3G和4G LTE网络架构之间的区别

2013-10-10 13:01:44来源: 互联网

LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗地称为3.9G,具有100Mbps的数据下载能力,被视作从3G4G演进的主流技术。

  2012年12月18日,中国移动香港TD-LTE网络交付商用;

  2013年2月2日,浙江移动在杭州、温州及宁波推出4G试商用;

  2013年2月27日,广州、深圳两地推出4G试商用;

  2013年3月消息,上海移动将在4月推出4G试商用。

  3G时代,中国拖了后腿,4G时代,我们需要卯足劲前进!文章主要解读3G网络架构和LTE网络架构的一些重要技术名词,两代网络架构之间的区别,以及LTE 4G网络的几个关键技术指标。

  

  2G/3G向LTE演进过程

  2G/3G阶段:语音业务是主要收入来源,宽带和分组域网络不断引入新的增值业务,宽带业务收入呈现上升趋势;

  业务IP化阶段:固定网络和移动网络,都通过网络智能化和软交换的部署进行电路域网络向IP承载的改造和升级;

  固定业务、移动业务融合阶段:固定、移动用户的带宽和速率都将大幅提升,固定和移动的业务网络建设可以进行多方面的融合;

  增值业务引入阶段:在业务层通过引入IMS,为固定和移动的宽带用户提供增值业务,Femto(家庭基站)的部署则实现终端融合;

  综合业务运营阶段:随着IMS不断发展扩大,网络演进为基于IP的宽带全分组网络,提供包括语音、数据、视频和流媒体融合的业务;

  lte1

  3G-4G演进示意

  LTE阶段:固定网络向三网融合发展,移动网络的无线部分全面部署LTE,核心部分则演进到EPC网络。

3G网络架构和LTE网络架构对比

  在讨论3G和LTE网络架构之前,大家先要理解以下几个专业名词:

  NodeB:由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频/基带子系统、天馈子系统等部分组成,即3G无线通信基站;

  RNC:Radio Network Controller(无线网络控制器),用于提供NodeB移动性管理、呼叫处理、链接管理和切换机制,即3G基站控制器;

  Iub:Iub接口是RNC和NodeB之间的逻辑接口,完成RNC和NodeB之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理;

  CS:Circuit Switch(电路交换),属于电路域,用于TDM语音业务;

  PS:Packet Switch(分组交换),属于分组域,用于IP数据业务;

  MGW:Media GateWay(媒体网关),主要功能是提供承载控制和传输资源;

  MSC:Mobile Switching Center(移动交换中心),MSC是2G通信系统的核心网元之一。是在电话和数据系统之间提供呼叫转换服务和呼叫控制的地方。MSC转换所有的在移动电话和PSTN和其他移动电话之间的呼叫;

  SGSN:Serving GPRS SUPPORT NODE GPRS(服务支持节点),SGSN作为GPRS/TD-SCDMA/WCDMA核心网分组域设备重要组成部分,主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能;

  GGSN:Gateway GPRS Support Node(网关GPRS支持节点),起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络;

  eNodeB:演进型NodeB,LTE中基站,相比现有3G中的NodeB,集成了部分RNC的功能,减少了通信时协议的层次;

  MME:Mobility Management Entity(移动性管理设备),负责移动性管理、信令处理等功能;

  S-GW:Signal Gateway(信令网关),连接NO.7信令网与IP网的设备,主要完成传输层信令转换,负责媒体流处理及转发等功能;

  PDN GW:是连接外部数据网的网关,UE(用户设备,如手机)可以通过连接到不同的PDN Gateway访问不同的外部数据网。

  lte2

  TTCN3 LTE网络架构解决方案(摘自testingtech)

  lte3

  4G网络架构的变化

  1、实现了控制与承载的分离,MME负责移动性管理、信令处理等功能,S-GW负责媒体流处理及转发等功能;

  2、核心网取消了CS(电路域),全IP的EPC(Evolved Packet Core,移动核心网演进)支持各类技术统一接入,实现固网和移动融合(FMC),灵活支持VoIP及基于IMS多媒体业务,实现了网络全IP化;

  3、取消了RNC,原来RNC功能被分散到了eNodeB和网关(GW)中,eNodeB直接接入EPC,LTE网络结构更加扁平化,降低了用户可感知的时延,大幅提升用户的移动通信体验;

  4、接口连接方面,引入S1-Flex和X2接口,移动承载需实现多点到多点的连接,X2是相邻eNB间的分布式接口,主要用于用户移动性管理;S1-Flex是从eNB到EPC的动态接口,主要用于提高网络冗余性以及实现负载均衡;

  5、传输带宽方面:较3G基站的传输带宽需求增加10倍,初期200-300Mb/s,后期将达到1Gb/s。

4G网络几个关键的技术指标

  ■ OFDM

  OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM多载波调制的一种,其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制在每个子信道上进行传输。OFDM技术之所以越来越受关注,是因为OFDM有很多独特的优点:

  1、频谱利用率很高,频谱效率比串行系统高近一倍;

  ??2、抗衰落能力强;

  ??3、适合高速数据传输;

  ??4、抗码间干扰(ISI)能力强;

  当然,OFDM也有其缺点。例如:对频偏和相位噪声比较敏感。功率峰值与均值比(PAPR)大。导致射频放大器的功率效率较低。负载算法和自适应调制技术会增加系统复杂度。

  ■ 软件无线电

  所谓软件无线电(Software Defined Radio,简称SDR),就是采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义实现无线电台的各部分功能。其核心思想是:在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器,尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。

  总之,软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片,以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。软件无线电有以下一些特点:灵活性、集中性、模块化。

  ■ 智能天线

  智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。多波束天线与固定波束天线相比,天线阵列的优点是除了提供高的天线增益外,还能提供相应倍数的分集增益。其工作原理和核心思想是:根据信号来波的方向自适应地调整方向图,跟踪强信号,减少或抵消干扰信号。

  智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能。可以提高信噪比,提升系统通信质量?缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾,降低系统整体造价,因此其势必会成为4G的关键技术。

  ■ IPv6

  4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流,因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。选择IPv6协议主要基于以下几点的考虑:巨大的地址空间、自动控制、服务质量(QoS)、移动性。

  ■ MIMO

  MIMO(多输入多输出技术)技术是近年来热门的无线通讯技术之一。4G系统采用了MIMO技术,即在基站端放置多个天线,在移动台也放置多个天线,基站和移动台之问形成MIM0通信链路。MIMO可以比较简单地直接应用于传统蜂窝移动通信系统,将基站的单天线换为多个天线构成的天线阵列。

  在现有的移动通信系统中,多数基站的天线采用一发两收的结构。对比分析这两种技术,MIMO系统有以下五大优点:

  1、降低了码问下扰(ISU);

  2、提高了空间分集增益;

  3、提高无线信道容量和频谱利用率;

  4、大幅提高资料的传输速率;

  5、提高信道的可靠性,降低误码率。

关键字:3G  4G  LTE  网络架构

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1010/article_19928.html
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