今年是2019年,5G服务时代眼看就要在全球铺展开来。这段时间学习了一些通信方面的知识,这里首先梳理下各代移动通信网络中出现的各种特有名词。

什么是3GPP

第三代合作伙伴计划3GPP(3rd Generation Partnership Project)是一个成立于1998年12月的标准化机构。该组织囊括了来自世界所有地区的标准化组织,当前其成员包括欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、中国的CCSA、韩国的TTA、北美洲的ATIS和印度的电信标准开发协会。

这个组织机构的出现,最初是为了在国际电信联盟的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的(第三代)移动电话系统规范(也就是3G)。因为,在1998年末3GPP组织成立之前,3G的标准化工作一直在各个地区标准化组织之间并行进行。

名词翻译与大致发展

第二代(2G)移动电话系统

  • GSM(Global System for Mobile Communications):全球移动通讯系统。它经常被描述成“2G”。
  • GPRS(General Packet Radio Service):通用分组无线服务。它经常被描述成“2.5G”。
  • EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution):GSM增强数据率演进。作为2G和2.5G(GPRS)的延伸,有时会称为2.75G。
  • GERAN (GSM EDGE Radio Access Network):GSM/EDGE 无线通讯网络。是GSM/EDGE的无线接入部分(GPRS的空中接口)。

第三代(3G)移动电话系统

  • UMTS(Universal Mobile Telecommunications System):通用移动通讯系统。有时也叫3GSM,强调结合了3G技术而且是GSM标准的后续标准。MTS分组交换系统是由GPRS系统所演进而来,故系统的架构颇为相像。

  • UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network):UMTS的陆地无线接入网(UMTS的空中接口)。

    UTRAN 架构
    UTRAN 架构
  • HSDPA(High Speed Downlink Packet Access):高速下行分组接入。又称为3.5G,属于W-CDMA技术的延伸。

  • LTE(Long Term Evolution):长期演进技术。是电信中用于手机及数据终端的高速无线通讯标准,为高速下行分组接入(HSDPA)过渡到4G的版本,俗称为3.9G。

  • E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network):演进的通用陆面无线接入网络。属于3GPP LTE 的空中界面。与 HSPA 不同的是,LTE 的 E-UTRA 系一全新的系统,绝不相容于W-CDMA。它提供了更高的传输速率,低延迟和最佳化数据包的能力,用OFDMA无线接入给下行连接,SC-FDMA给上行连接。

    作为LTE和SAE网络一部分的EUTRAN架构
    作为LTE和SAE网络一部分的EUTRAN架构

注意:这里有一个准确的说法,国际上来看,长期演进技术LTE实际上不能称为真正的4G,因为它没有匹配国际电信联盟无线电通信部门要求的4G标准;LTE-A才匹配国际电信联盟无线电通信部门要求的4G标准。
但在国内,人们已经普遍将LTE认为是4G的代名词,这也没什么好纠结的,知道这个点就行。当然了,基于这样的认知,长期演进技术(LTE)的提升版本LTE-A在中国大陆称4G+。

第四代(4G)移动电话系统

  • LTE-A(LTE-Advanced):高级长期演进技术,在中国大陆称4G+,是长期演进技术(LTE)的提升版本,也是4G规范的国际高速无线通信标准。
  • SAE(System Architecture Evolution):系统架构演进。是3GPP对于LTE无线通信标准的核心网络架构的升级计划。SAE体系结构的主要组成部分是核心分组网演进(EPC,Evolved Packet Core ),也被称为SAE核心。

补充说明

LTE与SAE的关系

移动数据网络(PS)网络部分最早的资料都冠以SAE名头。SAE 全称是系统架构演进(System Architecture Evolution),是PS网络核心网网络架构向4G演进的工作项目。
与SAE对应的概念是LTE。LTE全称是无线接口长期演进(Long Term Evolution,LTE),是无线接口部分向4G演进的工作项目。
SAE和LTE都是工作项目(Work Item)的名字,是3GPP为达成某种目标,聚集了一群人,在某个时间开展的一项工作。所以,SAE和LTE是一群人从事的一个工作、一项事业。 而SAE和LTE所研究的对象,分别被称为EPC和E-UTRAN。这两个才构成我们看到的网络。

  • E-UTRAN:演进的UMTS陆地无线接入网(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)是3GPP 4G空中接口部分。
  • EPC:演进分组核心网(Evolved Packet Core),即 4G核心网。

EPC和E-UTRAN共同构成了EPS(演进的分组系统)。EPS代表了整个端到端的4G网络。 由于业界在宣传4G网络时(特别是终端在宣传支持4G时)往往以LTE来表述,造成LTE在今天成了4G整个网络的代名词。

总结一下,就是:我们将LTE代表4G网络,E-UTRAN代表4G网络无线接入部分,EPC代表4G网络核心网部分。

非3GPP系统举例

  • WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access):全球互通微波访问。是一项高速无线数据网络标准,主要用在城域网,由WiMAX论坛提出并于2001年6月成形。在概念上类似WiFi,WiMAX传送速率更快,传送范围距离更大,简单理解为一种“大WiFi”。
  • CDMA2000:也是一个3G移动通讯标准,但CDMA2000与另一个3G标准UMTS不兼容。
  • WIFI:在中文里又称作“无线热点”,是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证,是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。

不足与改进体现在哪

传统3GPP网络的不足:

  • 分组域网络业务支撑能力较弱,基本只能支持非实时性业务,语音业务依赖于电路域(CS)进行承载,造成分组域(PS)和电路域需要分网络运营,不利于网络的统一维护和管理,增加了运维成本。
  • 现有网络由于网络层次较多,数据路由转发效率较低,网络性能需要进一步优化。
  • 目前业务终端的处理能力及无线接入能力在不断增加,多种无线接入技术融合成为可能,促使网络支持多种无线接入系统。

LTE/EPC的研究目标是确定3GPP的长期演进计划,探索未来10年的关键技术。按照3GPP标准演进的构想,LTE/EPC的关键特性如下:

  • 网络架构全面分组化:整个网络全部接口除空口部分外的其他部分
    已经全部IP化、分组化,电路域不再被定义,只有分组域,语音业务可以由分组域配合IMS(IP Multimedia Subsystem)域等方式提供,以提升网络效率和性能。
  • 网络架构扁平化:网络结构趋于简单,简化了网络部署,同时大大缩短了时延。如:无线接入部分从3G时代的RNC+NodeB演进为一个eNodeB节点。网络部分的用户面只经过SAE-GW一个节点。

    简单的3G架构
    简单的3G架构
    LTE/EPC融合了GERAN和UTRAN的互操作
    LTE/EPC融合了GERAN和UTRAN的互操作
  • 支持多接入技术:支持与现有3GPP系统的互通,同时支持非3GPP网络的接入,支持用户在3GPP及非3GPP网络间的漫游和切换。

  • 高速率:峰值速率可以达到下行100Mbit/s,上行50Mbit/s。
  • 部署快:由于网络的简单化,可以快速部署网络,以适应业务不断丰富化发展的趋势。
  • 实时业务增强:增加对实时业务的支持,简化业务连接建立的时延。

再补充一些

3GPP2

第三代合作伙伴计划2(3rd Generation Partnership Project 2)创建于1998年12月,成员包括:通信工业协会(北美)、中国通信标准化协会(中国)、电波产业会(日本)和TTA(韩国)。
3GPP2声称其致力于使国际电信联盟的IMT-2000计划中的(3G)移动电话系统规范在全球的发展,实际上它是从2G的cdmaOne(IS-95)发展而来3G的CDMA2000(IS-2000)标准体系的标准化机构,它受到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。
与之对应的第三代合作伙伴计划3GPP致力于从GSM向W-CDMA(UMTS)过渡,因此两个机构存在一定竞争。

移动通讯标准发展-ing
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