蜂窝移动宽带无线接入技术

1、蜂窝挪动宽带无线接入技术在挪动通信领域,目前为人们所广泛关注的热点技术即是第三代挪动通信技术(3g)。与第二代挪动通信系统相比,第三代挪动通信技术最大的优势是可以向用户提供挪动宽带数据接入,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挪动通信技术也能向用户提供一定的宽带接入才能。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才能的蜂窝挪动通信技术,归于宽带无线接入技术进展介绍。本文主要介绍了包括da系列和da2000系列的包括2.5g/2.75g/3g在内的蜂窝挪动宽带无线接入技术,如gprs/edge/da、da20001x

2、/1xev-d/1xev-dv等。蜂窝挪动通信技术开展概述蜂窝挪动通信技术从开展到如今主要经历了三个阶段,即第一代、第二代和第三代蜂窝挪动通信技术。第一代蜂窝挪动通信技术是模拟蜂窝挪动通信技术,以美国贝尔实验室开发的先进挪动 系统aps为典型代表。第一代蜂窝挪动通信技术由于采用模拟技术和fda多址接入方式,在使用中暴露出很多弊端,如频谱利用率比拟低、保密性差、只能提供低速语音业务、设备体积大本钱高等,在实际中已经根本不再使用。第二代挪动通信技术是数字挪动通信系统,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,也可以支持低速数据业务,因此又称为窄带数字通信系统。第二代

3、数字挪动通信系统典型代表有美国的daps系统、is-95系统和欧洲gs系统,其中daps和gs都采用tda多址接入方式,而is-95采用那么采用da多址接入方式,系统容量比gs和daps要大的多。第二代数字挪动通信技术是目前广泛应用的蜂窝挪动通信技术,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挪动宽带多媒体业务的需求。第三代挪动通信系统是宽带数字通信系统,它的目的是提供挪动宽带多媒体通信,多址方式根本都采用da多址接入,属于宽带da挪动通信技术。第三代挪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,具有全球遨游才能并与固定网络相兼容。它可以实现小型便携式终端在任何

4、时候、任何地点进展任何种类的通信。第三代挪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施行。目前,在世界范围内应用最为广泛的第三代挪动通信系统体制为da和da2000。下面将对这两种体制的第三代挪动通信技术以及相应的二代半过渡性技术进展介绍。da体制挪动宽带无线接入技术1.gprs技术:gprs技术是从第二代挪动通信gs技术向3g挪动通信技术da开展演进的一种过渡技术,也即属于所谓的2.5g挪动通信技术。gprs全称为通用分组无线业务(generalpaketradiservie),是一种新的分组数据承载业务。相对原来gs的拨号方式的电路交换数据传送方式,gprs是分组交

5、换技术,它以一种有效的方式采用分组交换形式来传送数据和信令。如图1中所示,gprs是在gs网络根底上,对原有gs网络子系统和无线子系统的设备及功能进展增强而成。在网络子系统中增加了ggsn(网关gprs支持节点)和sgsn(效劳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,可与外局部组交换网络如x.25网络、ip网络直接相连;而原有的s和gs那么构成了电路交换域,与pstn网络相连。此外,gprs还用用户数据和路由信息将gs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bs的功能,增加了gs业务信道和控制信道的种类,以支

6、持gprs的多种数据业务。gprs频道采用tda,一个tda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,每个用户的最高接入速率可达164kbps。gprs支持ip,x.25等数据通信协议,可提供挪动台与挪动台之间,挪动台与外局部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别离,并允许采用其他非gs标准的无线子系统接入gprs网络子系统,这有利于gprs网络的晋级,便于向3g演进。gprs的缺点是其可提供的接入速

7、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gs/gprs网络的数据增强型技术,其英文全称为enhaneddataratefrgsevlutin,中文含义为“增强数据速率的gs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gs/gprs中的gsk调制(高斯最小频移键控,为2psk调制),再结合不同纠错检错才能的信道编码方案,edge共提供9种不同的调制编码方案(s),而gprs采用单一gsk调制,仅提供四种编码方案(s)。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

8、“增量冗余技术,进步了数据重发成功率。链路适配技术可在不同s之间根据实时的无线链路质量及时调整采用最正确s方案;增量冗余技术在重发信息种参加更多的冗余信息来进步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相比大大进步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的效劳,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.da技术:da属于3g挪动通信技术,目前有r99、r4、r5以及r6共4个版本。r99版本接入局部主要定义了全新的5hz每载频的宽带码分多址无线接

9、入网,采纳了功率控制、软切换及更软切换等da关键技术,进步了频谱效率和数据传送才能。基站只做基带处理和扩频,接入系统智能集中于rn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2bps。基站和rn之间采用基于at的iub接口,而rn那么分别通过基于ataal2的iu-s和aal5的iu-ps分别与核心网的s域和ps域相连。r99版本核心网局部向下兼容gprs,分为s电路交换域和ps分组交换域,s域和ps域分别基于演进的s/gs和sgsn/ggsn,s域主要负责与电路型业务相关的呼叫控制和挪动性管理等功能,呼叫控制采用tup,isup等标准i

10、sdn信令,挪动性管理上采用了进一步演进的ap协议,物理实体与gs类似包括了s,gs,vlr。ps域主要负责与分组型业务相关的会话控制和挪动性管理等功能,在原有的gprs系统根底上对一些接口协议,工作流和和业务功能作局部改动,相对于gprs,增加了效劳级别的概念,分组域的业务质量保证才能进步,带宽增加;语音编解码器在核心网实现,支持系统间切换(gs/uts),增强了平安和计费功能。r4版本相对于r99,无线接入网网络构造没有改变,改变的只是一些接口协议的特性和功能的增强;但在核心网s域改变较大。r4核心网s域采用开放式构造,控制与底层承载相别离,由s效劳器和g媒体网关配合,替代原有的节点式s交

11、换机实现呼叫接续和控制功能,整个s核心网由td中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系构造。同时,s核心网采用at/ip分组交换网替代原来的td电路交换,进步了带宽利用效率。r4版本在无线宽带接入速率方面与r99根本一样。r5版本在无线接入网方面引入了iputran和hsdpa高速下行分组接入。iputran在无线接入网局部采用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da网络高速下行数据业务,下行数据接入速率理论上可高达14.4bps,同时可以把同样无线频段中的系统数据容量进步一倍以上。hsdpa能到达这样高的接入速率,在于其引入了先进技术以及相应的无线接入网构

12、造的一些改良,如引入了高速下行共享信道hs-dsh,采用缩短的子帧和高阶qa调制、采用自适应调制编码a和物理层混合自动重传harqii/iii,直接在ndeb中进展快速包调度等。r5版本在核心网方面增加了ip多媒体子系统(is),但is域还无法完全取代r4分组化的s域,r5只是r4的补充和满足ip多媒体业务的需求的一个版本。r6版本中引入了hsupa高速上行分组接入以及bs多媒体播送和组播业务。与hsdpa相类似,hsupa采用自适应调制编码a、混合自动重传harq以及更加灵敏的ndeb快速调度等技术,理论上可为用户提供5.8bps的上行数据接入。bs可在无线接入网中实现点到多点的高速多媒体业

13、务播送和组播,实现了网络资源的共享,进步了网络资源特别是无线资源的利用效率。目前r6版本还没完全确定,还在3gpp的讨论和不断演化之中。da2000体制挪动宽带无线接入技术1.da20001x:da20001x是由is-95a/b演化而来的,它是da2000第三代挪动通信系统的第一个阶段,可以看作是2.5g技术。da20001x在is-95a/b的根底上,对无线接入网络局部进展了改良,采用比is295a/b更先进的技术,在无线信道类型、物理信道调制和无线分组接口功能上都有很大的增强。da20001x的话音容量大约是is-95a/b的1.52倍,可以在1.25hz的带宽上提供高达153.6kbi

14、t/s的双向数据业务。核心网局部那么原来的电路交换网根底上,增加了一个分组交换网络,支持挪动ip业务,支持qs,能适应更多、更复杂的多媒体业务。根据it-2000原定方案,da2000系统将从1x起步,即首先使用单载波系统来保证与第二代挪动通信系统的兼容。随着技术的开展,通过把三个或三个以上的载波捆绑在一起的方式,进一步进步性能。但之后,多个载波的方式没有成为主要的研究方向。而是在单个载波的根底上,提出了一系列新的技术,来增强da2000的性能。这些新的技术被叫做1xev技术,即1x技术的演进。这些1xev技术主要包括1xev-d和1xev-dv。2.da20001xev-d:1xev-d采用

15、将数据业务和和语音业务别离的思想,在独立于da20001x的载波上向挪动终端提供高速无线数据业务,不支持话音业务。1xev-d针对高速分组数据传输的特点,在前向链路上采用了诸如前向最大功率发送、高阶调制、动态速率控制、自适应编码调制、harq、多用户分集和调度以及时分调度等多项技术,前向链路速率可达2.46bps;而对于反向链路上的数据传输,和da20001x根本一样。1xev-d与1x不完全兼容,1xev-d单模终端不能在da20001x网络中通信,同样da20001x单模终端也不能在1xev-d网络中通信。在组网方面,对于那些只需要分组数据业务的用户,1xev-d可以单独组网,此时的核心网

16、配置可采用基于ip的、较为简单的网络构造;对于同时需要语音、数据业务的用户,可以与da20001x结合组网,同时提供语音与高速分组数据业务,不过这时用户终端需要采用同时支持1xev-d与da20001x的双模终端。1xev-d保持了与da20001x在设计和网络构造上的兼容性。在无线射频局部,1xev-d具有与da20001x一样的射频特性及实现方式,晋级时可以直接使用已有的da20001x射频局部;在核心网局部,1xev-d也可以与da20001x共用一样的分组数据核心网。目前国际上,1xev-d已经商用,技术较为成熟。3.da20001xev-dv:与1xev-d只提供高速数据业务不同,1

17、xev-dv的设计目的要求能提供混合高速数据和话音业务。1xev-dv可完全后向兼容da20001x,便于从1x网络晋级,其空中接口标准分两个版本:rel.和rel.d。rev.主要改良和增强了da20001x的前向链路,前向峰值速率到达3.1bps,rev.d那么改良和增强了反向链路,反向峰值速率到达1.8bps,而在rev.中反向峰值速率仅为230.4kb/s。但rev.和rev.d版本中对话音容量都没有很大的改善。rel.结合诸多新技术如自适应调频编码(a)、混合自动重发恳求(harq)、使用td/d混合的新高速分组数据信道(f-pdh);可支持多种业务组合;后向兼容da20001x,不必采用双模终端,可由1x系统平滑演进到1x