- 異構無線網絡融合理論與技術實現
- 李軍編著
- 2414字
- 2018-12-28 20:38:58
1.2 未來無線通信網絡的發展趨勢
隨著種類繁多的無線網絡相繼出現,推動著移動無線Internet、移動多媒體、移動流媒體的超前發展,使無所不在的普適計算(Ubiquitous Computing)逐漸成為可能,最終目標是實現“任何人在任何時間、任何地點與任何人進行任何種類的信息交換”。移動通信和寬帶無線接入的發展趨勢表明,未來無線通信網絡將是各種無線接入技術并存、協同工作、支持終端無縫移動性的全IP融合網絡。
1.2.1 移動通信的發展趨勢
目前,伴隨著計算機和微電子技術的飛速發展,移動通信正朝著高帶寬、高性能方向演進。在短短幾十年內,移動通信從最初的模擬技術,到第二代數字技術,發展到了第三代寬帶多媒體系統。第一代移動通信系統(1G)起源于20世紀80年代,主要采用頻分多址(FDMA)和模擬技術。由于傳輸帶寬的限制,系統存在種種不足和缺陷,具有代表性的系統是歐洲的E-TACS和美國的AMPS。第二代移動通信系統(2G)起源于20世紀90年代的初期,主要以GSM和窄帶CDMA為代表的數字系統,采用數字時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)方式實現語音和低速數據傳送等業務。與第一代移動通信系統相比,第二代移動通信系統完成了模擬技術向數字技術的轉變。第三代移動通信系統(3G)以TD-SCDMA,WCDMA和cdma 2000三種主流技術為代表,提供前兩代系統不能比擬的寬帶多媒體業務,如可視電話、高速數據、手機電視和高精度定位等。
移動寬帶化滿足了人們不斷提高的通信需求。為了提高移動通信系統的數據傳輸率,國際標準化組織3GPP/3GPP2均在大力開展新一代移動通信網絡的研究。WCDMA系統的R99版本在接入網部分主要定義了全新的5 MHz每載頻的寬帶碼分多址接入網,數據速率可支持144 kbps和384 kbps,理論上可達2 Mbps。在R5版本接入網中引入了HSDPA的概念,可以支持高速下行分組數據接入,峰值數據速率高達14 Mbps。當前,3GPP又致力于LTE(長期演進計劃)的研究和標準化,進一步將數據傳輸能力提高到100 Mbps。cdma 2000 1x可支持308 kbps的數據傳輸。cdma 2000 1x EV DO是在cdma 2000 1x基礎上進一步提高速率的體制,采用高速率數據(HDR)技術,能在1.25 MHz帶寬內提供3 Mbps以上的數據業務(cdma 2000 1x EV DO Rev.B)。同樣,3GPP2在其制定的空中接口演進計劃(AIE)中,計劃將數據傳輸能力提高到100 Mbps,甚至更高。
移動通信發展的趨勢如圖1.1所示,不同的發展階段為用戶提供不同的業務種類。可以看出,隨著人們對通信業務要求與日俱增,目前第二、三代移動通信系統提供的傳統服務已經不能滿足未來用戶對業務多樣化的需求。隨著用戶數的迅猛增加,現有的系統也很難以滿足不斷增長的容量需求。傳統的蜂窩移動通信系統向下一代移動通信系統(4G)演進是必然的發展方向,演進方式和時機也成為業界普遍關注和研究的焦點。

圖1.1 移動通信的發展趨勢
1.2.2 寬帶無線接入的發展趨勢
在新技術和市場需求的共同作用下,寬帶無線接入毫不遜色,取得了長足進展。針對不同的無線應用場景,以IEEE 802系列標準為代表的無線寬帶接入新技術,與傳統的蜂窩移動通信網共同為用戶提供了多樣化、個性化的無線接入服務。
無線局域網(WLAN)(IEEE 802.11a/b/g)已經普遍部署在公司、高校、機場、賓館等公共場所,覆蓋熱點地區,提供高數據速率和低移動性的服務。
備受業界關注的WiMAX(IEEE 802.16e)無線接入標準提供高速移動性支持和QoS保證的全球覆蓋服務,具有在移動環境中提供高速數據傳輸能力和城域范圍內提供良好的寬帶移動性。WiMAX采用了許多新技術,極大地提高了數據傳輸能力,逐漸成為無線城域網研究的新熱點。系統中主要采用MIMO-OFDM物理層技術,一方面可以有效提高頻譜效率和數據速率;另一方面可以有效對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾。為了進一步提高數據,采用了自適應調制編碼技術(AMC),可以根據信道瞬時情況,動態改變調制和編碼格式,增強鏈路自適應能力,從而最大限度提高數據傳輸速率。WiMAX采用的另一項關鍵技術是混合自動重傳請求(HARQ),可以提高無線信道傳輸可靠性,提高頻譜效率及系統吞吐量,獲取的合并增益間接地提高了系統覆蓋范圍。
無線Mesh網絡(Wireless Mesh Network,WMN)是一種新型寬帶無線網絡結構,為用戶提供高速率、高容量的Internet接入,是一種高容量、高速率的分布式網絡。區別與傳統的有線與無線網絡,WMN是移動Ad Hoc網絡的一種特殊形態,具有自配置、自組織、多跳等特性,可以作為解決“最后1公里”網絡接入方案。目前已被寫入IEEE 802.16系列無線寬帶接入標準中,被納入到IEEE 802.15 Mesh和正在制定的IEEE 802.11s Mesh標準中。基于無線Mesh網絡架構的異構無線網絡融合的解決方案,成為研究下一代移動通信網絡組網方式的備選方案之一,為全IP融合網絡的發展提供了有益的補充。
IEEE 802.20無線標準又稱移動寬帶無線接入系統(Mobile Broadband Wireless Access,MBWA),提供全球統一平臺,基于開放標準的互操作性規范,被認為是提供移動業務平臺的另一個解決方案,可以支持300 km/h以上的高速移動,接入帶寬可達到2 Mbps以上。
IEEE 802.21工作組主要研究如何在異種接入技術之間提供獨立于媒體的切換能力(Media Independent Handover,MIH),其中定義的切換包括IEEE系列接入技術之間的切換以及IEEE系列和蜂窩網絡之間的切換。IEEE 802.21工作組和3GPP保持著緊密的合作關系,共同推動著無線網絡接入技術的融合和發展。
1.2.3 多種無線接入網絡的共存與融合
隨著技術的發展、市場需求和競爭的變化,移動通信網和寬帶無線接入網分別朝著各自的發展方向不斷演進。如圖1.2和表1.1所示,多樣化的無線接入技術具有不同的特征和業務提供能力,適應不同場景下用戶對通信服務個性化的需求。新出現的無線接入技術和已有的接入技術協調發展,例如,根據3GPP/3GPP2的發展規劃,標準化方向的名稱盡管其與WiMAX不同,但3GPP/3GPP2提出的LTE/AIE核心技術與WiMAX基本一致,目前正在討論的關鍵技術包括OFDM、MIMO及多載波(MC)等。寬帶化、移動化、IP化成為無線通信技術的發展趨勢,WiMAX將與B3G技術殊途同歸。我們可以看到,“移動的寬帶化,寬帶的移動化”是當前移動通信的發展特征,多類型網絡共存和融合是移動通信未來的發展趨勢。提供盡力而為服務的無線寬帶網絡,如WiMAX,WLAN和Wi-Fi,與提供具有電信級質量保障的2G和3G移動通信網絡必將朝著統一的全IP網絡方向發展,泛在化、協同化和異構融合成為未來寬帶無線通信發展的主旋律。

圖1.2 各種無線接入技術的特征
表1.1 各種無線接入技術標準
