1.1.1 2G的發展歷程

第二代移動通信系統簡稱2G，在20世紀90年代初，歐洲完成了全球移動通信系統（Global System For Mobile Communications，GSM）標準并成功實施；美國在同期發展了窄帶碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）（空中接口是IS-95A）。第二代移動通信是非常成功的移動通信系統，比較完美地解決了移動中的語音通信需求并提供了一些數據業務。

GSM的原意是“移動通信特別小組”，而隨著設備的開發和數字蜂窩移動通信網的建立，GSM逐步成為泛歐數字蜂窩移動通信系統的代名詞。歐洲的專家將GSM重新命名為“Global System for Mobile Communications”，使之成為“全球移動通信系統”的簡稱。

GSM的相關工作由歐洲電信標準組織（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）承擔，在評估了20世紀80年中期提出的基于時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、CDMA和頻分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）提案之后，最終確定GSM標準的制定基于TDMA技術。GSM是一種典型的開放式結構，具有以下四大特點。

·GSM系統由幾個分系統組成，各分系統之間有定義明確且詳細的標準化接口方案，保證任何廠商提供的GSM系統設備可以互聯。同時，GSM系統與各種公用通信網之間也都詳細定義了標準接口規范，使GSM系統可以與各種公用通信網實現互聯互通。

·GSM系統除了可以承載基本的語音業務外，還可以承載數據業務。

·GSM系統采用TDMA/FDMA及跳頻的復用方式，頻率重復利用率較高，同時它具有靈活方便的組網結構，可以滿足用戶的不同容量需求。

·GSM系統的抗干擾能力較強，系統的通信質量較高。

20世紀90年代中后期，GSM引入了通用分組無線業務（General Packet Radio Service，GPRS），實現了分組數據在蜂窩系統中的傳輸，GPRS采用與GSM相同的高斯最小頻移鍵控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK）調制方式，GPRS通常被稱為2.5G。

GSM的增強被稱為GSM演進的增強型數據速率（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE），通常稱為2.75G。EDGE通過在GSM系統內引入更為先進的無線接口來獲得更高的數據速率，包括高階調制（8 Phase Shift Keying，8PSK）、鏈路自適應等，既針對電路交換型業務，也包括GPRS分組交換型業務。

3GPP組織成立之后，GSM/EDGE的標準化工作由ETSI轉移到3GPP，其無線接入部分稱為GSM/EDGE無線接入網絡（GSM/EDGE Radio Access Network，GERAN）。

演進的GERAN復用了現有的網絡架構，并對基站收發信機（Base Transceiver Station，BTS）、基站控制器（Base Station Controller，BSC）和核心網絡硬件的影響降為最小，同時在頻率規劃和遺留終端共存方面實現與現有GSM/EDGE的后向兼容。演進的GERAN還具有一系列的性能目標，包括改進頻譜效率、提高峰值數據速率、改善網絡覆蓋、改善業務可行性以及降低傳輸時延等。所考慮的技術包括雙天線終端、多載波EDGE、減小的傳輸時間間隔（Transmission Time Interval，TTI）和快速反饋、改進的調制和編碼機制、更高的符號速率。

GSM/EDGE的網絡結構如圖1-2所示。基站子系統（Base Station Subsystem，BSS）包括BTS和BSC。BTS主要負責無線傳輸，通過空中接口Um與移動臺（Mobile Station，MS）相連，通過Abis接口（BTS與BSC之間的接口）與BSC相連。BSC主要負責控制和管理，通過BTS和MS的遠端命令管理所有的無線接口，主要進行無線信道的分配、釋放以及越區切換的管理等，是BSS系統中的交換設備；同時，BSC通過A接口（MSC/VLR與BSC之間的接口）與網絡與交換子系統（Network and Switch Subsystem，NSS）相連，提供語音業務等功能，通過Gb接口（SGSN與BSC之間的接口）與GPRS核心網相連，提供分組數據業務功能。

窄帶CDMA空中接口規范由美國電信產業協會（Telecommunication Industry Association，TIA）制定。TIA于1993年完成了窄帶CDMA空中接口規范IS-95A的制定工作，1995年最終定案。1997年，TIA在IS-95A規范的基礎上完成了IS-95B規范，增加了64kbit/s的傳輸能力，IS-95A和IS-95B是窄帶CDMA的空中接口標準。

窄帶CDMA的網絡結構如圖1-3所示，與GSM的網絡結構相似。CDMA系統主要由以下三大部分組成：網絡子系統NSS、基站子系統BSS和用戶終端MS。NSS含有CDMA系統的交換功能和用于用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能；BSS由BTS和BSC組成；MS定義為移動臺（終端）。

CDMA空中接口的關鍵技術主要包括擴頻技術、功率控制技術、分集接收和切換。

·擴頻技術

擴頻通信的基本特點是其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身的帶寬，在CDMA系統，信號速率為9600bit/s，而帶寬達到了1.23MHz，是信號速率的100多倍，因此可以降低對接收機信噪比的要求，可帶來的好處有：抗干擾性強、誤碼率低；易于同頻使用、提高了無線頻譜利用率；抗多徑干擾，自身具有加密功能、保密性強。

·功率控制技術

CDMA系統中各個設備使用同一頻率，形成了系統內部的互相干擾，為了減少距離基站較近的終端對距離基站較遠的終端的干擾，CDMA系統需要調整終端的發射功率，使各個終端到達基站的功率基本相同，這就需要功率控制。終端功率控制有開環功控和閉環功控兩種：開環功控只涉及終端；閉環功控需要基站和終端共同參與，閉環功控進一步可細分為內環功率控制和外環功率控制。

·分集接收

為了對抗信號衰落，CDMA使用多種分集技術，包括頻率分集、空間分集和時間分集三種。時間分集也就是通常所說的Rake接收，即同時使用多個解調、解擴器（Finger）對接收信號進行解調、解擴，然后將結果合并，從而達到提高信號的信噪比、降低干擾的目的。

·切換

CDMA系統支持多種切換方式，包括同一個載頻間的軟切換和更軟切換以及不同載頻間的硬切換。軟切換和更軟切換是CDMA系統特有的切換方式。軟切換的定義是終端在切換時同時和相鄰的幾個基站保持聯系；更軟切換的定義是終端在同一個基站的幾個扇區內切換。（更）軟切換建立在Rake接收的基礎上，具有切換成功率較高，可避免乒乓效應等優點。