1、在移动通信领域,目前为人们所广泛关注的热点技术即是第三代移动通信技术(3G)。与第二代移动通信系统相比,第三代移动通信技术最大的优势是能够向用户提供移动宽带数据接入,从而能向用户提供宽带多媒体业务。除了 3G 以外,从 2G 向 3G 演进的 2.5G、2.75G 移动通信技术也能向用户提供一定的宽带接入能力。由此,作者也把包括 2.5G、2.75G 、3G 在内的能向用户提供一定宽带接入能力的蜂窝移动通信技术,归于宽带无线接入技术进行介绍。本文主要介绍了包括 wcdma 系列和 cdma2000 系列的包括 2.5G/2.75G/3G 在内的蜂窝移动宽带无线接入技术,如 gprs/edge/
2、wcdma、cdma2000 1x/1x EV-DO/1x EV-DV 等。 蜂窝移动通信技术发展概述 蜂窝移动通信技术从发展到现在主要经历了三个阶段,即第一代、第二代和第三代蜂窝移动通信技术。第一代蜂窝移动通信技术是模拟蜂窝移动通信技术,以美国贝尔实验室开发的先进移动电话系统 AMPS 为典型代表。第一代蜂窝移动通信技术由于采用模拟技术和 FDMA多址接入方式,在使用中暴露出很多弊端,如频谱利用率比较低、保密性差、只能提供低速语音业务、设备体积大成本高等,在实际中已经基本不再使用。 第二代移动通信技术是数字移动通信系统,采用数字调制技术,具有频谱利用率高,保密性好的特点,不仅可以支持话音业务
3、,也可以支持低速数据业务,因而又称为窄带数字通信系统。第二代数字移动通信系统典型代表有美国的 DAMPS 系统、IS-95 系统和欧洲 GSM 系统,其中 DAMPS 和 GSM 都采用 TDMA 多址接入方式,而 IS-95 采用则采用 CDMA 多址接入方式,系统容量比 GSM 和 DAMPS 要大的多。第二代数字移动通信技术是目前广泛应用的蜂窝移动通信技术,但由于只能提供窄带业务,已经不能满足人们越来越多的对于移动宽带多媒体业务的需求。 第三代移动通信系统是宽带数字通信系统,它的目标是提供移动宽带多媒体通信,多址方式基本都采用 CDMA 多址接入,属于宽带 CDMA 移动通信技术。第三代
4、移动通信系统能提供多种类型的高质量多媒体业务,能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力并与固定网络相兼容。它可以实现小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。第三代移动通信技术的标准化工作由 3GPP 和 3GPP2 两个标准化组织来推动和实施。目前,在世界范围内应用最为广泛的第三代移动通信系统体制为 WCDMA 和 CDMA2000。下面将对这两种体制的第三代移动通信技术以及相应的二代半过渡性技术进行介绍。 WCDMA 体制移动宽带无线接入技术 1.GPRS 技术: GPRS 技术是从第二代移动通信 GSM 技术向 3G 移动通信技术 WCDMA 发展演进的一种过渡技术,也即属于所谓
5、的 2.5G 移动通信技术。GPRS 全称为通用分组无线业务 (General Packet Radio Service),是一种新的分组数据承载业务。相对原来 GSM 的拨号方式的电路交换数据传送方式,GPRS 是分组交换技术,它以一种有效的方式采用分组交换模式来传送数据和信令。 如图 1 中所示,GPRS 是在 GSM 网络基础上,对原有 GSM 网络子系统和无线子系统的设备及功能进行增强而成。在网络子系统中增加了 GGSN(网关 GPRS 支持节点)和 SGSN(服务GPRS 支持节点)。这样,在 GPRS 网络子系统中,GGSN 和 SGSN 一起构成了分组交换域,可与外部分组交换网络
6、如 X.25 网络、IP 网络直接相连; 而原有的 MSC 和 GMSC 则构成了电路交换域,与 PSTN 网络相连。此外,GPRS 还用用户数据和路由信息将 GSM 网络中的 HLR增强为 GPRS 的数据库(GR)。在无线子系统中,GPRS 增强了 BSC 的功能,增加了 GSM 业务信道和控制信道的种类,以支持 GPRS 的多种数据业务。 GPRS 频道采用 TDMA,一个 TDMA 帧划分 8 个时隙,每个时隙对应一个物理信道。在 GPRS中,每个物理信道可以由多个用户共享,并可根据语音和数据的业务要求动态分配。GPRS 还采用了更好物理信道编码方案,当使用 8 个时隙时,每个用户的最
7、高接入速率可达164kbps。GPRS 支持 IP,X.25 等数据通信协议,可提供移动台与移动台之间 ,移动台与外部分组交换网络之间的数据通信。 GPRS 可优化利用网络和无线资源,维护无线子系统和网络子系统的严格分离,并允许采用其他非 GSM 标准的无线子系统接入 GPRS 网络子系统,这有利于 GPRS 网络的升级,便于向3G 演进。GPRS 的缺点是其可提供的接入速率有限 ,可提供的多媒体业务相当有限。 2.EDGE 技术: EDGE 是一种基于 GSM/GPRS 网络的数据增强型技术,其英文全称为 Enhanced Data Rate for GSM Evolution,中文含义为“
8、增强数据速率的 GSM 演进技术 ”。EDGE 相比 GPRS 最大的变化是在数据传输时采用 8PSK 调制替代原先 GSM/GPRS 中的 GMSK 调制( 高斯最小频移键控,为 2PSK 调制),再结合不同纠错检错能力的信道编码方案,EDGE 共提供 9 种不同的调制编码方案(MCS),而 GPRS 采用单一 GMSK 调制,仅提供四种编码方案(CS)。这样 EDGE 可以适应更恶劣更复杂多变的无线传播环境。此外,EDGE 在链路层数据发送和重传机制上 ,采用了“链路适配” 和“ 增量冗余 ”技术,提高了数据重发成功率。链路适配技术可在不同 MCS之间根据实时的无线链路质量及时调整采用最佳
9、 MCS 方案 ;增量冗余技术在重发信息种加入更多的冗余信息来提高接收端正确解调的概率。综合以上各项技术, EDGE 技术理论数据传输速率可高达 384Kbps473.6Kbps,与 GPRS 相比大大提高了用户数据接入速率,因为也被称之为 2.75G 技术。目前, 北美和亚洲少数运营商已经开通了基于 EDGE 的服务,但由于运营时间尚短,其成熟性和可靠性还有待进一步观察。 3.WCDMA 技术: WCDMA 属于 3G 移动通信技术,目前有 R99、R4、R5 以及 R6 共 4 个版本。 R99 版本接入部分主要定义了全新的 5MHz 每载频的宽带码分多址无线接入网,采纳了功率控制、软切换
10、及更软切换等 CDMA 关键技术,提高了频谱效率和数据传送能力。基站只做基带处理和扩频,接入系统智能集中于 RNC 统一管理,引入了适于分组数据传输的协议和机制,数据速率可支持 144Kbps 、384Kbps ,最高可达 2Mbps 。基站和 RNC 之间采用基于ATM 的 Iub 接口,而 RNC 则分别通过基于 ATM AAL2 的 Iu-CS 和 AAL5 的 Iu-PS 分别与核心网的 CS 域和 PS 域相连。 R99 版本核心网部分向下兼容 GPRS,分为 CS 电路交换域和 PS 分组交换域,CS 域和 PS 域分别基于演进的 MSC/GMSC 和 SGSN/GGSN,CS 域
11、主要负责与电路型业务相关的呼叫控制和移动性管理等功能,呼叫控制采用 TUP,ISUP 等标准 ISDN 信令,移动性管理上采用了进一步演进的 MAP 协议,物理实体与 GSM 类似包括了 MSC,GMSC,VLR。PS 域主要负责与分组型业务相关的会话控制和移动性管理等功能,在原有的 GPRS 系统基础上对一些接口协议,工作流和和业务功能作部分改动,相对于 GPRS,增加了服务级别的概念,分组域的业务质量保证能力提高,带宽增加;语音编解码器在核心网实现 ,支持系统间切换(GSM/UMTS),增强了安全和计费功能。 R4 版本相对于 R99,无线接入网网络结构没有改变,改变的只是一些接口协议的特
12、性和功能的增强;但在核心网 CS 域改变较大。 R4 核心网 CS 域采用开放式结构 ,控制与底层承载相分离,由 MSC 服务器和 MGW 媒体网关配合,替代原有的节点式 MSC 交换机实现呼叫接续和控制功能,整个 CS 核心网由 TDM 中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系结构。同时,CS 核心网采用 ATM/IP 分组交换网替代原来的 TDM 电路交换,提高了带宽利用效率。R4 版本在无线宽带接入速率方面与 R99 基本相同。 R5 版本在无线接入网方面引入了 IP UTRAN 和 HSDPA 高速下行分组接入。IP UTRAN 在无线接入网部分采用 IP 来承载用户信令和用户数据;HSDPA(高速下行分组接入)用于实现WCDMA 网络高速下行数据业务,下行数据接入速率理论上可高达 14.4 Mbps,同时可以把同样无线频段中的系统数据容量提高一倍以上。HSDPA 能达到这样高的接入速率,在于其引入了先进技术以及相应的无线接入网结构的一些改进,如引入了高速下行共享信道 HS-DSCH
