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主流的蜂窝网标准和技术解析

发布时间:2015-11-27 09:00

 当人们讨论蜂窝技术时,经常将其划归为属于某一代。较早的几代技术主要设计用于语音流量,最近的一些蜂窝系统除了语音外也支持因特网接入。最近几代直接由前几代演化而来,因而通过对第一、第二代无线系统做简要来回顾。

 

    第一代(1G)系统是仅仅为语音设计的模拟FDMA系统。这些1G系统现在已基本消失,而被2G数字系统所取代。


    1.第二代(2G)

    第二代系统尽管是数字的,但也被设计用于语音通信。由于当前设计用于处理数据通信的2.5G和3G源于2G,因此简要介绍2G是重要的。2G蜂窝电话首先将模拟信号转换为数字信号,然后调制该信号并向空中发送出去。已广泛部署了多种2G标准和技术,其中包括:

   (1)全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication,GSM)。 在20世纪80年代,欧洲认识到需要一个泛欧洲的数字系统来取代其互相不兼容的1G系统,提供在不同国家之间的无缝移动性以及模拟系统所不具有的其他特征和功能。这一需求催生了有关蜂通信的GSM标准。欧洲在20世纪90年代早期十分成功地部署GSM技术。然后GSM扩展到了亚洲和北美,现在已成为应用最广泛的蜂窝通信标准。2G蜂窝系统的GSM扩展到了亚洲和北美,现在已成为应用最广泛的蜂窝通信标准。2G蜂窝系统的GSM标准为空中接口和使用了FDM/TDM组合。GSM系统由200kHz频段组成,每个频段支持8个TDM呼叫。GSM以13kbps和12.2kbps速率进行语音编码。

   (2)IS-95 CDMA。IS-95 CDMA使用码分多址。Qualcomm公司在20世纪80年代后期展示了CDMA用于蜂窝电话的生存能力,其后许多IS-95系统开始被部署,尤其是在北美和韩国。


    2.从第二代到第三代的过渡(2.5G)

    诸如IS-95和GSM等2G系统是为语音服务而优化的,并不是特别适合数据通信。在20世纪90年代,标准化组织认识到对同时适用于语音和数据通信(包括因特网接入)的3G蜂窝技术的需求。然后,由于广泛部署3G技术需要很长时间,一些公司开发了可以在现有2G基础设施上进行数据传输的中间协议和标准。这些系统被统称为"2.5G蜂窝系统"。它们包括:

   (1)通用分组无线服务(General Packet Radio Service, GPRS)。GPRS由GSM演化而来。对于数据服务,GSM有效地模拟了在用户设备和目的数据网络之间的调制解调器。此外,标准GSM仅支持最9.6kbps的数据率,这对除简单文字而言的任何数据而言都显得太代了。GPRS是一个提供更加高效、基于分组的数据服务的中间方案,它具有更高的数据率(通常是40~60kbps),在许多方面与家庭电话能被用于将家庭PC经拨号连接与因特网连接相同。因此,GSM使用电路交换用于标准语音和数据(将用户设备与因特网相连)。GPRS服务由底层的GSM网络提供。然而,与普通的GSM不同,移动GPRS站点可以按需要使用一个信道中的多个时隙。在GPRS中,留出许多时隙用于数据通信,并按照移动站点的即时请求进行动态分配。

   (2)支持全球演化的增强数据速率(Enhanced Data Rates for Global Evolution, EDGE)。EDGE的主要目的是增加GSM/GPRS网络的数据率,即更好地使用具有8个时隙TDMA帧的GSM 200kHz的信道。这主要通过一个更加有效的机制替代GSM的调制机制。在理论上,EDGE可以为用户数据能信提供384kbps的数据率。

   (3)CDMA 2000,Phase 1.这种2.5G技术是由IS-95演化而来的。它可以高达144.4kbps的速率提供分组数据服务,并为CDMA 2000,Phase 2的3G的部署奠定了基础。


   3.第三代(3G)

   3G蜂窝系统要求以比其相应的2G系统高得多的速度提供电话服务以及数据通信。特别是3G系统要求提供:

   (1)驾车行驶时速率达144kpbs。

   (2)室外静止或行走时速率达384kbps。

   (3)室内速度达2Mbps。

   在3G领域有两个主要(并且是相互竞争)的标准:

   (1)CDMA-2000。CDMA-2000由IS-95 2G系统演化而来,并向后兼容IS-95。从其名字可以推测,它同们也使用CDMA作为其空间接口的部分。CDMA-2000正在北美和亚洲部分地区部署。与CDMA-2000关联的数据服务称为1xEVDO(Evolution Data Optimized--演化数据优化,这可是最糟糕的首字母缩写词之一!),期望数据率达3Mbps量级。

   我们在前面的WiMAX标准中遇到的机会主义调度技术实际上是以前为EVDO和它的CDMA-2000-HDR(高数据率)前任而研发的。

   (2)通用移动电信(Universal Mobile Telecommunications Service, UMTS)。UMTS是GSM为支持3G能力进行的演化。UMTS网络体系结构借鉴了很多已经建立的GSM网络体系结构。然而,UMTS的无线电接入与GSM中使用的FDMA/TDMA方案有很大的不同。具体地说,UMTS使用一种称作直接序列宽带CDMA(DS-WCDMA)的CDMA技术(TDMA时隙的帧在多个频率上可用,这是一种我们前面指出的所有三种专门的信道共享方法的有趣使用)。由于UMTS源于GSM,帮欧洲正在广泛部署UMTS也没有什么值得惊奇的。与WCDMA规范相关的数据服务称为HSDPA/HSUPA(高速上行/下行分组接入),期望数据率达到14Mbps。与EVDO一样,HSDPA/HSUPA使用机会主义调度和其他一些先进技术。


    4.第四代(4G)

    既然我们已经分析了无线LAN技术和全部的蜂窝接入技术,那么我们退一步思考一下,作为用户,我们理想中的无线因特网接入将是怎么样的,下面列出了一些愿望:

    (1)我们希望无处不在的无线因特网接入。不论在家、办公室、车上,咖啡屋,还是在海滩上,我们希望都能够接入因特网。

   (2)接入因特网速率是所处物理和移动速度的函数,我们希望能够以最高可能的速率接入因特网。

   (3)当穿越异构环境漫游时,我们能够自动、透明地从一种接入技术切换到另一种接入技术,这仅仅取决于可用性,不需要任何用户的干预。

   (4)当然,在移动过程中,我们希望保持正在进行的TCP连接。更进一步,我们希望系统知道我们在何处,从而在移动时新的呼叫能够继续到达我们。

   (5)我们希望系统在IP上支持语音和实时视频。

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