• 无线数据传输方式的演进




    GSM GPRS EDGE WCDMA HSDPA HSUPA HSPA+  LTE


    什么是GSM?

      GSM全名为:Global System for Mobile Communications,中文为全球移动通讯系统,俗称"全球通",是一种起源于欧洲的移动通信技术标准,是第二代移动通信技术,其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准,此前一直是采用蜂窝模拟移动技术,即第一代GSM技术(2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络)。目前,中国移动、中国联通各拥有一个GSM网,为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括 GSM 900:900MHz、GSM1800:1800MHz 及 GSM1900:1900MHz等几个频段 。GSM(全球移动通信系统)是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体,并且它是目前三种数字无线电话技术(TDMA、GSM和CDMA)中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化,并将数据进行压缩,然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去,另外的两个用户数据流都有各自的时隙。GSM实际上是欧洲的无线电话标准,据GSM MoU联合委员会报道,GSM在全球有12亿的用户,并且用户遍布120多个国家。因为许多GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议,因此当用户到其他国家之后,仍然可以继续使用他们的移动电话。

      GSM及其他技术是无线移动通信的演进,无线移动通信包括高速电路交换数据、通用无线分组系统、基于GSM网络的数据增强型移动通信技术以及通用移动通信服务。


      什么是GPRS?

      GPRS是通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service)的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。 它经常被描述成“2.5G”,也就是说这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)[2]移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道,提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式,只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换,这种改造的投入相对来说并不大,但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS(General Packet Radio Service)是一种以全球手机系统(GSM)为基础的数据传输技术,可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。

      GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。而且,因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器,所以连接及传输都会更方便容易。如此,使用者既可联机上网,参加视讯会议等互动传播,而且在同一个视讯网络上(VRN)的使用者,甚至可以无需通过拨号上网,而持续与网络连接。

      什么是EDGE?

       EDGE是英文Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写,即增强型数据速率GSM演进技术。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术,它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法,即最先进的多时隙操 作和8PSK调制技术。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8,从而使每个符号所包含的信息是原来的4倍。

      之所以称EDGE为GPRS到第三代移动通信的过渡性技术方案,主要原因是这种技术 能够充分利用现有的GSM资源。因为它除了采用现有的GSM频率外,同时还利用了大部分现有的GSM设备,而只需对网络软件及硬件做一些较小的改动,就能 够使运营商向移动用户提供诸如互联网浏览、视频电话会议和高速电子邮件传输等无线多媒体服务,即在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信 业务。由于EDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术,比"二代半"技术GPRS更加优良,因此也有人称它为"2.75代"技术。EDGE还能够与以后的WCDMA 制式共存,这也正是其所具有的弹性优势。 EDGE技术主要影响现有GSM网络的无线访问部分,即收发基站(BTS)和GSM 中的基站控制器(BSC),而对基于电路交换和分组交换的应用和接口并没有太大的影响。因此,网络运营商可最大限度地利用现有的无线网络设备,只需少量的 投资就可以部署EDGE,并且通过移动交换中心(MSC)和服务GPRS支持节点(SGSN)还可以保留使用现有的网络接口。事实上,EDGE改进了这些 现有GSM应用的性能和效率并且为将来的宽带服务提供了可能。-EDGE技术有效地提高了GPRS信道编码效率及其高速移动数据标准,它的最高速率可达 384kbit/s,在一定程度上节约了网络投资,可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。从长远观点看,它将会逐步取代GPRS成为与第三代移动通 信系统最接近的一项技术。

      什么是WCDMA?

      WCDMA是一种由3GPP具体制定的,基于GSM MAP核心网,UTRAN(UMTS陆地无线接入网)为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。WCDMA(宽带码分多址)是一个ITU(国际电信联盟)标准,它是从码分多址(CDMA)演变来的,在官方上被认为是IMT-2000的直接扩展,与现在市场上通常提供的技术相比,它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)、频分双工(FDD)方式,码片速率为3.84Mcps,载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本,可在5MHz的带宽内,提供最高384kbps的用户数据传输速率。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信,速率可达2Mb/s(对于局域网而言)或者384Kb/s(对于宽带网而言)。输入信号先被数字化,然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频,而WCDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。

      什么是HSDPA?

      HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)表示高速下行分组接入技术。

      在3G的三大标准的角逐中,WCDMA商用在运营商的支持数量上取得了领先,但在其网络所支持的数据速率上却长期停留在理论上的384kbps水平,而其网络建设也一直处于缓慢发展的状态。

      与此形成鲜明对照的是,在韩国、日本等国家实现商用的CDMA2000 1X EV-DO网络系统上,已经实现了2.4Mbps的峰值速率,其宽带接入服务能为客户提供300kbps-500kbps平均下载速率,这足以与有线宽带的速率相媲美。

      比较而言,同为已经实现商用的3G网络系统,面对现有的3G业务,WCDMA已经稍显力不从心,在数据传输速率上的巨大落差,以及由此带来的业务能力上的弱势,自然使得WCDMA阵营不甘落后,必须寻找一种赶超CDMA2000 1X EV-DO的有力武器。

      HSDPA(高速下行分组接入,High Speed Downlink Packages Access)技术是实现提高WCDMA网络高速下行数据传输速率最为重要的技术,是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的,它可以在不改变已经建设的WCDMA系统网络结构的基础上,大大提高用户下行数据业务速率(理论最大值可达14.4Mbps),该技术是WCDMA网络建设中提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。

      对高速移动分组数据业务的支持能力是3G系统最重要的特点之一。

      WCDMA R99版本可以提供384kbps的数据速率,这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。然而,对于许多对流量和迟延要求较高的数据业务如视频、流媒体和下载等,需要系统提供更高的传输速率和更短的时延。

      在未来几年内,数据服务将会取得大幅度增长,并成为第三代(3G)移动通信的主要应用和主要收入来源。目前日本和韩国的3G经营商已经在体验3G服务中获得了巨大的成功。日本DoCoMo公司于2001年推出的WCDMA-FOMA服务所创造的收入已经占到其总收入的20%以上,截止到2004年5月已拥有400万用户。韩国电信公司(SKT)2003年第3季度,在部署了1xEV-DO网络之后,该公司数据服务收入占据每用户平均收入(ARPU)值的比例上升到了34%。

      为了适应多媒体服务对高速数据传输日益增长的需要,第三代移动通信合作项目组(3GPP)已经公布了一种新的高速数据传输技术,叫做高速下行分组接入技术(HSDPA)。该技术是WCDMA R’99(也就是我们常说的WCDMA)的强化版本,大大加强了下行链路传输的功能。

      日本的NTT DoCoMo是最早试验HSDPA技术的运营商之一,在2004年3GSM全球大会上,HSDPA也同样改变了所有主要欧洲运营商的日程。在美国,GSM运营商当然也在寻求更多的武器,以便在越来越具有攻击性的市场中确保领先地位。2004年12月1日,Cingular正式与朗讯科技签署了一项为期4年的3GW-CDMA设备、软件和服务供货协议,其中就包括了HSDPA技术的部署。协议将使Cingular公司从2005年起得以为消费者提供范围广泛的多媒体服务。

      PA咨询公司和Yankee集团最近认为,HSDPA需求可能首先来自企业市场。PA咨询公司相信,HSDPA将在面向企业市场的W-CDMA案例中扮演核心角色。Yankee集团则将HSDPA技术视为一个可以使运营商面向企业市场推出高利润服务的重要差别化因子,并将在向更快的3G服务演进中扮演极为突出的角色。Gartner集团更关注新技术对网络效率的影响,认为部署HSDPA技术的运营商将获得相当的竞争优势。

      为了更好地发展数据业务,3GPP从这两方面对空中接口作了改进,引入了HSDPA技术。HSDPA不但支持高速不对称数据服务,而且在大大增加网络容量的同时还能使运营商投入成本最小化。它为UMTS更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳的演进途径,就如在GSM网络中引入EDGE一样。 HSDPA的发展分为三阶段,即基本HSDPA阶段、增强HSDPA阶段以及HSDPA进一步演进阶段,其中HSDPA进一步演进阶段目前还未最终确定,仍在3GPP内进行研究。

      什么是HSUPA?

      HSUPA (high speed uplink packet access)高速上行链路分组接入。HSUPA通过采用多码传输、HARQ、基于Node B的快速调度等关键技术,使得单小区最大上行数据吞吐率达到5.76Mbit/s,大大增强了WCDMA上行链路的数据业务承载能力和频谱利用率。

      与 HSDPA类似,HSUPA引入了五条新的物理信道E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH和两个新的MAC实体 MAC-e和MAC-es,并把分组调度功能从RNC下移到NodeB,实现了基于NodeB的快速分组调度,并通过混合自动重传HARQ、2ms无线短帧及多码传输等关键技术,使得上行链路的数据吞吐率最高可达到5.76Mbit/s,大大提高的上行链路数据业务的承载能力。
     
      WCDMA Rel5中的HSDPA是WCDMA下行链路方向(从无线接入网络到移动终端的方向)针对分组业务的优化和演进。与HSDPA类似,HSUPA是上行链路方向(从移动终端到无线接入网络的方向)针对分组业务的优化和演进。HSUPA是继HSDPA后,WCDMA标准的又一次重要演进。利用HSUPA技术,上行用户的峰值传输速率可以提高2-5倍,HSUPA还可以使小区上行的吞吐量比R99的WCDMA多出20-50%。


      什么是LTE?

      LTE(Long Term Evolution,长期演进)是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)技术标准的长期演进,于2004年12月在3GPP多伦多TSG RAN#26会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)和MIMO(Multi-Input & Multi-Output,多输入多输出)等关键传输技术,显著增加了频谱效率和数据传输速率(20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下,理论下行最大传输速率为201Mbps,除去信令开销后大概为140Mbps,但根据实际组网以及终端能力限制,一般认为下行峰值速率为100Mbps,上行为50Mbps),并支持多种带宽分配:1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz和20MHz等,且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段,因而频谱分配更加灵活,系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化,减少了网络节点和系统复杂度,从而减小了系统时延,也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。

      LTE系统有两种制式:FDD-LTE和TDD-LTE,即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统,二者技术的主要区别在于空中接口的物理层上(像帧结构、时分设计、同步等)。FDD-LTE系统空口上下行传输采用一对对称的频段接收和发送数据,而TDD-LTE系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输,相对于FDD双工方式,TDD有着较高的频谱利用率。




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