蜂窝网络技术

计算机网络

- 线下讨论

名称：蜂窝网络的技术和应用

学院：计算机学院

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学号：实验日期：2015年5月8日

负责模块：第三代蜂窝网络技术（第五部分）

小组成员：

蜂窝网络历史

移动通信的发展历史可以追溯到19世纪。1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在；1900年马可尼等人利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功，从此世界进入了无线电通信的新时代。

现今我们每天用到的移动通信技术开始于20世纪20年代的初期。最初美国Purdue大学学生发明了工作频率为2MHz的无线电接收机，并很快在底特律的警察局的车载无线电系统中投入使用，这成为了世界上首个可以有效工作的移动通信系统；20世纪30年代初，第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用；20世纪30年代末，第一部调频制式的移动通信系统诞生，实验表明调频制式的移动通信系统要比调幅制式的移动通信系统更加有效。在随后的10几年间，调频制式的移动通信系统占据主导地位，也是在这个时期中，通信实验和电磁波传输的实验等工作完成了，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。然而此时的移动通信系统存在诸多的缺陷，难以与公众网络互通。

第二次世界大战期间，由于军事上的需求，极大的促进了移动通信技术的快速发展。战后，军事移动通信技术逐渐被应用于民用领域，到20世纪50年代，美国和欧洲部分国家相继成功研制了公用移动电话系统，在技术上实现了移动电话和公众电话网络的互通，并且得到了广泛的应用。不过当时这种移动电话系统仍然采用人工接入方式，存在局限性，系统容量小。

从20 世纪60 年代中期至70年代中期，美国推出了改进型移动电话系统，它使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中小容量，实现了无线频道自动选择及自动接入公用电话网。20世纪70 年代中期，随着民用移动通信用户数量的不断增加，以及业务范围的扩大，可用频道数要求递增与有限的频谱供给之间的矛盾日益尖锐。为了更有效地利用有限的频谱资源，美国贝尔实验室提出了在移动通信发展史上具有里程碑意义的AMPS，它为移动通信系统在全球的广泛应用开辟了新的道路。

冲80年代中期开始，移动通信蓬勃发展，走向成熟，开发了新一代的数字蜂窝移动通信系统。由于数字无线传输的频谱利用率高，系统的容量得到大大地提升。除此之外，数字网能够同时提供语音，数据等多种业务。

五第三代蜂窝网络

第二代蜂窝网络目前虽然可以满为人们通信，接入因特网等需求，但是由于其带宽以及速度的限制，满足不了越来越多的需求，于是第三代蜂窝网络应运而生。

5.1 第三代蜂窝网络特点

了满足当今对于第三代通讯网络系统全球化、综合化和个人化等需求，与第二代相比第三代蜂窝网络系统主要具有以下特点：

1.支持移动多媒体业务。

2.高频谱效率。

3.高保密性、低成本、低功耗和小体积。

4.全球范围无缝漫游系统。

5.带宽CDMA技术。

6.从电路交换到分组交换。

7.微蜂窝结构。

8.高服务质量。

5.2 第三代蜂窝网络的主流技术

带宽CDMA技术是第三代蜂窝网络的主要技术，其中主流技术是日本与欧洲的带宽CDMA标准WCDMA，美国的CDMA2000和中国的TD-SCDMA三种。这三种技术都采用的CDMA技术，各有优劣，总体水平相当。WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA 三大技术标准的比较如表5-1所示。

表5-1 3G的三大主流技术标准比较

WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA 最小带宽要求5MHz 1.25MHz整数倍 1.6MHz

双工方式FDD/TDD FDD TDD

扩频技术类型单载波和带宽DS 多载波和带宽DS 时分同步CDMA

码片速率 3.84Mcps 1.2288Mcps 1.28Mcps

基站同步异步（不需GPS）同步（需GPS）同步（主从同步）帧长10ms 20ms 10ms 调制方式（正/反）QPSK/BPSK QPSK/BPSK QPSK/8PSK 同步检测与导频信令相干与导频信令相干与导频时隙切换软切换软切换接力切换功率控制速度1500Hz 800Hz 1400Hz

5.3 WCDMA 系统结构与主要技术

WCDMA延续了原有的GSM蜂窝网络体系结构，原来二代的运营商可以使用原有的核心网络，在无线部分使用WCDMA，这样很轻松就升级到第三代。同时GSM 在第二代蜂窝网络在全球约70%的市场份额，因此有较好的业务和市场延续性。

如图1所示，WCDMA的系统结构由用户设备（UE）、UMTS地面无线接入网（UTRAN

或RAN）和核心网（CN）三部分组成。

UTRAN CN

图5-1 WCDMA系统结构

WCDMA技术使用的频段一共120MHz，上下行各60MHZ：上行（1920~1980MHz）和下行（2110~2170MHz）。

WCDMA技术在与其他两个技术标准的市场竞争中，在运营商的数量上取得了胜利。然而，其网络所支持的数据速率却长期停留在理论上的384kbps的水平，这速率不能很好的满足许多对于流量和延时要求较高的业务（视频、流媒体和下载等）的需求。这无法与CDMA2000 1X EV-DO的 2.4Mbps的峰值速率和300kbps~500kbps宽带服务的平均下载速率相媲美。HSDPA（高速下行分组接入）技术提高了WCDMA网络的下行数据传输速率，其理论最大值为14.4Mbps。HSDPA 不但支持高速不对称数据业务，还大大增加了网络容量，该技术是WCDMA网络建设中提高下行容量和数据业务的一项重要技术。

数据业务与语音业务具有不同的业务特性。一般的语音业务对于语音通讯的延时敏感性比较高，通讯速率的恒定性要求高，然而对于通讯的误码率要求较低。数据业务与之相反，容忍延时和通讯速率的变化，但是对于误码率比较敏感。因此，HSDPA参考了CDMA2000 1X的EV-DO机制，充分考虑到数据业务的特点并采用了一些关键技术。WCDMA的HSDPA的关键技术主要有以下几点：

1. 快速链路调整技术-自适应调制和编码（AMC）。语音通讯系统通常采用功率控制技术以抵消信道衰弱对于通讯速率的影响，以保证稳定的速率。HSDPA不是去改善信道状况，而是根据信道的情况动态调整通讯速率。因此，链路层调整单元能够快速检测信道的变化情况，并针对不同的状况采用相应的编码调制方案来实现通讯速率的调整。

2. 结合软合并的混合和重传（HARQ）技术。HARQ技术把前馈纠错（FEC）和ARQ 方法结合起来，保存先前的尝试失败的信息，以用于之后的数据解码中。

3. 集中调度技术。集中调度技术是决定HSDPA性能的关键因素。集中调度机制使系统能够根据所有用户的情况来决定每个用户如何使用信道，使得信道总是被与其状况相匹配的用户使用，以获得最大限度的信道利用率。

5.4 CDMA2000概述与移动IP技术

CDMA2000是一种兼容IS-95的宽带CDMA技术。在从IS-95向CDMA2000过度是采用码聚集技术，由原来的一个用户分配单码道变成一个用户分配多个码道（多达8个码道）以提高传输速率并实现上下行的不对称数据传输。其过度过程分成三个阶段：第一阶段、由IS-95B向CDMA2000 1X过渡；第二阶段、由CDMA2000 1X向CDMA2000 1X EV-DV过渡；第三阶段、由CDMA2000 1X EV-DV向CDMA20003X 过渡。

CDMA2000 1X的移动IP是为了解决因特网中节点的移动性而引入的IP协议。