數(shù)據(jù)接入速率 理論 上可高達(dá)14.4 Mbps,同時(shí)可以把同樣無線頻段中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量提高一倍以上。HSDPA能達(dá)到這樣高的接入速率,在于其引入了先進(jìn)技術(shù)以及相應(yīng)的無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一些改進(jìn),如引入了高速下行共享信道HS-DSCH,采用縮短的子幀和高階QAM調(diào)制、采用自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC和物理層混合自動(dòng)重傳HARQ II/III,直接在NodeB中進(jìn)行快速包調(diào)度等。R5版本在核心網(wǎng)方面增加了IP多媒體子系統(tǒng)(IMS),但I(xiàn)MS域還無法完全取代R4分組化的CS域, R5只是R4的補(bǔ)充和滿足IP多媒體業(yè)務(wù)的需求的一個(gè)版本。
R6版本中引入了HSUPA高速上行分組接入以及MBMS多媒體廣播和組播業(yè)務(wù)。與HSDPA相類似,HSUPA采用自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC、混合自動(dòng)重傳HARQ以及更加靈活的NodeB快速調(diào)度等技術(shù),理論上可為用戶提供5.8Mbps的上行數(shù)據(jù)接入。MBMS可在無線接入網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的高速多媒體業(yè)務(wù)廣播和組播,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享,提高了網(wǎng)絡(luò)資源特別是無線資源的利用效率。目前R6版本還沒完全確定,還在3GPP的討論和不斷演化之中。
CDMA2000體制移動(dòng)寬帶無線接入技術(shù)
1.CDMA2000 1X:
cdma2000 1x是由IS-95A/B演化而來的,它是cdma2000第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的第一個(gè)階段,可以看作是2.5G技術(shù)。cdma2000 1x在IS-95A/B的基礎(chǔ)上,對無線接入網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行了改進(jìn),采用比IS295A/ B 更先進(jìn)的技術(shù),在無線信道類型、物理信道調(diào)制和無線分組接口功能上都有很大的增強(qiáng)。cdma2000 1x的話音容量大約是IS-95A/B的1.5～2倍,能夠在1.25 MHz的帶寬上提供高達(dá)153.6kbit/ s的雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)部分則原來的電路交換網(wǎng)基礎(chǔ)上, 增加了一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò),支持移動(dòng)IP業(yè)務(wù),支持QoS,能適應(yīng)更多、更復(fù)雜的多媒體業(yè)務(wù)。
根據(jù)IMT-2000原定 計(jì)劃,cdma2000系統(tǒng)將從1x起步,即首先使用單載波系統(tǒng)來保證與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的兼容。隨著技術(shù)的 發(fā)展 ,通過把三個(gè)或三個(gè)以上的載波捆綁在一起的方式,進(jìn)一步提高性能。但之后,多個(gè)載波的方式?jīng)]有成為主要的 研究 方向。而是在單個(gè)載波的基礎(chǔ)上,提出了一系列新的技術(shù),來增強(qiáng)cdma2000 的性能。這些新的技術(shù)被叫做1x EV技術(shù),即1x技術(shù)的演進(jìn)。這些1x EV技術(shù)主要包括1x EV-DO和1x EV-DV。
2.CDMA2000 1X EV-DO:
1x EV-DO采用將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和和語音業(yè)務(wù)分離的思想,在獨(dú)立于cdma2000 1x的載波上向移動(dòng)終端提供高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),不支持話音業(yè)務(wù)。1x EV-DO針對高速分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn),在前向鏈路上采用了諸如前向最大功率發(fā)送、高階調(diào)制、動(dòng)態(tài)速率控制、自適應(yīng)編碼調(diào)制、HARQ、多用戶分集和調(diào)度以及時(shí)分調(diào)度等多項(xiàng)技術(shù),前向鏈路速率可達(dá)2.46Mbps;而對于反向鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸,和cdma2000 1x基本相同。
1x EV-DO與1x不完全兼容,1x EV-DO單模終端不能在cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)中通信,同樣cdma2000 1x單模終端也不能在1x EV-DO網(wǎng)絡(luò)中通信。在組網(wǎng)方面,對于那些只需要分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶,1x EV-DO可以單獨(dú)組網(wǎng),此時(shí)的核心網(wǎng)配置可采用基于IP的、較為簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);對于同時(shí)需要語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶,可以與cdma2000 1x聯(lián)合組網(wǎng),同時(shí)提供語音與高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),不過這時(shí)用戶終端需要采用同時(shí)支持1x EV-DO與cdma2000 1x的雙模終端。
1x EV-DO保持了與cdma2000 1x在設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的兼容性。在無線射頻部分,1x EV-DO具有與cdma2000 1x相同的射頻特性及實(shí)現(xiàn)方式,升級時(shí)可以直接使用已有的cdma2000 1x射頻部分;在核心網(wǎng)部分,1x EV-DO也可以與cdma2000 1x共用相同的分組數(shù)據(jù)核心網(wǎng)。目前國際上,1x EV-DO已經(jīng)商用,技術(shù)較為成熟。
3.CDMA2000 1X EV-DV:
與1x EV-DO只提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同,1x EV-DV的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求能提供混合高速數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)。1x EV-DV可完全后向兼容cdma2000 1x,便于從1x網(wǎng)絡(luò)升級,其空中接口標(biāo)準(zhǔn)分兩個(gè)版本:Rel.C和Rel.D。Rev.C主要改進(jìn)和增強(qiáng)了CDMA2000 1X的前向鏈路,前向峰值速率達(dá)到3.1Mbps,Rev.D則改進(jìn)和增強(qiáng)了反向鏈路,反向峰值速率達(dá)到1.8Mbps,而在Rev.C中反向峰值速率僅為230.4kb/s。但Rev.C和Rev.D版本中對話音容量都沒有很大的改善。
Rel.C結(jié)合諸多新技術(shù)如自適應(yīng)調(diào)頻編碼(AMC)、混合自動(dòng)重發(fā)請求(HARQ)、使用TDM/CDM混合的新高速分組數(shù)據(jù)信道(F-PDCH);可支持多種業(yè)務(wù)組合;后向兼容cdma2000 1x,不必采用雙模終端,可由1X系統(tǒng)平滑演進(jìn)到1X EV-DV;能更有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。
Rev.D主要技術(shù)特點(diǎn)有:反向鏈路增強(qiáng),采用靈活的反向鏈路控制方式,通過改進(jìn)的快速調(diào)度控制和速率控制實(shí)現(xiàn)反向鏈路速率控制,有效的縮短了時(shí)延,改善了Qos;提供點(diǎn)到多點(diǎn)的廣播和組播業(yè)務(wù)(BCMC);快速呼叫建立;3G移動(dòng)設(shè)備標(biāo)識(M EiD)支持等。
相比于1x,1x EV-DV 可以提供更高的數(shù)據(jù)速率和更完善的QoS機(jī)制。目前,3GPP2 基本完成CDMA2000 1x EV-DV技術(shù)規(guī)范的制定工作,并已開始相關(guān)測試規(guī)范的討論和制定,一些廠家也已經(jīng)推出了1x EV-DV的系統(tǒng),但1x EV-DV技術(shù)還不成熟,目前還沒有實(shí)現(xiàn)商用。
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