无线通信基础（一）：无线网络演进

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TD-SCDMA和WCDMA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)天线技术，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：