一、演进年代
二、各通信系统
1、1G模拟系统
特点:
属于模拟电路系统,接入网使用FDMA多址技术,实现了仅限语音的蜂窝电话系统;
标准多且不统一:AMPS(美国为首47个国家)、NMT(北欧)、英国中国等TACS;
安全的问题:没有加密的;
漫游问题:基于本地电话设计,并不涉及到用户的在不同网络中漫游;
频谱效率低且频谱少:在频率规划和应用上也缺乏相应的经验;
服务质量:语音质量差,用户数量多之后,基站之间的干扰和无线信号不稳定;
2、2G数字通信系统(后续皆为数字系统)
特点:
基于电路交换传输,GSM、IS-136、PDC等标准以TDMA为接入网多址技术,而CDMA(IS-95)标准使用CDMA技术,GSM网络使用RPE-LTP技术编码,使用GMSK技术调制;GSM是欧洲诞生和主推的标准,主要使用地区为欧洲和中国(移动),CDMA是美国主推的技术,使用国家主要为美日韩加拿大和中国台湾等地区;但整体两种标准都是“窄带”技术,网络仅提供话音、文字短信等简单的功能,没有数据通信服务。
架构:
GSM的网络架构包含3层架构,其结构如下:
在演进过程中引入GPRS,提供网络服务功能,结构如下:
演进:
2.5G,GSM引入GPRS(general packet radio service),利用GSM网络中未使用的TDMA信道实现数据分组发送和接收,用户永远在线,按流量、时间计费,降低了服务成本,CDMA20001x是CDMA标准的演进,相当与GSM严谨的GPRS网络;
2.75G,EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution) ,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。
3、3G UMTS(起初只有WCDMA)
特点:
3G接入网侧基于CDMA码分多址,ITU确定的4个无线接口标准分别为:WCDMA、CDMA20003x、TD-SCDMA,2007年加入的WIMAX,3G中3个网络标准基于CDMA多址技术,WiMAX基于OFDMA多址技术,各标准使用Turbo编码技术,使用QPSK和16QAM调制解调技术,WCDMA由欧洲3GPP组织制定,CDMA2000由美国等国组成的3GPP2制定,TD_SCDMA有中国制定,WiMAX有intel制定;WiMAX逐步实现宽带业务的移动化,而3G则实现移动业务的宽带化。相比之前的窄带数据服务,3G主要特征是可提供丰富的移动宽带多媒体服务,WCDMA是当前世界上采用的国家及地区最广泛的,终端种类最丰富的一种3G标准,占据全球80%以上市场份额;CDMA的地区只有日、韩、北美和中国电信,所以CDMA2000标准以这些国家和运营商为主,TD-SCDMA是由中国大陆独自制定的3G标准,该标准提出不经过2.5代的中间环节,直接向3G过渡,非常适用于GSM系统向3G升级。相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA它的起步较晚,技术不够成熟。
架构:
UMTS网络同时提供语音业务和数据业务,架构如下所示:
演进:
3G网络分为4中标准WCDMA(欧洲)、TD-SCDMA(中国)、CDMA2000(美国)、WiMAX(美国),它们有不同的地区和组织主推,各自的演进计划也不完全相同,大体至4G演进路线如下:
4、4G LTE
特点:
4G以OFDMA为多址技术,采用Turbo码编码技术,包含了
π/2-PBSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM等5中调制方式;LTE是3GPP制定,应用于手机及数据卡终端的高速无线通讯标准,该标准基于旧有的GSM/EDGE和UMTS/HSPA网络技术,并使用调制技术提升网络容量及速度。FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的,终端种类最丰富的一种4G标准。LTE标准由TDD和FDD两种不同制式,名义上是由和演进而来,但实际上LTE(包括TDD和FDD)采用的是OFDM(正交频分复用)方式调制,都采用了MIMO(多发多收)技术,并且也都能支持1.4、3、5、10、15 和20 MHz信号带宽,支持对已使用频率资源的重复利用。总的来说,LTE具备高速上下行,高效频谱利用率,系统布置灵活,无线接入延时更低等优点。
架构:
LTE网络架构相比3G网络,去除了基站控制器(RNC)这一网元,网络结构由3级变为2级,核心网也变成全IP化,网络架构扁平化、全IP化,网络架构如下:
演进:
LTE网络自R8协议提出时,并不能达到ITU的对4G的定义,所以也有人称之为3.9G,随着LTE不断演进,CA和MIMO技术的引入,至LTE-A已经完全达到了ITU对4G的标准要求,演进流程如下:
5、5G NR
特点:
5G网络使用F-OFDMA多址技术,eMBB业务控制信道使用Polar码编码方案,数据信道使用LDPC编码方案,主要使用64QAM和256QAM调制解调技术;该标准由3GPP组织制定,经过了2~3G的漫长混战,是首个世界范围统一认可的无线通信协议标准;
架构:
5G相比4G网络架构由两层变为三层结构,将BBU部分功能上升,核心网部分功能下沉,功能放置在CU网络单元,CU主要负责控制和协调多个小区,包括协议栈高层控制和数据功能,涉及到控制面的RRC功能和用户面的IP、SDAP、PDCP子层功能,CU完成功能对时延等要求较低,可采用通用硬件完成,所以可采用SDN/NFV等虚拟化和云化技术;5G核心网架构控制面板和用户面分离,总体整体网络架构更加灵活,方便网络更好的适应eMBB、uRLLC、mMTC业务,网络结构如下:
演进:
5G网络建设可选的方案分为NSA和SA两种方案,考虑成本的和应用的需求,多数运营商的网络会使用平滑的演进方式,即NSA->SA组网建网方式,2019将会是5G的试商用的关键一年;
6、多网并存的网络结构
未来将会出现2-5G,4中制式共存的局面,不过2G网络淘汰也必然是历史发展趋势,云化、IP化、智能化将会是未来网络发展的新方向;2~4G网络共存结构图:
Reference:
Appendix:
GSM网络结构(详)