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无线通信基础02

本部分知识及结构参考自人民邮电出版社出版的王振世先生的《实战无线通信应知应会》

现代无线制式

模拟通信网络 (1G)

  • 移动通信是指多个终端用户移动起来也可以彼此进行通话的无线通信方式.
  • 移动性问题和频率复用问题的解决, 成就了第一代移动通信制式. 移动性和蜂窝组网是第一代移动通信的突破点.
  • 第一代移动通信系统解决了不同覆盖区域之间切换漫游的问题, 真正实现了无线的大范围移动性, 奠定了移动通信商业运营的技术基础.
  • 第一代移动通信采用的是模拟移动制式, 最大的问题是抗干扰性差.
  • 第一代模拟移动通信的制式有 AMPS (advanced mobile phone system) 和在此基础上改进实现的 TACS (total access communication system) 系统. 这两种技术共同采用了频分复用的多址方式, FDD 的双工方式.

数字无线时代 (2G)

  • 第二代移动通信系统仍使用 FDD 的双工方式, 和第一代相比, 增加了时分多址, 码分多址等多址方式, 大大提高了频谱利用效率; 而且数字化使得编码及交织技术的成熟使用成为现实, 提高了抗干扰能力; 使用 QPSK 或 GMSK 等数字调制方式, 空口的数据吞吐量进一步提高; 且支持数据业务.
  • 我国目前应用的第二代蜂窝系统为欧洲的 GSM (global system for mobile communication) 系统以及北美的窄带 CDMA 系统.
  • GSM 系统标准化程度高, 接口开放, 目前已经成为应用最为广泛的移动标准. 该系统包含两种制式, 即 GSM 900 900 900MHz 和 DCS 1800 1800 1800MHz.
  • GSM 系统是频分多址和时分多址的结合.
  • 基于 GSM 系统的数据业务是由 GPRS (general packet radio service) 和 EDGE (enhanced data rate for GPRS evolution) 承包的.
  • 提及 CDMA 可以有两种理解: 一种是 CDMA 技术本身, 另一种就是第二代移动通信窄带 CDMA 系统.
  • CDMA 技术本身是由高通将其标准化用于移动通信系统. 它在应用上有两个显著特性: 一个是自干扰特性或叫软容量的特性; 另外一个就是同频组网的特性.
  • 移动通信窄带 CDMA 系统一般是指 IS- 95 95 95A 制式, 也称 cdmaOne. 它将话音信号转换为数字信号后, 进行扩频加扰, 再调制后将其发射到空中.

宽带无线时代 (3G)

  • 3 3 3GPP ( 3 3 3th generation partner project) 成立于 1998 1998 1998 年 12 12 12 月, 负责推进宽带化后的标准化工作. UMTS 是 3 3 3GPP 制定的全球 3 3 3G 标准之一, 它由一系列技术规范和接口协议构成, 以 WCDMA 技术构建无线接入网络. 核心网在现有的 GSM 移动交换网络的基础上平滑演进.
  • 3 3 3GPP 2 2 2 成立于 1999 1999 1999 年 1 1 1 月, 它采用 cdma 2000 2000 2000 和 UWC- 136 136 136 (universal wireless communication) 为无线接入标准, 核心网是北美的 ANSI/IS- 41 41 41 进行演进.
  • WCDMA 在核心网上继承了 GSM 的架构, 但在空中接口技术上更多的来源于 CDMA 技术, 相对于 GSM 来说有了革命性的变化; cdma 2000 2000 2000 体制是由 3 3 3GPP 2 2 2 在 IS- 95 95 95 标准基础上完成的 3 3 3G 标准.

LTE (4G)

LTE 的核心关键词是"四化", 即多载波调制正交化, 输入输出多天线化, 带宽配置灵活化, 网络架构扁平化. 在这四点实现的条件下 LTE 将具备非常诱人的系统性能: 峰值速率大幅提升, 覆盖范围成倍扩大, 频谱利用率明显提高, 网络时延显著减小.

5G (调研补上)

  • 一高: 高频段传输. 将使用厘米波, 毫米波的频段资源.
  • 一 D: D2D (device to device). 在系统的控制下, 无需基站的帮助, 直接实现终端设备之间的通信.
  • 一多: 多天线传输. 如 3 3 3D-MIMO.
  • 一密: 超密集网络.
  • NB-IoT

无线通信网结构 (不熟悉的东西)

  • 组网结构 (networking structure) 包括核心网, 接入网和用户终端.
  • 网元 (network element).
  • 无线接口.

无线资源管理

无线资源管理 (radio resource management, RRM) 具备独占性, 可再利用性, 供求关系的动态变化性等, 它的合理分配应遵循"测量 - 判决 - 执行"的三步走策略. 类似于人类生活, 无线资源管理也要满足“吃住行”的基本要求: “吃” – 功率资源是无线通信系统中最重要的资源; “住” – 信道资源是无线通信系统里最基本的资源; “行” – 移动通信中的移动性需要保障. 在基本条件得到满足后, 我们需要提升"生活质量" – 分组调度问题和负荷控制问题.

整个无线资源管理的主线就是在保证用户无线业务质量的前提下尽量降低对无线资源的使用, 即更好的质量和更少的资源占用.

功率控制

  • 功率控制 (power control, PC) 的目的是在保证用户通信质量需求的前提下, 尽量降低发射功率, 使之到达接收端的功率最小, 从而避免对其他用户信号产生不必要的干扰, 使整个系统的容量最大化.
  • 功率控制中最重要的参数是多长时间功控一次和每次功控调整的步长. 功率控制可以降低小区内和小区间用户的互相干扰, 降低手机的功率消耗, 增加手机待机时间.
  • 功控时间间隔过长, 会导致无线信号的电平跟不上无线环境的变化, 突然的衰落和干扰会导致掉话; 功控时间越短越有利于无线信号应对无线环境的变化, 但会增加系统计算能力和复杂性的要求.
  • 功控每次调整的步长也不宜过大, 因为增加功率过大会导致功率供给大于功率需求, 造成资源浪费, 引起干扰; 降低功率过大会导致信号电平降低过快, 引起通话质量下降, 甚至掉话. 一般宜使用"快升慢降"的原则.

信道配置

  • 信道配置 (channel configuration) 是在多用户同时申请征用信道资源的时候, 为了尽可能有效地提高频谱利用效率, 进而提高系统容量, 按照一定的配置算法分配信道资源占用的过程.
  • 动态信道配置控制 (dynamic channel configuration control, DDCC) 算法的提出目的就是解决无线资源调度中核心考虑的问题: 如何最大限度地满足用户变化的数据传输速率需求, 同时实现空口资源的最有效利用.
  • 动态信道分配 (dynamic channel allocation) 是将信道资源分配给终端呼叫的过程. 它有很好的业务自适应性和灵活性, 在系统负荷不是十分高的时候能够大幅度提升系统性能. 但是对调度中心的要求比较高, 计算量大, 控制复杂度高.

移动性管理

移动性管理 (mobility management, MM) 在终端空闲状态和连接状态有着不同的表现.

  • 在终端空闲时, 主要是位置区更新 (location area update) , 路由区更新 (routing area update) 和小区重选 (cell reselection).
  • 在终端连接时进行切换 (hanfover). 根据切换的触发原因不同, 可以分为基于覆盖的切换, 基于业务的切换或者基于负荷的切换. 根据手机和源小区, 目标小区中断连接, 建立连接的过程不同, 可以分为软切换和硬切换.

分组调度和负荷控制

  • 分组调度 (packet scheduling) 具有几个特点:
  1. 极低的丢失率;
  2. 具有非连续突发特征;
  3. 具有非对称性;
  4. 包的大小不同, 有一定的统计规律, 服从某种概率分布规律.
  • 快速调度 (fast scheduling) 在短期内以单用户的信道条件为主, 而在长期内应兼顾到所有用户的吞吐量.
  • 负荷控制 (load control) 的目的是防止系统在运行的时候产生负荷拥塞现象; 一旦系统发生意外的拥塞故障, 消除故障, 迅速恢复系统的性能. 负荷控制一般有三种方式:
  1. 准入控制 (admission control) 是手机在向无线接入网络请求建立无线链路的时候, 无线接入网络根据网络目前的负荷水平对是否允许其接入网络进行的判断和控制.
  2. 负荷平衡 (load balance) 算法就是在保证每个用户服务质量放情况下, 最大限度地实现小区之间资源利用率的平衡, 尽量少地出现超忙小区和超闲小区, 实现资源利用的最大化, 避免不必要的扩容或网络拥塞的发生.
  3. 拥塞控制 (congestion control) 的目的是保证网络的负荷处于绝对稳定的门限之下. 拥塞控制经常和功率控制, 信道配置和切换控制等其他无线资源管理算法一起使用来达到消除拥塞的目的.
  • 拥塞控制包括三个重要步骤: 一是网络侧统计负荷信息 (测量过程); 二是设置拥堵门限, 判断是否启用拥塞控制 (判决); 三是执行拥塞控制 (执行).
  • 一般采用三种措施来缓解拥塞, 即降功率 (即直接降低小区的基站发射总功率, 从而降低网络的总体干扰水平; 或网络侧拒绝执行来自终端的下行链路发射功率升高的指令), 降业务速率 (即降低分组数据业务的吞吐量或降低实时业务的 AMR 的比特比率) 和降业务质量 (即降低某些低优先级业务的 QoS, 降低 SIR 门限值).
  • 降功率是解决拥塞的比较快的措施, 但会导致边缘覆盖质量的下降. 降业务速率和降业务质量的方法是解决拥塞比较慢的措施, 会导致用户感知的下降; 所以最好的拥塞控制是避免发生拥塞 (感觉说了一句废话).

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