基于核心网的移动通信系统网络架构，应对5g的需求，有哪些缺陷

一　4G简述　　在移动通信领域，每10年就发生一次革命性变化。80年代的第一代模拟移动通信系统和90年代的第二代蜂窝移动通信系统主要用于话音业务和支持电路交换类型的业务，这两代系统的空中接口速率只有几百kbit/s。将在21世纪初投入使用的3G系统IMT-2000在室内环境下能提供2Mbit/s的速率，在车载情况下速率至少为144kbit/s。移动通信已成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。当今移动通信系统正向高数据率、高度移动性和大范围覆盖方向发展。　　尽管3G系统标准比现有无线技术更强大，但也将面临竞争和标准不兼容等问题。人们呼吁移动通信标准的统一，期望通过第四代移动通信标准的制定来解决兼容问题。　　国际电信联盟（ITU）目前已开始研究制定4G系统标准，把移动通信系统同其他系统（如无限局域网，WLAN）结合起来，产生4G技术，2010年前使数据传输速率达到100Mbit/s。提供更有效的多种业务，实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝衔接并相互兼容。4G应具有更高的数据率和频谱利用率，更高的安全性、智能性和灵活性，更高的传输质量和服质量（QoS）。4G系统应体现移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势。因此4G 系统应当是一个全IP的网络。二　4G的技术特点　　4G是多功能集成宽带移动通信系统，比3G更接近于个人通信。其特点主要有：　　（1）高速率。4G的信息传输速率要比3G高一个等级，从2Mbit/s提高到10Mbit/s。　　（2）灵活性强。4G拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性。　　（3）兼容性好。目前ITU承认的、已有相当规模的移动通信标准有GSM、CDMA和TDMA三大分支，可通过4G标准的制定来解决兼容问题。　　（4）用户共存性。4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求。　　（5）业务多样性。未来通信中所需的是多媒体通信：个人通信、信息系统、广播和娱乐等将结合成一个整体。4G能提供各种标准的通信业务，满足宽带和综合多种业务需求。　　（6）技术基础较好。4G将以几项突破性技术为基础，如OFDM、无线接入、软件无线电等，能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。　　（7）随时随地的移动接入。4G利用无线接入技术，提供话音、高速信息业务、广播及娱乐等多媒体业务接入方式，用户可随时随地接入系统。　　（8）自治的网络结构。4G网络将是一个完全自治、自适应的网络。可自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。三　4G网络结构　　4G系统针对各种不同业务的接入系统，通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变得更容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带，这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端，跨越多个运营商和服务商，提供更大范围服务。　　4G网络有如下特征：　　（1）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构；　　（2）与Internet集成统一，移动通信网仅仅作为一个无线接入网；　　（3）具有开放、灵活的结构，易于扩展；　　（4）是一个可重构的、自组织的、自适应网络；　　（5）智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求；　　（6）用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无缝切换，传送高速多媒体业务数据；　　（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展。四　4G通信系统的关键技术41　OFDM调制技术　　未来无线多媒体业务既要求数据传输速率高，又要保证传输质量，这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率，又要有较长的码元周期，OFDM 技术正满足这一需求。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，这样尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的。且在各子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道带宽，大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰，从而减小各子载波间的相互干扰，提高频谱利用率。42　软件无线电　　软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。通过不同软件程序，在硬件平台上实现在不同系统中利用单一终端漫游。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）、现场可编程器件（FPGA）、数字信号处理（DSP）等。43　智能天线（SA）　　智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器，对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。　　目前，智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量，计算量大，信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点，实际信道条件下，当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。在基于预多波束的切换波束工作方式下，全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠，接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式，与自适应方式相比它显然更容易实现，是未来智能天线技术发展的方向。44　MIMO技术　　多输入多输出技术（MIM0）是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益，已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。五　4G的发展趋势　　从4G的发展前景看，除0FDM和智能天线等核心技术外还包含一些相关技术。　　（1）交互干扰抑制和多用户识别：待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为4G的组成部分。它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系统，消除不必要的邻近和共信道用户的交互干扰，确保接收高质量信号。这种组合将满足更大用户容量和覆盖范围，大大减少网络基础设施的部署，确保服务质量。　　（2）可重构性自愈网络：4G无线网络中将采用智能处理器，可处理节点故障或基站超载。网络各部分采用基于知识解答装置，可纠正网络故障。　　（3）微微无线电接收器：未来4G 中要研究的另一重点，它是嵌入式无线电。采用此技术，功耗是采用现有技术的l/10～1/100。　　（4）无线接入网（RAN）：4G系统高速度、大容量，低比特成本。4G系统RAN的发展趋势是电路交换向基于IP分组交换发展，设备分集向网络分集发展。这种基于IP技术的网络架构使得在3G、4G、W-LAN、固定网之间漫游得以实现，并支持下一代因特网。结束语　　4G是人类有史以来最复杂的技术系统。要顺利全面地实施4G通信，还将遇到一些困难，其发展将面临极大的市场压力。目前世界发达国家正积极进行4G技术规格的研究制定，研究包括网络结构、用户切换和漫游等移动环境下的系统实施方案，从而实现用户的大范围移动。

网络架构的扁平化一直是移动运营商十分关注的话题。扁平架构最主要的目的是构建一个低时延和低成本的网络架构，将传统网络中的多个节点功能集成到一个节点上，这样一个节点身兼数职，通过分布式处理方式将所有这些同质化节点连接在一起。在传统网络中，每个集中式节点一旦出现故障，波及的范围会很广，而在扁平化网络中，每个扁平化节点功能类似，彼此独立，一旦出现故障，只影响自己覆盖区域的用户，因此，整个网络的稳定性更好；其次得益于多种分布式管理方式，扁平化网络节点将更加智能化，从而网络扩展性会更强；最后扁平化架构降低了数据传输路径和传输时延，从而用户的业务体验也将得到进一步提升。

团队的补充 2011-01-17 15:50 1 第三代移动通信（3G）与前两代的主要是提升了传输声音和数据的速度，能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括电话会议、电子商务等多种信息服务

3G系统采用码分多址（CDMA）和分组交换技术。三种主流的技术标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。主要问题在于：没有一个统一的世界标准；语音不是在IP网络结构上；数据传输达不到速度要求。

国际两大3G标准化组织：3GPP和3GPP2。第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，即3GPP）成立于1998年12月。成员包括欧洲ETSI、日本ARIB和TTC、中国CCSA、韩国TTA和北美ATIS。3GPP的目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的(第三代) 移动通信系统规范，致力于WCDMA的发展。第三代合作伙伴计划2（3rd Generation Partnership Project 2，即3GPP2）成立于1998年12月，成员包括：TIA (北美)、CCSA(中国)、ARIB/TTC(日本)和TTA(韩国)。3GPP2其致力于使ITU的 IMT-2000计划中的(3G)移动电话系统规范在全球的发展，它是从2G的CDMA或者IS-95发展而来的CDMA2000标准体系的标准化机构。

WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。WCDMA（宽带码分多址）采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为384Mcps，载波带宽为5MHz。基于Release99/Release4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。

HSDPA（高速下行分组接入，High Speed Downlink Packages Access）技术是实现提高WCDMA网络高速下行数据传输速率最为重要的技术，是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，HSDPA是与R99的信道在同一载波上，只是为HSDPA增加了专门的信道，只需要进行软件升级即可。HSDPA下行峰值速率理论最大值可达144Mbps。

HSUPA(高速上行链路分组接入，high speed uplink packet access)。HSUPA通过采用多码传输、HARQ、基于Node B的快速调度等关键技术，使得单小区最大上行数据吞吐率达到576Mbit/s，大大增强了WCDMA上行链路的数据业务承载能力和频谱利用率。HSUPA引入了五条新的物理信道E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH和两个新的MAC实体 MAC-e和MAC-es，并把分组调度功能从RNC下移到NodeB，实现了基于NodeB的快速分组调度，并通过混合自动重传HARQ、2ms无线短帧及多码传输等关键技术，使得上行链路的数据吞吐率最高可达到576Mbit/s，大大提高的上行链路数据业务的承载能力。

HSDPA是WCDMA下行链路方向(从无线接入网络到移动终端的方向)针对分组业务的优化和演进。与HSDPA类似，HSUPA是上行链路方向(从移动终端到无线接入网络的方向)针对分组业务的优化和演进。HSUPA是继HSDPA后，WCDMA标准的又一次重要演进。

CDMA2000即CDMA2000 1×EV，1xEV的意思为“Evolution”，表示标准的发展，DO意为Data Only（后来把Data Only改为Data Optimized，表示EV-DO是对CDMA2000 1X网络在提供数据业务方面的一个有效的增强）。CDMA2000 1×EV-DO（Data Only），采用话音分离的信道传输数据。CDMA2000 1×EV-DV（Date and Voice），即数据信道于话音信道合一。CDMA网提供两大类应用，语音和数据。根据应用CDMA2000演进可分为继续提高语音容量，从CDMA2000 1X演进到1X增强版或从CDMA2000 1X标准演进到EV-DO版本0，然后从EV-DO版本0演进到EV-DO版本A以及EV-DO版本B再到EV-DO增强版。

CDMA2000 1X到1X增强版的平滑演进是利用1/8空白速率帧，使用更有效的闭环功控、反向链路提早结束、前向链路提早结束、前向链路干扰抵消（QLIC）、QOF等技术，采用双天线接收的话，则每扇区的容量可达120个同时通话。1X增强版显著增加了语音容量，同时让网络和频谱投资最大化。

从CDMA2000 1X演进到EV-DO版本0，在原有的1X基站上增加一个专门用来做高速数据传输的载频，还需要增加新的PCF（分组控制功能模块）。兼容特性使得1x EV-DO可沿用现有网络的规划及射频部件。1x EV-DO基站还可与CDMA2000 1X的基站合一，并允许用户经由1X的载波使用高质量的话音服务和通过1x EV-DO的载波使用高性能的移动数据业务。

从EV-DO版本0演进到EV-DO版本A，只需对EV-DO版本0网络设备进行软件更新，升级基站中的信道板，基站系统中的其他硬件设备则完全可以保留重用。针对网络的不同情况，EV-DO版本A标准还支持终端在EV-DO版本A和EV-DO版本0网络之间的快速切换。终端和网络的后向兼容性保证了运营商可以逐步向版本A演进，保护了对原版本0网络和终端的投资。由于EV-DO版本A设备已经成熟，可以选择跳过EV-DO版本0而直接从CDMA2000 1X升级为EV-DO版本A。EV-DO版本A到EV-DO版本B，基站和终端之间可以在前反向多个载波上同时传送数据，从而获得更高的峰值传输速率和系统吞吐量。EV-DO版本B可以通过支持多个载频的EV-DO版本A基站进行升级来实现，这需要对基站和基站控制器进行软件更新。EV-DO版本B完全后向兼容EV-DO版本0和EV-DO版本A。EV-DO版本A和EV-DO版本0终端可以无缝接入到EV-DO版本B网络中获取服务。EV-DO版本B网络可以更有效地支持VoIP和可视电话等实时业务。EV-DO增强版完全后向兼容EV-DO版本0、EV-DO版本A和EV-DO版本B。EV-DO版本B、EV-DO版本A和EV-DO版本0的终端可以无缝接入到EV-DO增强版网络中获取服务。

2 在3G之后，第四代（4G）移动通信更先进的技术旨在建立一个新的全IP化的接入网和与固网融合的纯IP核心网，目的是提供宽带移动无线接入

3G向4G的演进路线为：WCDMA和TD-SCDMA，均从HSDPA演进至HSUPA，进而到LTE（3GPP长期演进项目）；CDMA2000沿着1xEV-DO0、1xEV-DOA、1xEV-DOB，最终到UMB，超移动宽带（Ultra Mobile Broadband）。

　　CMDA蜂窝通信系统的网络结构与GSM系统相类似，主要由基站收发信机BTS、基站控制器BSC、移动交换中心MSC、 *** 作管理中心OMC等组成。

　　如下图：