[精编]2G,3G,4G框架结构简要分析总结

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1、GSM(第二代蜂窝移动通信系统)GSM 900MHZ 频段工作频率:上行 890915(MHZ) 下行 935-960 (MHZ)工作带宽:25MHZ 双攻间隔:45MHZMS:移动台 BTS:基站收发器BSS:基站子系统 BSC:基站控制器NSS:网络子系统 EIR: 设备识别登录器OSS:操作支持子系统 AUC:鉴权中心VLR: 拜访位置寄存器 OMC:操作维护中心 ,主要负责网元的监控,操作和维护.dBd=2.15+dBi0dBd=2.15dBiHLR; 归属位置寄存器 PSTN:公共电话交换网ISDN: 综合业务数据网 PDN:-GW:分组数据网管PLMN:公共陆地移动网移动设备识别寄

2、存器(EIR)也是一个数据库,保存着关于移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)的三份名单:白名单、黑名单和灰名单。3GITU:国际电联TD-SCDMA:时分同步码分多址TD-SCDMA特点:,在频谱利用率、对业务支持具有灵活性等独特优势。优势:中国自有 3G 技术,获政府支持 1 WCDMA特点:宽带码分多址,这是基于 GSM 网发展出来的 3G 技术规范优势:有较高的扩频增益,发展空间较大,全球漫游能力最强,技术成熟性最佳。 1 CDMA2000特点:CDMA2000 是由宽带 CDMA(CDMA IS95)技术发展而来的宽带 CDMA 技术,也称为 CDMA Multi-Carrier,

3、由美国高通公司 为主导提出。优势:可以从原有的 CDMA1X 直接升级到 3G,建设成本低廉。LTE(长期演进技术)根据双工方式不同 LTE 系统分为 FDD-LTE 和 TDD-LTE,二者技术的主要区别在于空口的物理层上(像帧结构、时分设计、同步等) 。LTE 的关键技术:其实说到关键技术,主要还是物理层的关键技术,LTE 在物理层采用了 OFDM 和 MIMO 等技术,极大地提高了系统的系统和吞吐量。OFDM这个技术说的很玄乎,其实在 wimax 和 wifi 里早就利用了,我以前就说过 OFDM 并不比 CDMA 的频谱利用率更高,但是他的优势是大宽带的支持更简单更合理,而且配合 mi

4、mo 更好。举个例子,CDMA 是一个班级,又说中文又说英文,如果大家音量控制的好的话,虽然是一个频率但是可以达到互不干扰,所以1.25m 的带宽可以实现 4.9m 的速率。而 OFDMA 则可以想象成上海的高架桥,10 米宽的路,上面架设一个 5 米宽的高架,实际上道路的通行面积就是 15 米,这样虽然我水平路面不增加但是可以通行的车辆增加了。而 OFDM 也是利用这个技术,利用傅里叶快速变换导入正交序列,相当于在有限的带宽里架设了 N 个高架桥,目前是一个ofdm 信号的前半个频率和上一个频点的信号复用,后半个频率和后一个频点的信号复用。那信号频率重叠了怎么区分,很简单,OFDM,O 就是

5、正交的意思,正交就是能保证唯一性,举例子,A 和 B 重叠,但是 A*a+B*b,a 和b 是不同的正交序列,如果我要从同一个频率中只获取 A,那么通过计算,(A*a+B*b)*a=A*a*a+B*b*a=A+0=A(因为正交,a*a=1,a*b=0)。所以 OFDMA 是允许频率重叠的,甚至理论上可以重叠到无限,但是为了增加解调的容易性,目前 LTE 支持 OFDM 重叠波长的一半。MIMO其实在早期的 LTE 放弃 CDMA 很重要的一个原因就是 CDMA 对MIMO 支持不好,而 OFDM 采用的子载波数据是将串行数据转化为并行,并行数据可以很好地适应 MIMO 的接收。(至于为什么不用

6、CDMA,大家可以好好看看红宝书)MIMO 就是多进多出的意思,这样我可以在空间传送多路信号,其中分这么几大类,我简单的给大家介绍下(我也是刚看 MIMO,找不到合适的资料,但是大概意思还懂点)a、single-ant。单天线传输(基本模式)b、transmitting-diversity。适合覆盖边缘,用不同模式在不同天线上传输相同数据,提高传输质量。就好比你在香港问路,一个人用粤语说一遍,另外一个人用普通话说一遍,你总能明白一个吧。c、open/close loop sdma。适合覆盖好的地方,通过空分复用提升速率。好比你左右 2 个耳朵同时接收 2 个不同的内容,相同的时间信息量翻倍。d

7、、mu-mimo,适合 2 个用户分隔较远的情况,同时可以对 2 个用户传输不同的内容,增加信息量输出。e、close loop rank=1 。适合覆盖边缘,1 个天线发射,2 个天线接收,类似 c,但是 2 个耳朵接收同一个内容,增加可靠性f、还一种波形对准用户方式,智能天线能够根据波束找到用户方向(波的干涉原理),将主瓣对准它,增加可靠性。说白了 mimo 就是基站和发射天线之间的一些小协议,通过判断用户的位置,信号强度,由基站决定采用哪种方式给用户发送数据,由天线实现,可能还有很多种,很多小类,我这里看的也不全,具体细节也是一头雾水。HARQ其实刚看到这个知识点的时候,我觉得 CDMA

8、 里也有 HARQ 就没仔细看,后来翻翻才知道大有文章,在 CDMA 中,HARQ 的作用是早终止,例如这个包是计划 4 次发射成功的,我每发一次就让对方给个回复,如果给 NAK,说明没解调,继续发,给 ACK 就说明对方解调了,可以终止了,类似编程里的判断语句,最终如果就发了 2 次对方就回了 ACK,说明我提前发送成功,节约了资源。而 LTE 里的 HARQ 为什么单独拿出来讲,因为它不光具有早中止的功能,还有纠错功能,相当于 HARQ=FEC+ARQ,FEC 是 QPP 的 tubo 编码,例如我发一个包,对方没解调出来,对方不会说丢弃而是保留这个包,回 NAK,第二次发这个包,对方收到

9、会和上次保留的包进行比对,如果 2 次缺失的内容刚好能互补,能够还原这个包就回 ACK,这样就相当于分为了 2 步,先进行纠错和检测,能纠正过来就回 ACK,不能纠正再进行 ARQ。PAPROFDM 由于在频域上的子载波是互相重叠的,所以如果 2 个子载波刚好都是正能量,那么合并后会更高,很容易造成高峰均比,峰均比最大的不好就是功率要求大,直接的影响就是功放利用率低,同时要线性更好的功放,举个例子,例如住房子,如果你和姚明一起住,那么层高要 3 米才行,如果没有姚明,层高 2.7 就够了,那么开发商不愿意增加成本怎么办,最简单的办法就是把姚明折叠起来,让他一直坐着。OFDM 也是一样,这个技术

10、就叫 PAPR。主要是采用 2种方法:a、限幅,就是信号经过非线性部件之前进行限幅,将峰值信号降低,数学上是设定一个目标值,大于目标值的乘以一个系数让其降下来(书上都有数学公式),就类似让姚明弯腰一样,但是你降下来的部分会对原来的部分造成干扰,也是一个不利的方面。b、压缩扩张,除了限幅,还可以把大功率信号压缩,而把小功率信号放大,缩小差距从而降低峰均比。其实就是在 IFFT 是计算一个平均振幅值,在反变换时候将这个平均振幅值加载反变换过程中,起个中和的作用。循环加入 CPOFDM 每个子载波都必须为一个整数波形,但是如果发生了时延,到了接收端可能就不一定完整了,举个例子,如果你发了 1234(

11、其实是有保护间隔的),但是由于时延,有一部分超出了接收端的时间窗,接收端收到的是 234,这样的话在一个子载波周期里就不是完整的波了,失去了原来的正交特性,从而引起载波间的干扰,所以就引入了个概念 CP。很多人知道 CP,但是可能不知道是怎么加的,其实是将波形的后半部分复制到前半部分,从而形成一个保护带,还用上面的例子,加入 cp 后为 341234,其中 34 是 cp,接收端收到的是 41234,这样我就保证了 1234 都能收到,同时 4 也是我波形里面的一部分(4123本身就是个完整的波,就是相位变了但是仍然可以解调),不会破坏正交性。接收端取出 CP 后就恢复了原来的数据,这样就可以

12、解决时延的问题了。而加入多大的 CP 也是根据你环境所决定的。CP 过大会占用过多资源,影响速率,过小容易造成干扰,也是个敏感的东西。前面讲了 OFDM,MIMO,自适应编码,HARQ 等等关键技术,还剩一个小区间干扰消除,今天我有时间刚好就写写吧。先讲讲为何会有小区间干扰,假如你在一个小区内,你和其它用户都是通过 OFDMA 区分的,也就是正交的,是不会存在干扰的。可是如果你在 2 个小区之间呢?那就不一样了,你在 2 个小区 A 和 B 之间,A 和 B 是同频的,同时有没有一个统一的 OFDMA,所以对这个用户来说,你用 A,B 就是干扰,举个例子,你在你们班的学号是 1 号,在你们班回

13、答问题,1 号是你就肯定没错,可是如果你们班和别的班混在一起上课,老师说,1 号回答问题,那么这个 1 号就不一定代表你了。这就叫小区间的干扰。那么怎么克服呢,下面讲几种方法。1、加扰法在 CDMA 中也有加扰,作用就是避免全 0 或者全 1,增加解调可靠性,LTE 也用,其作用也是一样,增加小区边缘信号的随机性,在你原有信号的基础上加上扰码序列,我觉得应该是 UEid 之类的东西,这样出现相同号码的几率就会下降(其实是相关性下降,理解就行),举例啊,你是 1 号,加扰后变成 101,那么另外一个班的 1 号可能加扰后变成了 201,那么同样是 1 号,干扰的几率就下降了。2、跳频法这个很简单

14、,学过 GSM 的都知道,把频率错开,怎么也不可能有干扰了,继续举例子,如果 2 个班合并,1 个班只要单号,另外一个班只要双号,这样每个号码都不会有冲突了,这个目前 LTE 有子帧内跳频和子帧跳频,这个就是跳频的范围不同而已。3、发射端波束赋形这个技术来源于 TD-SCDMA,就是通过共振确定被干扰用户的方向,在这个方向上功率调低,减少对其的干扰,听着就比较玄乎不是,目前证明在 td 上使用是很失败的,LTE 也只是列为可选,还没见那家公司用。4、irc又一个大缩写,其实也不难,就是利用多根天线之间的加权来克服干扰,这个目前好像采用的也很少。我也不是很明白,我的理解类似一根天线为 x,另外一

15、根为 y,通过 2 个天线权重的不同克服干扰,有明白的可以一起探讨。5、小区间干扰协调这个是最 nb 的了,我觉得也是最可用的,主要设计思想就是通过不同的频率来分开边界的用户,这个和跳频不同,跳频的作用是通过频率变化来增加随机性,而小区间干扰则是隔离 2 个小区。主要实现方法是分频率协调和功率协调。频率协调很简单,就是将频率分为三等分,小区中央的用户用全部频段,而边缘的用户用其中的三分之一。这样边缘的用户相当于频分了,就不存在干扰了。举个例子,红蓝黄三重颜色,小区中央的用户三种颜色都用,保证速率,A 小区边缘的用红色,B 小区边缘用蓝色,C 小区边缘用黄色,这样边缘的用户就不会混了,也就不存在

16、干扰。这里涉及一个重要的问题,如何区分边界用户?其实很简单,UE会测量小区质量,上报一个 RSRP,小区就是根据 RSRP 来判断是否在覆盖边缘,从而决定是给他全频段还是部分频段。还有一种是功率协调。作用和上面一样,但是实现方式不同,三个小区每个小区都有一个频段功率较大,保证边缘占用。举例,A小区的黄色功率大,B 小区的蓝色功率大,C 小区的红色功率大,虽然我没有区分边缘用户,但是从覆盖的角度来看边界也被区分为红黄蓝。当然也可以分为静态和半静态。上面说的都是静态,半静态就更复杂些,可以决定哪些 PRB 分给谁来减少干扰。本来想讲讲信令,可是考虑到大家很多都有实际经验而我连设备都没接触到就算了,这东西各种资料多得是。就说说 qos 吧,和cdma 一样,LTE 的 qos 是基于承载的,也就是说

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