本部分知識及結構參考自人民郵電出版社出版的王振世先生的《實戰無線通信應知應會》
現代無線制式
模擬通信網絡 (1G)
- 移動通信是指多個終端用戶移動起來也可以彼此進行通話的無線通信方式.
- 移動性問題和頻率複用問題的解決, 成就了第一代移動通信制式. 移動性和蜂窩組網是第一代移動通信的突破點.
- 第一代移動通信系統解決了不同覆蓋區域之間切換漫遊的問題, 真正實現了無線的大範圍移動性, 奠定了移動通信商業運營的技術基礎.
- 第一代移動通信採用的是模擬移動制式, 最大的問題是抗干擾性差.
- 第一代模擬移動通信的制式有 AMPS (advanced mobile phone system) 和在此基礎上改進實現的 TACS (total access communication system) 系統. 這兩種技術共同採用了頻分複用的多址方式, FDD 的雙工方式.
數字無線時代 (2G)
- 第二代移動通信系統仍使用 FDD 的雙工方式, 和第一代相比, 增加了時分多址, 碼分多址等多址方式, 大大提高了頻譜利用效率; 而且數字化使得編碼及交織技術的成熟使用成爲現實, 提高了抗干擾能力; 使用 QPSK 或 GMSK 等數字調製方式, 空口的數據吞吐量進一步提高; 且支持數據業務.
- 我國目前應用的第二代蜂窩系統爲歐洲的 GSM (global system for mobile communication) 系統以及北美的窄帶 CDMA 系統.
- GSM 系統標準化程度高, 接口開放, 目前已經成爲應用最爲廣泛的移動標準. 該系統包含兩種制式, 即 GSM MHz 和 DCS MHz.
- GSM 系統是頻分多址和時分多址的結合.
- 基於 GSM 系統的數據業務是由 GPRS (general packet radio service) 和 EDGE (enhanced data rate for GPRS evolution) 承包的.
- 提及 CDMA 可以有兩種理解: 一種是 CDMA 技術本身, 另一種就是第二代移動通信窄帶 CDMA 系統.
- CDMA 技術本身是由高通將其標準化用於移動通信系統. 它在應用上有兩個顯著特性: 一個是自干擾特性或叫軟容量的特性; 另外一個就是同頻組網的特性.
- 移動通信窄帶 CDMA 系統一般是指 IS-A 制式, 也稱 cdmaOne. 它將話音信號轉換爲數字信號後, 進行擴頻加擾, 再調製後將其發射到空中.
寬帶無線時代 (3G)
- GPP (th generation partner project) 成立於 年 月, 負責推進寬帶化後的標準化工作. UMTS 是 GPP 制定的全球 G 標準之一, 它由一系列技術規範和接口協議構成, 以 WCDMA 技術構建無線接入網絡. 核心網在現有的 GSM 移動交換網絡的基礎上平滑演進.
- GPP 成立於 年 月, 它採用 cdma 和 UWC- (universal wireless communication) 爲無線接入標準, 核心網是北美的 ANSI/IS- 進行演進.
- WCDMA 在覈心網上繼承了 GSM 的架構, 但在空中接口技術上更多的來源於 CDMA 技術, 相對於 GSM 來說有了革命性的變化; cdma 體制是由 GPP 在 IS- 標準基礎上完成的G 標準.
LTE (4G)
LTE 的核心關鍵詞是"四化", 即多載波調製正交化, 輸入輸出多天線化, 帶寬配置靈活化, 網絡架構扁平化. 在這四點實現的條件下 LTE 將具備非常誘人的系統性能: 峯值速率大幅提升, 覆蓋範圍成倍擴大, 頻譜利用率明顯提高, 網絡時延顯著減小.
5G (調研補上)
- 一高: 高頻段傳輸. 將使用釐米波, 毫米波的頻段資源.
- 一 D: D2D (device to device). 在系統的控制下, 無需基站的幫助, 直接實現終端設備之間的通信.
- 一多: 多天線傳輸. 如 D-MIMO.
- 一密: 超密集網絡.
- NB-IoT
無線通信網結構 (不熟悉的東西)
- 組網結構 (networking structure) 包括核心網, 接入網和用戶終端.
- 網元 (network element).
- 無線接口.
無線資源管理
無線資源管理 (radio resource management, RRM) 具備獨佔性, 可再利用性, 供求關係的動態變化性等, 它的合理分配應遵循"測量 - 判決 - 執行"的三步走策略. 類似於人類生活, 無線資源管理也要滿足“喫住行”的基本要求: “喫” – 功率資源是無線通信系統中最重要的資源; “住” – 信道資源是無線通信系統裏最基本的資源; “行” – 移動通信中的移動性需要保障. 在基本條件得到滿足後, 我們需要提升"生活質量" – 分組調度問題和負荷控制問題.
整個無線資源管理的主線就是在保證用戶無線業務質量的前提下儘量降低對無線資源的使用, 即更好的質量和更少的資源佔用.
功率控制
- 功率控制 (power control, PC) 的目的是在保證用戶通信質量需求的前提下, 儘量降低發射功率, 使之到達接收端的功率最小, 從而避免對其他用戶信號產生不必要的干擾, 使整個系統的容量最大化.
- 功率控制中最重要的參數是多長時間功控一次和每次功控調整的步長. 功率控制可以降低小區內和小區間用戶的互相干擾, 降低手機的功率消耗, 增加手機待機時間.
- 功控時間間隔過長, 會導致無線信號的電平跟不上無線環境的變化, 突然的衰落和干擾會導致掉話; 功控時間越短越有利於無線信號應對無線環境的變化, 但會增加系統計算能力和複雜性的要求.
- 功控每次調整的步長也不宜過大, 因爲增加功率過大會導致功率供給大於功率需求, 造成資源浪費, 引起干擾; 降低功率過大會導致信號電平降低過快, 引起通話質量下降, 甚至掉話. 一般宜使用"快升慢降"的原則.
信道配置
- 信道配置 (channel configuration) 是在多用戶同時申請徵用信道資源的時候, 爲了儘可能有效地提高頻譜利用效率, 進而提高系統容量, 按照一定的配置算法分配信道資源佔用的過程.
- 動態信道配置控制 (dynamic channel configuration control, DDCC) 算法的提出目的就是解決無線資源調度中核心考慮的問題: 如何最大限度地滿足用戶變化的數據傳輸速率需求, 同時實現空口資源的最有效利用.
- 動態信道分配 (dynamic channel allocation) 是將信道資源分配給終端呼叫的過程. 它有很好的業務自適應性和靈活性, 在系統負荷不是十分高的時候能夠大幅度提升系統性能. 但是對調度中心的要求比較高, 計算量大, 控制複雜度高.
移動性管理
移動性管理 (mobility management, MM) 在終端空閒狀態和連接狀態有着不同的表現.
- 在終端空閒時, 主要是位置區更新 (location area update) , 路由區更新 (routing area update) 和小區重選 (cell reselection).
- 在終端連接時進行切換 (hanfover). 根據切換的觸發原因不同, 可以分爲基於覆蓋的切換, 基於業務的切換或者基於負荷的切換. 根據手機和源小區, 目標小區中斷連接, 建立連接的過程不同, 可以分爲軟切換和硬切換.
分組調度和負荷控制
- 分組調度 (packet scheduling) 具有幾個特點:
- 極低的丟失率;
- 具有非連續突發特徵;
- 具有非對稱性;
- 包的大小不同, 有一定的統計規律, 服從某種概率分佈規律.
- 快速調度 (fast scheduling) 在短期內以單用戶的信道條件爲主, 而在長期內應兼顧到所有用戶的吞吐量.
- 負荷控制 (load control) 的目的是防止系統在運行的時候產生負荷擁塞現象; 一旦系統發生意外的擁塞故障, 消除故障, 迅速恢復系統的性能. 負荷控制一般有三種方式:
- 准入控制 (admission control) 是手機在向無線接入網絡請求建立無線鏈路的時候, 無線接入網絡根據網絡目前的負荷水平對是否允許其接入網絡進行的判斷和控制.
- 負荷平衡 (load balance) 算法就是在保證每個用戶服務質量放情況下, 最大限度地實現小區之間資源利用率的平衡, 儘量少地出現超忙小區和超閒小區, 實現資源利用的最大化, 避免不必要的擴容或網絡擁塞的發生.
- 擁塞控制 (congestion control) 的目的是保證網絡的負荷處於絕對穩定的門限之下. 擁塞控制經常和功率控制, 信道配置和切換控制等其他無線資源管理算法一起使用來達到消除擁塞的目的.
- 擁塞控制包括三個重要步驟: 一是網絡側統計負荷信息 (測量過程); 二是設置擁堵門限, 判斷是否啓用擁塞控制 (判決); 三是執行擁塞控制 (執行).
- 一般採用三種措施來緩解擁塞, 即降功率 (即直接降低小區的基站發射總功率, 從而降低網絡的總體干擾水平; 或網絡側拒絕執行來自終端的下行鏈路發射功率升高的指令), 降業務速率 (即降低分組數據業務的吞吐量或降低實時業務的 AMR 的比特比率) 和降業務質量 (即降低某些低優先級業務的 QoS, 降低 SIR 門限值).
- 降功率是解決擁塞的比較快的措施, 但會導致邊緣覆蓋質量的下降. 降業務速率和降業務質量的方法是解決擁塞比較慢的措施, 會導致用戶感知的下降; 所以最好的擁塞控制是避免發生擁塞 (感覺說了一句廢話).