蜂窩移動寬帶無線接入技術(shù)

1、蜂窩挪動寬帶無線接入技術(shù)在挪動通信領(lǐng)域,目前為人們所廣泛關(guān)注的熱點技術(shù)即是第三代挪動通信技術(shù)(3g)。與第二代挪動通信系統(tǒng)相比,第三代挪動通信技術(shù)最大的優(yōu)勢是可以向用戶提供挪動寬帶數(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演進的2.5g、2.75g挪動通信技術(shù)也能向用戶提供一定的寬帶接入才能。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才能的蜂窩挪動通信技術(shù),歸于寬帶無線接入技術(shù)進展介紹。本文主要介紹了包括da系列和da2000系列的包括2.5g/2.75g/3g在內(nèi)的蜂窩挪動寬帶無線接入技術(shù),如gprs/edge/da、da20001x

2、/1xev-d/1xev-dv等。蜂窩挪動通信技術(shù)開展概述蜂窩挪動通信技術(shù)從開展到如今主要經(jīng)歷了三個階段,即第一代、第二代和第三代蜂窩挪動通信技術(shù)。第一代蜂窩挪動通信技術(shù)是模擬蜂窩挪動通信技術(shù),以美國貝爾實驗室開發(fā)的先進挪動 系統(tǒng)aps為典型代表。第一代蜂窩挪動通信技術(shù)由于采用模擬技術(shù)和fda多址接入方式,在使用中暴露出很多弊端,如頻譜利用率比擬低、保密性差、只能提供低速語音業(yè)務(wù)、設(shè)備體積大本錢高等,在實際中已經(jīng)根本不再使用。第二代挪動通信技術(shù)是數(shù)字挪動通信系統(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,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),因此又稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代

3、數(shù)字挪動通信系統(tǒng)典型代表有美國的daps系統(tǒng)、is-95系統(tǒng)和歐洲gs系統(tǒng),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,系統(tǒng)容量比gs和daps要大的多。第二代數(shù)字挪動通信技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用的蜂窩挪動通信技術(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挪動寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求。第三代挪動通信系統(tǒng)是寬帶數(shù)字通信系統(tǒng),它的目的是提供挪動寬帶多媒體通信,多址方式根本都采用da多址接入,屬于寬帶da挪動通信技術(shù)。第三代挪動通信系統(tǒng)能提供多種類型的高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù),能實現(xiàn)全球無縫覆蓋,具有全球遨游才能并與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容。它可以實現(xiàn)小型便攜式終端在任何

4、時候、任何地點進展任何種類的通信。第三代挪動通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作由3gpp和3gpp2兩個標(biāo)準(zhǔn)化組織來推動和施行。目前,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的第三代挪動通信系統(tǒng)體制為da和da2000。下面將對這兩種體制的第三代挪動通信技術(shù)以及相應(yīng)的二代半過渡性技術(shù)進展介紹。da體制挪動寬帶無線接入技術(shù)1.gprs技術(shù):gprs技術(shù)是從第二代挪動通信gs技術(shù)向3g挪動通信技術(shù)da開展演進的一種過渡技術(shù),也即屬于所謂的2.5g挪動通信技術(shù)。gprs全稱為通用分組無線業(yè)務(wù)(generalpaketradiservie),是一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。相對原來gs的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式,gprs是分組交

5、換技術(shù),它以一種有效的方式采用分組交換形式來傳送數(shù)據(jù)和信令。如圖1中所示,gprs是在gs網(wǎng)絡(luò)根底上,對原有g(shù)s網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和無線子系統(tǒng)的設(shè)備及功能進展增強而成。在網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中增加了ggsn(網(wǎng)關(guān)gprs支持節(jié)點)和sgsn(效勞gprs支持節(jié)點)。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,可與外局部組交換網(wǎng)絡(luò)如x.25網(wǎng)絡(luò)、ip網(wǎng)絡(luò)直接相連;而原有的s和gs那么構(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gs網(wǎng)絡(luò)中的hlr增強為gprs的數(shù)據(jù)庫(gr)。在無線子系統(tǒng)中,gprs增強了bs的功能,增加了gs業(yè)務(wù)信道和控制信道的種類,以支

6、持gprs的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。gprs頻道采用tda,一個tda幀劃分8個時隙,每個時隙對應(yīng)一個物理信道。在gprs中,每個物理信道可以由多個用戶共享,并可根據(jù)語音和數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)要求動態(tài)分配。gprs還采用了更好物理信道編碼方案,當(dāng)使用8個時隙時,每個用戶的最高接入速率可達164kbps。gprs支持ip,x.25等數(shù)據(jù)通信協(xié)議,可提供挪動臺與挪動臺之間,挪動臺與外局部組交換網(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,維護無線子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的嚴(yán)格別離,并允許采用其他非gs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)的晉級,便于向3g演進。gprs的缺點是其可提供的接入速

7、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gs/gprs網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增強型技術(shù),其英文全稱為enhaneddataratefrgsevlutin,中文含義為“增強數(shù)據(jù)速率的gs演進技術(shù)。edge相比gprs最大的變化是在數(shù)據(jù)傳輸時采用8psk調(diào)制替代原先gs/gprs中的gsk調(diào)制(高斯最小頻移鍵控,為2psk調(diào)制),再結(jié)合不同糾錯檢錯才能的信道編碼方案,edge共提供9種不同的調(diào)制編碼方案(s),而gprs采用單一gsk調(diào)制,僅提供四種編碼方案(s)。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)送和重傳機制上,采用了“鏈路適配和

8、“增量冗余技術(shù),進步了數(shù)據(jù)重發(fā)成功率。鏈路適配技術(shù)可在不同s之間根據(jù)實時的無線鏈路質(zhì)量及時調(diào)整采用最正確s方案;增量冗余技術(shù)在重發(fā)信息種參加更多的冗余信息來進步接收端正確解調(diào)的概率。綜合以上各項技術(shù),edge技術(shù)理論數(shù)據(jù)傳輸速率可高達384kbps473.6kbps,與gprs相比大大進步了用戶數(shù)據(jù)接入速率,因為也被稱之為2.75g技術(shù)。目前,北美和亞洲少數(shù)運營商已經(jīng)開通了基于edge的效勞,但由于運營時間尚短,其成熟性和可靠性還有待進一步觀察。3.da技術(shù):da屬于3g挪動通信技術(shù),目前有r99、r4、r5以及r6共4個版本。r99版本接入局部主要定義了全新的5hz每載頻的寬帶碼分多址無線接

9、入網(wǎng),采納了功率控制、軟切換及更軟切換等da關(guān)鍵技術(shù),進步了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳送才能?；局蛔龌鶐幚砗蛿U頻,接入系統(tǒng)智能集中于rn統(tǒng)一管理,引入了適于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和機制,數(shù)據(jù)速率可支持144kbps、384kbps,最高可達2bps?；竞蛂n之間采用基于at的iub接口,而rn那么分別通過基于ataal2的iu-s和aal5的iu-ps分別與核心網(wǎng)的s域和ps域相連。r99版本核心網(wǎng)局部向下兼容gprs,分為s電路交換域和ps分組交換域,s域和ps域分別基于演進的s/gs和sgsn/ggsn,s域主要負(fù)責(zé)與電路型業(yè)務(wù)相關(guān)的呼叫控制和挪動性管理等功能,呼叫控制采用tup,isup等標(biāo)準(zhǔn)i

10、sdn信令,挪動性管理上采用了進一步演進的ap協(xié)議,物理實體與gs類似包括了s,gs,vlr。ps域主要負(fù)責(zé)與分組型業(yè)務(wù)相關(guān)的會話控制和挪動性管理等功能,在原有的gprs系統(tǒng)根底上對一些接口協(xié)議,工作流和和業(yè)務(wù)功能作局部改動,相對于gprs,增加了效勞級別的概念,分組域的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證才能進步,帶寬增加;語音編解碼器在核心網(wǎng)實現(xiàn),支持系統(tǒng)間切換(gs/uts),增強了平安和計費功能。r4版本相對于r99,無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造沒有改變,改變的只是一些接口協(xié)議的特性和功能的增強;但在核心網(wǎng)s域改變較大。r4核心網(wǎng)s域采用開放式構(gòu)造,控制與底層承載相別離,由s效勞器和g媒體網(wǎng)關(guān)配合,替代原有的節(jié)點式s交

11、換機實現(xiàn)呼叫接續(xù)和控制功能,整個s核心網(wǎng)由td中心節(jié)點交換型演進為典型的分組話音分布式體系構(gòu)造。同時,s核心網(wǎng)采用at/ip分組交換網(wǎng)替代原來的td電路交換,進步了帶寬利用效率。r4版本在無線寬帶接入速率方面與r99根本一樣。r5版本在無線接入網(wǎng)方面引入了iputran和hsdpa高速下行分組接入。iputran在無線接入網(wǎng)局部采用ip來承載用戶信令和用戶數(shù)據(jù);hsdpa(高速下行分組接入)用于實現(xiàn)da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14.4bps,同時可以把同樣無線頻段中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量進步一倍以上。hsdpa能到達這樣高的接入速率,在于其引入了先進技術(shù)以及相應(yīng)的無線接入網(wǎng)構(gòu)

12、造的一些改良,如引入了高速下行共享信道hs-dsh,采用縮短的子幀和高階qa調(diào)制、采用自適應(yīng)調(diào)制編碼a和物理層混合自動重傳harqii/iii,直接在ndeb中進展快速包調(diào)度等。r5版本在核心網(wǎng)方面增加了ip多媒體子系統(tǒng)(is),但is域還無法完全取代r4分組化的s域,r5只是r4的補充和滿足ip多媒體業(yè)務(wù)的需求的一個版本。r6版本中引入了hsupa高速上行分組接入以及bs多媒體播送和組播業(yè)務(wù)。與hsdpa相類似,hsupa采用自適應(yīng)調(diào)制編碼a、混合自動重傳harq以及更加靈敏的ndeb快速調(diào)度等技術(shù),理論上可為用戶提供5.8bps的上行數(shù)據(jù)接入。bs可在無線接入網(wǎng)中實現(xiàn)點到多點的高速多媒體業(yè)

13、務(wù)播送和組播,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享,進步了網(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。da2000體制挪動寬帶無線接入技術(shù)1.da20001x:da20001x是由is-95a/b演化而來的,它是da2000第三代挪動通信系統(tǒng)的第一個階段,可以看作是2.5g技術(shù)。da20001x在is-95a/b的根底上,對無線接入網(wǎng)絡(luò)局部進展了改良,采用比is295a/b更先進的技術(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。da20001x的話音容量大約是is-95a/b的1.52倍,可以在1.25hz的帶寬上提供高達153.6kbi

14、t/s的雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)局部那么原來的電路交換網(wǎng)根底上,增加了一個分組交換網(wǎng)絡(luò),支持挪動ip業(yè)務(wù),支持qs,能適應(yīng)更多、更復(fù)雜的多媒體業(yè)務(wù)。根據(jù)it-2000原定方案,da2000系統(tǒng)將從1x起步,即首先使用單載波系統(tǒng)來保證與第二代挪動通信系統(tǒng)的兼容。隨著技術(shù)的開展,通過把三個或三個以上的載波捆綁在一起的方式,進一步進步性能。但之后,多個載波的方式?jīng)]有成為主要的研究方向。而是在單個載波的根底上,提出了一系列新的技術(shù),來增強da2000的性能。這些新的技術(shù)被叫做1xev技術(shù),即1x技術(shù)的演進。這些1xev技術(shù)主要包括1xev-d和1xev-dv。2.da20001xev-d:1xev-d采用

15、將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和和語音業(yè)務(wù)別離的思想,在獨立于da20001x的載波上向挪動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)。1xev-d針對高速分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c,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)度以及時分調(diào)度等多項技術(shù),前向鏈路速率可達2.46bps;而對于反向鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸,和da20001x根本一樣。1xev-d與1x不完全兼容,1xev-d單模終端不能在da20001x網(wǎng)絡(luò)中通信,同樣da20001x單模終端也不能在1xev-d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,1xev-d可以單獨組網(wǎng),此時的核心網(wǎng)

16、配置可采用基于ip的、較為簡單的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造;對于同時需要語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶,可以與da20001x結(jié)合組網(wǎng),同時提供語音與高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),不過這時用戶終端需要采用同時支持1xev-d與da20001x的雙模終端。1xev-d保持了與da20001x在設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造上的兼容性。在無線射頻局部,1xev-d具有與da20001x一樣的射頻特性及實現(xiàn)方式,晉級時可以直接使用已有的da20001x射頻局部;在核心網(wǎng)局部,1xev-d也可以與da20001x共用一樣的分組數(shù)據(jù)核心網(wǎng)。目前國際上,1xev-d已經(jīng)商用,技術(shù)較為成熟。3.da20001xev-dv:與1xev-d只提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同,1

17、xev-dv的設(shè)計目的要求能提供混合高速數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)。1xev-dv可完全后向兼容da20001x,便于從1x網(wǎng)絡(luò)晉級,其空中接口標(biāo)準(zhǔn)分兩個版本:rel.和rel.d。rev.主要改良和增強了da20001x的前向鏈路,前向峰值速率到達3.1bps,rev.d那么改良和增強了反向鏈路,反向峰值速率到達1.8bps,而在rev.中反向峰值速率僅為230.4kb/s。但rev.和rev.d版本中對話音容量都沒有很大的改善。rel.結(jié)合諸多新技術(shù)如自適應(yīng)調(diào)頻編碼(a)、混合自動重發(fā)懇求(harq)、使用td/d混合的新高速分組數(shù)據(jù)信道(f-pdh);可支持多種業(yè)務(wù)組合;后向兼容da20001x,不必采用雙模終端,可由1x系統(tǒng)平滑演進到1x