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3G技術知識

admin @ 2014-03-26 , reply:0

概述

第一課、無線技術相關術語解釋GSM/2G   GSM(全球移動通信:GlobalSystemForMobileCommunication)是1992年歐洲標準化委員會統一……

第一課、無線技術相關術語解釋

  • GSM/2G
        GSM(全球移動通信:Global System For Mobile Communication)是1992年歐洲標準化委員會統一推出的標準,它採用數字通信技術、統一的網路標準,使通信質量得以保證,並可以開發出更多的新業務供用戶使用。GSM移動通信網的傳輸速度為9.6K/s。目前,全球的GSM移動用戶已經超過5億,覆蓋了1/12的人口,GSM技術在世界數字行動電話領域所佔的比例已經超過70%。由於GSM相對模擬移動通訊技術是第二代移動通信技術,所以簡稱2G。目前,我國擁有8000萬以上的GSM用戶,成為世界第一大運營網路。
  • GPRS(通用無線分組業務:General Packet Radio Service)是一種基於GSM系統的無線分組交換技術,提供端到端的、廣域的無線IP連接。簡單的說,GPRS是一項高速數據處理的技術,其方法是以“分組”的形式傳送數據。網路容量只在所需時分配,不要時就釋放,這種發送方式稱為統計復用。目前,GPRS移動通信網的傳輸速度可達115k/s。GPRS是在GSM基礎上發展起來的技術,是介於第二代數字通信和第三代分組型移動業務之間的一種技術,所以通常稱為2.5G。
  • WAP(無線應用通訊協議:Wireless Application Protocol)是移動通信與互聯網結合的第一階段性產物。這項技術讓使用者可以用手機之類的無線裝置上網,透過小型屏幕遨遊在各個網站之間。而這些網站也必須以WML(無線標記語言)編寫,相當於國際互聯網上的HTML(超文件標記語言)。打個比喻,GPRS和GSM都是馬路,而WAP是在馬路上的汽車。中國移動開通GPRS之後,WAP就行駛在GSM和GPRS兩條馬路上,而行駛在GPRS的馬路上可以提高數據傳輸速度。因此,現有WAP上的內容一樣可以通過GPRS進行瀏覽和應用。WAP是2.5G的協議。
  • 2.5G
     其它2.5G技術。2.5G移動通信技術是從2G邁向3G的銜接性技術,目前出現的2.5G銜接技術還包括:HSCSD、EDGE、EPOC等。
     HSCSD(高速電路交換數據服務:High Speed Circuit Switched Data)是GSM網路的升級版本,能夠透過多重時分同時進行傳輸,而不是只有單一時分而已,因此能夠將傳輸速度大幅提升到平常的二至三倍。目前新加坡M1與新加坡電訊的行動電話都採用HSCSD系統,其傳輸速度能夠達到57.6kbps。
     EDGE(全球增強型數據提升率:Enhanced Dataratesfor Global Evolution)完全以目前的GSM標準為架構,不但能夠將GPRS的功能發揮到極限,還可以透過目前的無線網路提供寬頻多媒體的服務。EDGE的傳輸速度可以達到384k,可以應用在諸如無線多媒體、電子郵件、網路信息娛樂以及電視會議上。
  • 3G
     3G是3rd Generation的縮寫,指第三代移動通信技術。相對第一代模擬制式手機(1G)和第二代GSM、TDMA等數字手機(2G),第三代手機是指將無線通信與互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。為了提供這種服務,無線網路必須能夠支持不同的數據傳輸速度,也就是說在室內、室外和行車的環境中能夠分別支持至少2M/s、384k/s以及144k/s的傳輸速度。CDMA被認為是第三代移動通信(3G)技術的首選,目前的標準有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。
     一個重要的提示:在《什麼是寬頻和寬頻網》一文中,曾經提到了寬/窄帶的分水嶺數據問題(骨幹網傳輸速率在2.5Gbyte以上、接入網傳輸速率達到1Mbyte的網路定義為寬頻),所以顯然所有2G和2.5G的產品和技術都不是寬頻技術,而能稱得上寬頻技術的只有3G及其後續技術。據說現在是有人要跳過3G,直接研究4G,不過具體的細節就不知道了。
  • CDMA
    CDMA(碼分多址:Code-Division Multiple Access)是數字移動通信進程中出現的一種先進的無線擴頻通信技術,它能夠滿足市場對移動通信容量和品質的高要求,具有頻譜利用率高、話音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆覆蓋廣等特點,可以大量減少投資和降低運營成本。CDMA最早由美國高通公司推出,近幾年由於技術和市場等多種因素作用得以迅速發展,目前全球用戶已突破5000萬,我國也在北京、上海等城市開通了CDMA電話網。

3G的標準
 國際電信聯盟(ITU)在2000年5月確定W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流無線介面標準,寫入3G技術指導性文件《2000年國際移動通訊計劃》(簡稱IMT-2000)。

  • W-CDMA:即Wideband CDMA,也稱為CDMA Direct Spread,意為寬頻分碼多重存取,其支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商,日本公司也或多或少參與其中,包括歐美的愛立信、阿爾卡特、諾基亞、朗訊、北電,以及日本的NTT、富士通、夏普等廠商。這套系統能夠架設在現有的GSM網路上,對於系統提供商而言可以較輕易地過渡,而GSM系統相當普及的亞洲對這套新技術的接受度預料會相當高。因此W-CDMA具有先天的市場優勢。
  • CDMA2000:CDMA2000也稱為CDMA Multi-Carrier,由美國高通北美公司為主導提出,摩托羅拉、Lucent和後來加入的韓國三星都有參與,韓國現在成為該標準的主導者。這套系統是從窄頻CDMA One數字標準衍生出來的,可以從原有的CDMA One結構直接升級到3G,建設成本低廉。但目前使用CDMA的地區只有日、韓和北美,所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過CDMA2000的研發技術卻是目前各標準中進度最快的,許多3G手機已經率先面世。
  • TD-SCDMA:該標準是由中國大陸獨自製定的3G標準,1999年6月29日,中國原郵電部電信科學技術研究院(大唐電信)向ITU提出。該標準將智能無線、同步CDMA和軟體無線電等當今國際領先技術融於其中,在頻譜利用率、對業務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨特優勢。另外,由於中國內的龐大的市場,該標準受到各大主要電信設備廠商的重視,全球一半以上的設備廠商都宣布可以支持TD-SCDMA標準。

第二課、3G與光通信
    3G究竟能給光通信帶來什麼?我們覺得這要分四個方面進行討論:   
1、3G對傳統的光網路技術有什麼挑戰?  
2、3G對光網路的帶寬需求究竟有多大?   
3、3G下什麼樣的產品或是廠商能夠更好的生存?   
4、運營商在3G下的光網路策略是如何的?
 在更進一步討論3G之前,我們先來了解一下3G。
 大家都知道3G的三個標準WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。由於聯通已經採用了CDMA2000,而大唐的TD-SCDMA一直都處於變化當中,因此現在人們口中的3G更多的是指WCDMA。
 WCDMA目前有R99、R4、R5、R6四個標準。其中R99和R4較為成熟,而且廠家也有較多產品。作為全IP的R5和R6,由於標準一直在更改之中,未有定論。
 下圖為基於R99的WCDMA網路結構:
 
 較為專業的說法是把3G分為無線網和核心網。RAN和空中無線部分稱為無線網,CN是指核心網。作為任何業務網路基礎的光網路,在3G中扮演的角色是對3G業務的承載。對於Node B到RNC的傳輸、RNC到核心網的傳輸都需要光網路的參與,而核心網之間的交互也是光網路的任務。
 下面我們就四個問題進行討論:
1、3G對傳統的光網路技術有什麼挑戰?
 從目前的光網路上看,SDH無疑是最主流的技術。在2G時代,SDH對TDM業務的適配是非常成功的。而在3G時代,由於各Iu介面採用了ATM協議,意味著我們的光網路必須支持ATM技術。有人會問,是不是這意味著ATM的復興呢?回答是否定的。我們利用ATM技術並不代表著我們要用ATM組網,也就是說,我們可以在SDH基礎上對ATM業務進行支持,這就是MSTP帶給我們的好處。
2、3G對光網路的帶寬需求究竟有多大?
 這是個很頭痛的問題。如果真正達到3G定義的在靜態環境上有2M的速率,那麼一個基站的扇區帶不了幾個用戶,即便是步行速率的384K,數量也很有限。由此可見,我們在3G建設的初期,就按照3G的定義來估算我們的帶寬需求,那將是一個不可估量的數字。從目前的情況看,必須對數據業務進行限數,即對各種高速率的數據用戶進行數量限制,而對速率為12.2K的語音用戶進行大幅度的支持。
3、3G下什麼樣的產品或是廠商能夠更好的生存?
 有網友在論壇上問我,光通信廠商如何在3G下更好的生存?這個問題基本已超出了技術範圍,我說我只能瞎說兩句。首先,我覺得3G對光網路產品有很大的挑戰。我看到,很多廠家的3G無線設備上集成了STM-1光口,有的甚至能在明年推出1+1備份的光口做MSP。假如有一天,在RAN上我看不到一端光端機,我也不會驚訝。而且,AAL2交換技術作為ATM業務匯聚的一種新技術,本身已經超過了MSTP提供的基於VPI/VCI的交換,這樣意味著Node B有可能比MSTP更具競爭力。
4、運營商在3G下的光網路策略是如何的?
 對於老牌的電信/網通而言,由於光網路一直遵從的是本地固定電話匯接網的結構,不僅網路結構上不符合3G的業務形式,而且目前網路中富餘資源太少,很難利用。這就意味著,至少在C3層面上,我們需要一個全新的“傳輸B平面”,也就是說,需要重新建立一個符合3G業務特徵,為3G預留容量的光網路。
 而對於聯通/移動而言,由於它們已經在CDMA和GSM上積累了豐富的運營經驗,而且它們的光網路和無線網路掛鉤密切,因此應該考慮以利舊和擴容為主要思路。尤其它們的光網路建立較晚,MSTP產品佔大多數,在升級的條件下可以更好的支持ATM業務。
 3G的熱潮從2000年開始已經很久了,但直到最近才真正有所動靜,光纖在線希望這一次3G不再是海市蜃樓的虛幻,它能帶著光通信一起飛躍到光明的彼岸。

第三課、3G、WLAN、Bluetooth三者關係之分析 
一、背景
 由於目前日本3G-FOMA商用情況和歐洲進行的3G試驗並未取得人們預想的結果,導致各國運營商3G計劃都進一步推遲;集團公司日前也將WLAN(無線區域網)和2.5G的GPRS相互整合提上議事日程,以加強無線上網的寬頻化和適用性,填補3G推遲所帶來的部分市場和技術空間;與此同時電信和網通也藉助WLAN介入無線數據領域,並嘗試用寬頻、無線、數據等概念來混擾用戶對3G、WLAN、Bluetooth三者的關係。
 在此背景下,可能會有人提出3G會受到2.5G與WLAN的聯合夾擊?而Bluetooth在這種關係中又處於何種地位?這三種技術彼此之間有什麼關係?本文將從技術屬性、支持環境等方面加以解釋分析。

二、概述
 3G、WLAN、Bluetooth這三種技術本質上是互補性的,儘管它們可能在邊緣上是競爭的。
 下表是由三種技術之間大致的關係: 
 
 可以看到這三種技術存在著某些關聯,但差異也是相當明顯的。
 WLAN目前得到廣泛應用的技術是802.11家族,它是IEEE在1997年發表的第一個無線區域網標準,而現在媒體屢屢提到的802.11b是1999年9月被批准,它也被稱為Wi-Fi(聽起來有點像音樂發燒友說的Hi-Fi),可支持11Mbps的共享接入速率;與此相似的是802.11a技術,它採用了5GHz的頻段,其速率高達54Mbps,分頻採用OFDM(正交頻分復用)技術,但無障礙的接入距離降到30-50米;去年新出現的一個候選標準802.11g其實是一種混合標準,即能適應802.11b標準,又符合802.11a標準,它比802.11b速率快5倍,並和802.11b兼容。
 藍牙技術是以低成本的近距離無線連接為基礎,為固定與移動設備的通信環境內建立一個特別連接的開放性全球規範,工作在2.4GHz頻段,目前可支持1Mbps的數據速率,支持數據與語音業務,目前可實現無障礙的接入距離在10米左右(發射功率為4dBm時)。藍牙技術研究小組SIG在2001年年初已出台藍牙1.1標準(通道數據傳輸速率為1Mbps),2001年年底又出台了藍牙標準2.0版(通道數據傳輸速率為2Mbps)。由於藍牙與802.11b都工作在2.4GHz頻段上,相互之間存在干擾,文獻數據表明,使用DSSS直序擴頻的802.11b其發射功率為20dBm時,將使藍牙數據包的丟失率達到13.46%,因此去年4月IEEE的PAN(Personal Area Network)工作組提出一項議案,可使Bluetooth和802.11b同時工作,避免相互干擾。
 3G最早在1985年國際電訊聯盟提出,當時考慮到該系統可能在2000年左右進入市場,工作頻段在2000MHz,且最高業務速率為2000Kbps,故在1996年正式更名為IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)。3G是一種能提供多種類型、高質量多媒體業務的全球漫遊移動通信網路,能實現靜止2Mbps傳輸速度,中低速384Kbps,高速144Kbps速率的通信網;但由於各國、各廠商的利益差異,產生目前三大主流技術標準WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA,而焦點集中在WCDMA(3GPP)和CDMA2000(3GPP2)上,隨著3GPP和3GPP2的標準化工作逐漸深入和趨向穩定,ITU又將目光投向能提供更高無線傳輸速率和統一靈活的全IP網路平台的下下代移動通信標準,稱為Beyond 3G。

三、迥異的技術屬性
 下圖是三種技術的移動性和相應帶寬之間的比較圖:  
 
 WLAN提供了高帶寬,但卻是在有限的覆蓋區域內(建築物內以及戶外的短距離)。根據大多數業界估計,即使1000個WLAN也不能在一個城域上提供足夠的覆蓋。與此相比,3G網路支持跨廣域網路的移動性,但是數據吞吐速度明顯低於WLAN。 由於3G與WLAN在覆蓋區域和帶寬上具有不同優勢和局限性,因此這兩種技術支持不同的應用並滿足不同的需要。在這種程度上,它們沒有相互構成競爭威脅,而是相互補充。
 由於3G、無線區域網和藍牙網路在技術屬性上不同,因此在它們所支持的功能和應用上也不同。
(1) 3G支持移動性,WLAN無線區域網支持便攜性
 3G網路是建立在蜂窩架構上的,最適於支持移動環境中的數據服務。蜂窩架構支持不同蜂窩之間的信號切換,從而向用戶提供了全網路覆蓋的移動性,這種移動性常常通過不同網路運營商之間的漫遊協議進行擴展。當然,可供移動用戶使用的帶寬是有限的。
 WLAN無線區域網提供了大量的帶寬,但是它覆蓋區域有限(室內最多100米)。它所支持的應用經常通過像筆記本電腦這類攜帶型以數據為中心的設備訪問,而非通過以電話為中心的設備進行訪問。 PDA和類似的小型設備也開始配置具有WLAN連接性,不過這一過程還處在幼年期。 藍牙網路只適於距離非常短的應用,很多情況下它們僅僅被用做線纜的替代物。
(2) 3G支持語音和數據,WLAN無線區域網主要支持數據
 語音和數據信號在許多重要的方面不同:語音信號可以錯誤但不能容忍時延;數據信號能夠允許時延但不能容忍錯誤。因此,為數據而優化的網路不適合於傳送語音信號。反之,為語音而優化的網路也不適於數據信號。WLAN主要用於支持數據信號,與此形成對比的是,3G網路被設計用於同時支持語音和數據信號。
 雖然WLAN正在向集成電話功能發展,但是其目前的結構中缺少支持像語音、多媒體和內容這類更高水平應用所要求的必需架構:例如,適應服務質量、可伸縮性和計費機制要求的架構。 現在有少數國家大型電信運營商提供了WLAN無線區域網服務(如上海電信的“天翼通”WLAN業務),儘管目前它們在漫遊、覆蓋以及計費整合上仍不成熟。

四、容量、干擾和主導力量
 大家都知道WLAN可以提供比3G網路大得多的帶寬。 雖然這種假設是正確的,但是大家同時要注意到WLAN是一種共享頻帶的技術。在共享頻帶技術中,可用的頻帶帶寬被用戶瓜分。換句話說,無線區域網可以提供11Mbps帶寬容量的事實並不意味著10個用戶同時都使用11Mbps容量。 雖然3G網路也受到容量的限制,但分組交換的蜂窩技術使它們可以以高容量支持更多數量的用戶。並且由於WLAN在無需許可的頻帶上運行,因此它們也更易受到其他運行在同一頻帶的技術(如藍牙)的干擾。
 同時,主導力量的不同也導致技術的不同發展方向。WLAN是由數據通信而非電信廠商領導的。這裡的領導者是傳統企業網路公司,如Agere、Cisco、3Com、IBM、D-Link及其他公司。 無線區域網廠商以自己的LAN經驗(像便攜性)來定義移動性。因此,它們的定義與3G移動基礎設施設備廠商使用的定義不同。 許多WLAN公司僅關注提供“傳輸線路”而對這些線路中傳輸的東西沒有太多的興趣。
 另一方面,3G基礎設施廠商(如Alcatel、Ericsson、Lucent、Nokia、Nortel、Motorola、Samsung和Siemens)來自傳統的電信世界。 它們的關注點是移動性,它們尋求利用可以為電信網路運營商生成更大收入流的移動數據服務來增強移動語音服務。
 移動性管理向人們提出了嚴肅的挑戰,但它也代表著巨大的收入機會。在移動環境中,電話號碼一般屬於一個人而不是一個地方,因此,網路知道你是誰,並且知道你在哪裡以及你何時在哪裡。這就使將來可以轉換成巨大收益的個性化信息服務成為可能。
 就藍牙來說, Nokia和Ericsson等廠商尋求藍牙技術只是為向它們的設備添加功能性,它們不一定將藍牙視為另一個純無線區域網標準。

五、供應渠道和業務模型
 WLAN和藍牙的供應渠道與3G通信系統的供應渠道有著顯著的不同。大多數無線區域網和藍牙設備廠商利用OEM關係簡化銷售和分銷過程。也許是由於它們認為自己僅僅提供無線連接性,因此WLAN和藍牙廠商不會專門參與服務的實際提供。特別是藍牙本身在支持移動服務上不夠安全或不夠強壯,只是晶元上的技術,只能以OEM方式在藍牙廠商和具體設備製造商之間傳遞。
 但與此同時,由於此類移動數據服務的新興世界仍沒有很好地得到定義: 在這個世界中,大家還不清楚怎樣的服務類型或提供這些服務相關的業務模型能夠成功,因此設備廠商(特別是3G廠商)正在積極探索不同的服務提供模式,使自己可以有效地向移動運營商推銷網路解決方案和設備。而各電信運營商也同樣都處在同一起跑線上,為將來的服務內容和業務模型苦苦思索。 但比較明顯的是,WLAN和3G業務模型有一樣重要區別: 提供WLAN服務的業務提供商(可能是大的電信運營商,也可能只是普通的ISP)只會向用戶提供基礎設施, 用戶必須購買或租用WLAN接入設備,來接入到無線區域網中; 相比之下,3G運營商很有可能為用戶提供3G終端的價格補貼,以便吸引用戶加入到自己的3G網路中。
 不過若能很好的處理好WLAN和3G或2.5G在業務技術層次上融合,如在WLAN環境中使用基於GSM/GPRS SIM卡認證技術,也可以使電信運營商更好的建立自己獨有的業務模型,以充分利用原有的計費系統和客戶關係。
 綜上所述,我們可以認為3G、WLAN和藍牙技術屬性截然不同,是相互補充的,雖然在邊緣部分存在著相互競爭。

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