作者：童晓渝,刘露,李璐颖,张云勇,房秉毅,陈清金(编著)
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
新一代移动融合网络理论与技术试读：
前言
随着智能终端的不断普及，资费不断下降和日益丰富的多媒体业务，使得用户对移动宽带的需求日益强烈。与此同时数据流量的剧增，将成为业务发展的主要瓶颈。传统方案通过扩容来加厚覆盖，这势必带来成本压力，运营商希望寻找一种低成本的接入方式卸载流量。
固定网和移动网的有效融合，发挥固定宽带与移动宽带的互补优势，不断丰富宽带产品应用，保持宽带运营领域的领先优势，将成为运营商宽带战略重要手段。至今己有很多国家有了商业操作的3G网络，但我们注意到一个事实，这些商用的系统似乎效果并不是很好，因为大多数用户并不想为了不算很好的接入速度花费很大的代价。而与之对应的，WLAN却有着低廉的价格和高速的接入，并且在可预见的未来，速度会进一步提升。因而单就接入技术来讲，WLAN是有优势的。但同时WLAN的覆盖范围较小，使得用户的移动性受到很大的限制。这时一个自然的想法就是利用3G良好漫游特性和安全的计费服务系统，来整合WLAN的接入方式，为用户提供良好的移动性、高的接入速度和相对低廉的价格。
从市场生存空间来看，3G和WLAN覆盖了不同的群体，互相结合会扩大各自的用户群体，为用户创造方便的上网条件；同时为运营商带来利润。3G系统与WLAN的互联可以实现优势互补，既保留了3G系统在计费管理、漫游和安全方面的优势，又能以较低的成本实现热点地区的覆盖，既可以减少运营商的网络投资费用，又可以在大范围内实现较高的接入速率，并且未来的第四代移动通信系统也表现为类3G和类WLAN技术的混合体，两者的互连己成必然趋势。
鉴于WLAN技术在高带宽、成本廉价和应用普及等方面具有独到优势，将2G/3G和WLAN融合，从而使得终端既能够通过WLAN访问大流量的Internet业务，以减少对2G/3G的带宽压力，又能够通过WLAN访问运营商的PS域业务（如MMS、手机邮箱、手机下载等），并可以利用3GPP补充WLAN功能（如认证、计费、精细的业务控制），最终可以提升用户的体验，降低建网成本，增强竞争力。
WLAN与3G/LTE的融合互通一方面为移动用户提供了多种接入选择，丰富的应用业务，并提供更加可靠、高效的数据传输服务；另一方面也为移动通信系统的回传网络在带宽、可靠性、可扩展性提出了更高的要求。
本书内容不仅涵盖新一代移动融合网络架构、融合中的关键技术、融合网络的协议等内容。更难能可贵的是从实际出发，详细而深入地介绍了从运营商角度探索WLAN与2G/3G网络融合模式，为实际应用提供了决策和规模部署的支撑，最终可以提升用户的体验，降低建网成本，增强竞争力。
本书结构如下：第1章分析了移动融合网络发展现状，融合网络发展的需求及未来的发展趋势。第2和第3章重点介绍移动通信网络中的各种关键技术及现有移动融合网络架构。第4～7章从网络协议转换与匹配，网络回传机制与负荷分担及网络业务安全角度，着重介绍移动融合网络的具体解决方案。第8章结合最新的移动互联网和云计算技术，简要阐述了未来一种适应于业务发展的移动融合网络架构。
本书具有如下4大特色：
1）通俗性
本书介绍了移动融合网络的基本知识，从具体技术理论到运营商实际案例等相关知识全部涵盖。读者只需具备基本的电信及IT知识即可。每章的标题就是对该章内容的高度概括，在接下来的内容中对其进行的解释尽可能做到准确、翔实。
2）完整性
本书从网络架构、具体技术细节到具体网络实现都进行了周详的论述。
3）实用性
本书紧密结合实际，从社会需求、产业转型，到技术支持、企业应用等各方面进行分析和论述。
4）新颖性
本书对最新的产业进展和国内外研究进展都进行了介绍，并对未来发展进行展望。
本书由童晓渝等负责策划和通稿。第1、3、4、5章由刘露编写，第6、7章由李璐颖编写，第2、8章由童晓渝、张云勇、房秉毅编写。参加写作的成员还有：邓浩、李卫、李净、陈清金、汪芳、杜伟杰、周巍、徐雷、贾兴华、贾宝军、郭志斌、彭久生、程莹、魏进武（以姓氏笔划为序）。
本书得到新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项无线局域网与蜂窝移动通信网融合技术研究与验证项目的基金资助（2010ZX03005-002-03），同时感谢联通集团技术部张忠平总经理、王明会经理、重庆联通李怡滨副总经理、吴在学副总经理、金勇副经理、胡洋平业务主管，以及华为技术有限公司、中科院计算所、中兴通讯股份有限公司数据所的帮助。同时感谢中国联通集团客户部成洁经理、王炯高工对本书的大力协助。
本书凝聚了作者长期的网络运营实践经验以及研究思考的成果。作者广泛收集了国内外相关材料，参考了一些最新论著，在本书编写过程中也引用了部分材料，在此表示感谢。
本书内容是作者本人的大胆探索和思考，仅代表个人观点，与任何机构的立场无关。我们希望通过大家共同的努力，理清未来运营商业务模式转型的途径，如何构建新的移动融合网络系统涉及的内容庞大，由于作者水平有限，加之时间仓促，书中难免有错误、不当之处，恳请广大专家、学者不吝批评指正。作者2012年3月于北京第1章移动网络融合的背景与环境
现如今，通信网络结构正在向异构融合和泛在化的方向不断演进。以用户需求为中心，协调调用各类网络资源，共同完成具有端到端质量保证的业务提供，已成为当前移动融合网络的首要任务。随着市场竞争的需要，当今移动通信产业的发展正从技术驱动模式向业务牵引模式发生转变。互联网、移动通信和数字化的广播电视网在业务、网络和终端3个层面不断融合，通信网络结构正经历着向融合和泛在化的方向演变。在移动融合网络中，不同类型的业务对网络性能的要求千差万别。
虽然当前大规模的网络部署使得数据在核心网内的传送更加高效，但是有限的网络资源与大量的业务接入依然形成鲜明对比。为了能够在有限的网络资源内更好地为用户提供差异化服务，移动融合网络的业务提供过程不仅需要从技术层面考虑业务质量需求、网络服务能力，还需要兼顾用户体验、投资成本、网络收益等面向运营流程的各个方面。1.1 移动融合网络概念解析1.1.1 移动融合网络的发展需求
通信技术在近10年呈现出异常繁荣的景象，伴随着通信技术的发展，用户需求的提高，电信业务也逐渐向多样化的方式发展。在用户需求的不断驱动下，网络系统的结构更加复杂。与此同时，3G（3rd Generation，第三代移动通信技术）/WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）/WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access全球微波接入互操作性）等系统的引入以及现有各种二代移动网络的继续运营，多种类型通信网络共存的现象已经成为了信息网络发展的大趋势。多种类型通信网络的共存，即形成移动融合网络。
融合已经成为了当今信息网络发展的大方向。从ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）提出的NGN（Next Generation Network，下一代网络），国际上各大运营商广为关注的FMC（Fixed Mobile Convergence，固定移动融合）到我国“十一五”提出的三网融合（电信网、计算机网和有线电视网），它们无不反映着这种网络融合的趋势。根据国际电信联盟描述，网络融合就是通过互联、互操作的电信网、计算机网和电视网等网络资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效网络，使人类能在任何时间和地点，以一种可以接受的费用和质量，安全地享受多种方式的信息应用。1.1.2 移动融合网络的概念和内涵
总体来看，“移动”的概念是指未来网络具备的物理特征，即多种无线终端接入的形式；而“融合”不仅指的是一种统一的网络状态，更多的是从技术层面上解释如何在异构的网络环境中提供逻辑上统一的业务环境。
从不同角度理解移动融合网络的概念，包含以下4个大方面。
1.用户业务的融合
用户业务的融合即是以用户为中心来感知各项电信业务。用户业务融合的理念在于，用户并不需要知道目前使用何种通信技术，而总是能够在任何地点、任何时间、在相同的业务体验下通过最合理的方式使用电信业务。
这种电信业务环境包含了现有所有的业务环境（如电话业务、无线/移动业务、广播和分布式业务以及Internet等）提供的所有电信业务和应用。
2.设备的异构/融合
对于网络设备，设备提供商针对不同的网络构成都有各自不同的解决方案。网络的异构性给不同域设备间带来的互通问题阻碍了网络信息的交互。异构/融合网络的处理方式是提供开放统一的业务接口，使设备间可以进行信息的互通和功能的调用，最终实现设备级的融合。
对于终端设备，移动及固定业务下一步的发展趋势是将各种不同的功能集成到同一设备上，提高设备的便携性，向用户提供更为丰富的新型业务。
3.架构的异构/融合
从网络结构上看，网络的异构/融合指的是物理层接入网络的异构（代表技术为3G、HSPA、LTE及WiMAX等），上层核心网络承载的融合。互联网体系已经广泛应用于通信网络，促使整个网络向全IP化的方向发展，并将IP的使用范围最终扩展到所有的承载及控制层面。因此异构/融合网络将是基于IP分组的数字通信技术为核心的通信信息网络，并随着接入网和核心网带宽的提高不断加速其IP化的进程。
4.商业模式的异构/融合
传统的纵向商业模式是通过单一的运营企业来提供完整的业务流程，但是随着业务、设备以及网络的不断融合，这种商业模式给业务提供的灵活性和不同运营商之间的互通带来越来越大的困难。取而代之，新型的商业模式采取了松散耦合的多方协作模式，即可以使用任何网络接入手段向不同的消费群体提供定制的业务。同时商业模式的融合体现了人们对于通信移动化和个性化的需求，意味着通信市场环境的更为开放，但同时也对支持的技术手段提出了更高的要求。
综合上述分析，4个方面环环驱动和相互支持，为网络总体的移动融合化提供了不同层面的解决方案。1.1.3 移动融合网络的研究热点
移动融合网络具有丰富的内涵，其研究范围相当广泛。目前，研究热点主要集中在以下几方面。
1.融合互通框架模型
对于移动融合的网络，在不同的运营商之间要求将网络划分为不同的控制域和管理域，而且每个运营商网络也需要划分不同等级的运营与管理域，因此需要构造不同类型、不同运营及不同控制域和管理域之间的互通模型。同时，这种互通需要在不同的层面上（例如传输层、交换层、应用层等）来实现。
2.业务提供和广泛移动性
异构/融合网络是以业务驱动为特征的网络，它将业务从承载网中剥离出来，构建于统一的开放平台上。业务支撑环境能充分利用下层网络提供的业务能力，快速向用户提供丰富的高质量增值业务，业务还必须能支持广泛位置移动性，即当用户采用不同的接入技术时，将作为单个流程来处理，允许用户跨越现有网络边界使用和管理业务。同时，网络应具有识别和认证机制，接入控制和授权功能，位置管理，支持终端或会话的IP地址分配和管理功能，支持用户虚拟归属环境管理功能，支持用户管理功能等。
3.QoS保障问题
目前的研究主要集中在呼叫接入控制（CAC）、垂直切换、异构资源分配和网络选择等资源管理算法方面。传统移动通信网络的QoS保障算法已经被广泛研究并取得了丰硕的成果，但是在异构网络融合系统中的资源管理由于网络的异构性、用户的移动性、资源和用户需求的多样性和不确定性等特点，给网络中的QoS研究带来了极大的挑战。
4.网络智能管理和综合运营支撑
完善的网络管理和运营支撑是网络成熟运营的重要基础。异构/融合网络必须同时满足不同网络管理技术的要求（包括简单网络管理协议、电信管理网、公共对象请求结构和远程登录等），还必须能动态地支持业务，灵活地适应市场发展。因此，智能的网络管理需要研究如何完善和增强核心网络管理的体系，定义适用于异构/融合网络要求（故障管理、性能管理、用户管理、计费/账务管理、业务量和路由管理等）的基本网络管理接口，以及应用新的网络管理体系和管理技术。1.2 移动融合网络的特点
在面向网络运营的过程中，运营商首先需要迫切解决两方面的难题。一是如何整合业务模式，提供具有市场前景的多媒体业务；二是如何以灵活的方式应对现有网络的改造，使之能够提供上述业务。下面分别从两方面进行考虑。1.2.1 业务模式的广泛性
在新的网络结构中，应该考虑不断变化的用户需求，在新的网络结构中能够按照用户期望灵活地提供各种业务。对于运营商则包含了产业的转型和业务实现的转型，如图1-1所示。
在传统的网络结构中，分属于不同产业的网络由不同的网络运营商提供。计费、路由、网络管理及业务提供等功能均随业务需求和网络结构的不同而不同。这种实现方式的缺点在于网络建立和维护的成本非常高，基础设施重复建设，网络资源没有得到有效利用。
结合移动融合网络的特点，新的业务实现需要结合网络分层结构的思想，运营商将不再依赖于传统的搭积木的方式来提供新业务。统一提供的业务模式可以整合多个网络提供商的业务资源，使得业务资源及通用功能可以为多种不同的应用所重用，并且为所有业务建立统一的互联关系。通过层次化的结构，运营商可以屏蔽网络底层的异构性，为用户提供一个统一的业务呈现。图1-1 传统网络和异构/融合网络业务模式的比较1.2.2 统一的全IP的网络结构
融合的IP网络有助于为运营商提供更加灵活快捷的网络环境，创建具有高度可用性的自适应网络，并支持各种不同的业务特征。全IP网络结构（如图1-2所示）以IP技术为核心；Everything over IP，提供实时性、非实时性数据、不同业务质量等级要求的多媒体业务；IP over everything，即IP运行在各种链路层技术的混合网结构上，将IP技术和其他业务质量保障机制相结合，用以实现电信级别的可运营网络。图1-2 全IP网络结构
在新的网络结构中，用户和网络的连接不再是位于接入网的尽力而为的接入，而是通过网络的不同层面相互协调提供的融合业务。作为未来网的发展方向，全IP网络反映了异构网络融合的发展趋势和业务灵活部署的业务需求，其主要特征如下：
所有业务及应用均基于IP技术；
业务控制由会话初始协议（SIP，Session Initiation Protocol）完成；
业务流量完全由分组数据分组组成；
通过多种不同接入方式实现基于IP的连接。
异构/融合网络要求基于IP的核心网络结构是可扩展的，且在各种复杂接入及网络结构下可以预留网络资源，使用户获得相对满意的服务。就运营商而言，网络可运营的首要条件是能够提供与传统电信网络可比拟的服务质量，这对全IP的异构/融合网络仍然是一个巨大的挑战。1.2.3 网络的安全性及私密性
IP网络固有的安全问题随着网络的部署也将逐渐凸显。终端智能化、开放性是安全隐患存在的土壤。安全问题存在于两方面，即终端的安全和网络的安全。终端安全是指终端自身安全，如病毒传染、恶意攻击等，而网络安全则是指提供服务设备的安全性，但两者往往互相影响，终端受到恶意代码的劫持往往演变成网络的灾难。
传统电信业务使用者已经适应了7×24h不间断的服务，IP网引入的安全问题可能会减少服务的连续时间，尤其是受政府管制强制提供的业务（如紧急呼叫）在IP域提供将面临更为严峻的挑战。安全性对于固定、移动网络来说同样存在，无线网络由于其接入侧的空中传输特性，在接入侧加密需求更加迫切。加密所作用的层次也有多种选择。
1.数据链路层加密
该加密是由接入网完成的，IMS核心网无需感知，缺点是未必所有的底层设施均提供了加密能力，从而使用户通过不同的介质接入会产生不同的安全感受。
2.IP层加密
如3GPP IMS所采用的基于认证与密钥协商（AKA）的IP安全协议（IPSec）。它可以很好地解决接入层不支持加密的问题，但其仍然仅限于呼叫信令层面，未对媒体层面的加密有所表述。同时IP层面的加密在通过某些3层以上设备（如端口地址转换（NAPT）设备）时会产生互通问题。
3.传输层加密
如RFC 3261推荐的传输层安全协议（TLS）。TLS与传统超文本传输协议（HTTP）的安全解决方案相同，已经得到广泛的应用与验证，其可以避免穿越NAPT这样的3层以上设备产生的问题，但其仍然未对媒体面进行加密规定。
4.应用层加密
如对SIP消息体进行加密或签名。但如前所述，这将导致某些司法行为不能执行，因此被禁止。1.2.4 移动性及环境感知性
中国互联网环境正在发生3大变化。一是互联网的内容，已从以前的文字、图片发展到音频、视频等富媒体形态，微博、电子商务、游戏等各种应用类型竞相出现；二是内容的传输方面发生改变，以往CDN负责将内容分发到各个节点，是单一的自上而下的传播，现在正逐渐演变成用户上传、用户之间互动、网站对外传播交叉进行的复杂局面；三是移动互联网的出现，使得用户在Wi-Fi、3G、2G等不同网络之间的切换变得频繁。
感知网络需要通信网络能够感知现存的网络环境，通过对所处环境的理解，实时调整通信网络的配置，智能地适应专业环境的变化。同时，它还具备从变化中学习的能力，且能把它们用到未来的决策中。在做所有决策的时候，网络都要把端对端（end-to-end）目标考虑进去，环境感知（context awareness）是一个关键。在环境感知环境中，像环境传感器、RFID标签和智能手机等无线设备可以在网络上发送位置、现场和其他状态信息。某些专门开发的软件还能够捕捉、存储和分析数据，然后通过网络进行反馈，从而在终端设备上提供环境感知性能。
本章小结
移动融合已经成为通信业的发展趋势，成为运营商转型和发展的契机，随之而来的全新业务体验也会给予用户更多的便利和愉悦。虽然目前存在一些影响大规模商业部署的关键问题，但相信经过3～5年的发展和成熟，会逐步解决实时业务、网络安全等问题，运营商和通信产业也会建立与之适应的运营模式，固定移动融合将会面临美好的前景和未来。
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［7］林俐.下一代无线网络跨层资源管理[M].北京：机械工业出版社，2011.第2章移动通信网络中的关键技术
通信技术在10年内呈现出异常繁荣的景象。伴随着通信技术的发展，用户需求的提高，电信业务也逐渐向多样化的方式发展。多种类型通信网络共存的现象已经成为信息网络发展的大趋势。在移动融合网络中，为保证业务的成功接入，通常会有多个无线网络环境为用户提供连接服务。因此，在这样的情况下不仅需要根据具体业务类型和网络的连接质量进行判断。本章着重对移动通信网络中的各种关键技术做知识性的介绍，并加以分析，为广大读者提供一个详尽的知识背景介绍，为下一步融合网络的学习打下坚实基础。2.1 HSPA＋技术2.1.1 HSPA＋概述
自从HSPA引入到WCDMA网络以后，无线宽带业务得到了迅猛增长。据爱立信WCDMA/HSPA网络统计数据显示，从2007～2009年的短短两年间，移动数据业务在网络中的流量就增加了15倍。如今，WCDMA网络负荷中数据业务已远远高于话音业务。另外，单就宽带业务市场，部分市场移动宽带业务的用户数甚至超过了传统的固定宽带用户数。而且，有业内人士预测，到2014年，移动宽带业务将远远超过固定宽带业务，成为宽带业务的主流。而这些移动宽带承载将主要是HSPA＋以及LTE。移动宽带迅猛发展主要得益于HSPA＋技术峰值数据速率和时延等用户体验敏感的性能有着非常大的提高，从而促使越来越多的宽带用户选择使用更加便利的移动宽带网络。2.1.2 HSPA＋业务需求
目前，HSPA网络中的数据应用已越来越丰富，如图2-1所示。图2-1 HSPA网络数据流量分类
当初最开始使用WCDMA和移动宽带业务的时候，业界对所谓3G的杀手级应用有着很多的讨论。后来，大家意识到“速度”本身就是移动宽带业务的杀手级应用，HSPA＋则无疑让这个“杀手级应用”得到进一步的发挥。当网络速率和容量等得到提高以后，终端用户会自动发展出许多新的应用，充分利用移动业务网络提供的业务发展空间。
当然，另一方面，市场中越来越多的智能移动终端支持更多更新的数据应用也为移动数据业务的发展提供了有力的支持。如大多数HSPA手机都支持多媒体播放；还有基于HSPA技术的无线路由器以及PC卡；USB接口和带内置HSPA芯片的笔记本计算机高速数据接入。
但是，随着业务的发展出现了流量剧烈增加，而业务收入增长却没有得到相应的增长。因此，提高频谱效率和降低每比特成本成为亟待解决的问题。各运营商所拥有的带宽并不富裕，只有更有效地利用现有带宽才能扩展网络容量，吸纳更多的业务；只有不断降低每比特成本，进而降低使用费用，从而促进移动宽带业务的发展；另外，降低每比特成本也是提高运营商利润空间的必要条件。因此，目前移动宽带业务的快速发展，要求移动网络在速率、容量、带宽效率等方面进一步提高的同时，进一步降低每比特速率的成本。HSPA＋的峰值频谱效率是R6的3倍；小区内平均增益在1.5倍，因此HSPA＋的演进以及LTE是移动运营商满足以上几方面要求的有效途径。2.1.3 HSPA＋标准化进展
为满足移动业务发展的需求，3GPP从R7开始在改进用户速率及网络容量方面先后引进了下行64QAM（21Mbit/s）、2×2MIMO（28Mbit/s）、下行二层增强协议以及上行16QAM。另外，还有CPC和下行增强的Cell-FACH功能；在R8中，下行引入了双载频技术（42Mbit/s），以及64QAM＋MIMO（42Mbit/s）等，上行引入了二层增强协议和增强的Cell-FACH功能。目前，R7和R8的规范已完成定稿。
2009年年初，3GPP开始R9的制定，工作内容主要围绕多载频技术，包括不同频段的双载频技术、双载频＋MIMO（84Mbit/s）、上行双载频技术以及多载频技术（168Mbit/s）。前3项技术的定制正在进行中，多载频技术也即将开始。
HSPA＋技术是由若干关键特性组成。其中，大多数特性都可以根据运营商自身特点独立使用。3GPP演进如图2-2所示，3GPP中R7、R8、R9版本的HSPA＋的具体关键特性总结如下。图2-2 3GPP标准演进
1.R7
2007年9月冻结，关键特性如下：
MIMO；
HOM（DL 64QAM＋UL 16QAM）；
CPC；
FDD模式下增强的Cell_Fach；
MBSFN；
层2增强；
扁平架构。
2.R8
2009年3月冻结，关键特性如下：
高阶调制和MIMO；
双扇区HSDPA；
层2上行增强；
Cs over HSPA；
FDD模式CELL_FACH增强的上行链路；
增强的UEDRX；
UMTS和LTE之间移动性；
HSPA VoIP到WCDMA/GSM CS连续性；
HS-DSCH服务扇区改变增强；
增强的SRNS重分配；
FDD HSPA演进增强；
UTRAHNB。
3.R9
2009年1月启动，关键特性如下：
MC-HSPA；
Inter-band DC-HSDPA；
DC-HSUPA；
DC-HSDPA＋MIMO；
MC-HSDPA可以到3～4个下行载波；
UTRAHNB。
4.产品路标
HSPA＋关键特性路标如图2-3所示。图2-3 HSPA＋关键特性路标
WCDMA/HSPA＋主要厂家的产品路标关键时间点如下：
2009年年底，实现双载波技术，最高速率可以达到42Mbit/s；
2010年年底，实现双载波及MIMO技术等的结合，最高峰值速率可以达到84Mbit/s；
2011年，进一步实现4载波等技术，峰值速率可达168Mbit/s（20MHz频宽）。2.2 LTE/LTE-Advanced技术2.2.1 LTE/LTE-Advanced概述
3GPP LTE项目的主要性能目标包括如下内容：
在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率；
改善小区边缘用户的性能；
提高小区容量；
降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；
支持100km半径的小区覆盖；
能够为350km/h高速移动用户提供100kbit/s以上的接入服务；
支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25～20MHz多种带宽。
为了达到以上目标和要求，LTE采用了与3G不同的空中接口技术，采用基于OFDM技术的空中接口设计。在系统中采用了基于分组交换的设计思想，即使用共享信道，物理层不再提供专用信道。系统支持FDD和TDD两种双工方式。同时，对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络结构。
2009年3月发布了LTE R8版本的FDD-LTE和TDD-LTE标准，原则上完成了LTE标准草案，LTE进入实质研发阶段。关于LTE-Advanced标准的制定在2008年3月的R9版本开始，并将在R10中完善，R10版本将成为LTE-Advanced关键版本。2.2.2 LTE/LTE-Advanced技术需求
2.2.2.1 LTE技术指标
1.峰值速率
HSDPA在5MHz频谱条件下理论峰值速率为14.4Mbit/s，HSUPA的理论峰值速率为5.76Mbit/s。在R7中引入了下行64QAM和2×2MIMO技术，上行16QAM技术；若采用64QAM技术，下行理论峰值速率可以达到21Mbit/s；若采用2×2MIMO技术，下行理论峰值速率可以达到28Mbit/s，上行采用16QAM后，上行理论峰值速率可以达到11.4Mbit/s。在R8中下行引入了64QAM＋MIMO和双波技术，下行理论峰值速率可以进一步提高到42Mbit/s。
LTE因为采用OFDM、MIMO等先进技术，可以提供远远高于HSPA＋的理论峰值速率，在20MHz的频谱上LTE下行理论峰值速率为173Mbit/s，上行理论峰值速率为58Mbit/s。
2.频谱效率
因为OFDM、MIMO等技术的引入，LTE的频谱效率有较大提高，从厂家提供的仿真结果来看，在下行链路，LTE的下行频谱效率是HSPA R6版本的3倍左右，比HSPA R7版本高50%左右。
在上行链路，LTE上行频谱效率是HSPA R6版本的3倍左右，是HSPA R7版本的2倍左右。
3.时延
LTE不仅可以更好地提高频谱效率，而且可以提供更高的服务质量，特别是对实时业务的时延提出更高的要求。LTE的无线接入网采用扁平化的架构，有利于简化网络和减少时延，实现低时延、低复杂度和低成本的要求。为使用户能够获得永远在线（always online）的体验，对LTE的时延要求如下。
在控制面，从驻留状态到激活状态，也就是类似于从R6的空闲模式到CELL_DCH状态，LTE控制面的传输延迟时间小于100ms，这个时间不包括寻呼延迟时间和NAS延迟时间；从睡眠状态到激活状态，也就是类似于从R6的CELL_PCH状态到R6的CELL_DCH状态，LTE控制面传输延迟时间小于50ms。
在用户面，LTE系统要求对于小IP分组（仅包含IP帧头），在空载（单用户单数据流时）条件下用户面时延应小于5ms。用户面时延包括网元节点处理时延、TTI时长以及帧调整时长。
4.移动性
LTE可以优化15km/h及以下的低移动速率时移动用户的系统特性。能为15～120km/h的移动用户提供高性能的服务。可以支持蜂窝网络之间以120～350km/h（甚至在某些频带下，可以达到500km/h）速率移动的用户服务。对高于350km/h的情况，系统要尽量实现保持用户不掉网。
5.多带宽的支持
LTE支持灵活的频谱分配，上下行链路上，可以支持的带宽包括1.25 MHz、1.6 MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz以及20 MHz。支持成对或非成对的频谱分配情况。LTE支持从450MHz～2.6GHz的频段，方便运营商的部署。
2.2.2.2 LTE-Advanced技术定位
IMT-Advanced要求未来的4G通信在满足高的峰值速率和大带宽之外还要保证用户在各个区域的体验。而且有统计表明，未来80%～90%的系统吞吐量将发生在室内和热点游牧场景，室内、低速、热点可能将成为移动互联网时代更重要的应用场景。因此，需要通过新技术增强传统蜂窝在未来热点场景的用户体验。
3GPP认为，LTE本身已经可以作为满足IMT-Advanced需求的技术基础和核心，只是纯粹从指标上来讲，LTE较IMT-Advanced的要求还有一定差距。因此当将LTE升级到4G时，并不需要改变LTE标准的核心，而只需在LTE基础上进行扩充、增强、完善，就可以满足IMT-Advanced的要求。
出于这种考虑，LTE-Advanced应该会作为在LTE基础上的平滑演进，并且后向兼容LTE标准。而且由于LTE的大规模技术革新已经大量使用了先进信号处理技术，如OFDM、MIMO、自适应技术等，在继续完善技术应用的同时，LTE-Advanced的技术发展将更多地集中在RRM（无线资源管理）技术和网络层的优化方面。2.2.3 LTE/LTE-Advanced关键技术
2.2.3.1 OFDM技术
OFDM由多载波调制（MCM）发展而来，OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于快速傅立叶反变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT）来实现的，是实现复杂度最低，应用最广的一种多载波传输方案。
在传统的频分复用系统中，各载波上的信号频谱是没有重叠的，以便接收端利用传统的滤波器分离和提取不同载波上的信号。OFDM系统将数据符号调制在传输速率相对较低的、相互之间具有正交性的多个并行子载波上进行传输。它允许子载波频谱部分重叠，接收端利用各子载波间的正交性恢复出发送的数据。因此，OFDM系统具有更高的频谱利用率。同时，在OFDM符号之间插入循环前缀，可以消除由于多径效应而引起的符号间干扰，而且能避免在多径信道环境下因保护间隔的插入而影响子载波之间的正交性，这使得OFDM系统非常适用于多径无线信道环境。
OFDM的优点如下。
1）抗多径衰落的能力强。OFDM把数据信息通过多个子载波并行传输，每个子载波上信号的时间比同速率的单载波系统的信号时间长很多倍，使OFDM对脉冲噪声干扰的抵抗能力更强。若通过子载波联合编码，可进一步获得频率分集的效果。
2）频谱效率高。OFDM采用重叠的正交子载波作为子信道，而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式，提高了频谱效率。
3）OFDM将信道划分为若干子信道，而每个子信道内部可以认为是平坦衰落的。根据每个子信道信噪比的不同，采用不同的传输码率提高系统容量，为自适应调制编码提供了有效平台。
4）采用基于IFFT/FFT的OFDM快速实现方法。在频率选择性信道中，OFDM接收机的复杂度比带均衡器的单载波系统简单。与其他宽带接入技术不同，OFDM可运行在不连续的频带上。这将有利于多用户的分配和分集效果的应用等。
OFDM技术的不足之处包括以下几个方面。
1）对频偏和相位噪声比较敏感。OFDM技术利用各子载波之间严格的正交性来区分子信道。频率偏移和相位噪声会使子载波之间的正交特性恶化，仅仅1%的频率偏移就会使信噪比下降30dB。
2）峰值平均功率比（PAPR）大。与单载波系统相比，由于OFDM信号是由多个独立调制的子载波信号相加而成，这样合成信号就可能形成比较大的峰值功率，从而引起较大的峰值与均值功率比，简称峰均比。大的峰均比需要功率放大器具有较大的动态范围，从而造成射频功率放大器效率的降低。
2.2.3.2 MIMO技术
要达到LTE-Advanced提出的目标数据传输速率，需要通过增加天线数量以提高峰值频谱效率，即多天线技术，包括波束成形和空间复用。多天线技术是一种有效的提高系统容量的方法。当前LTE应用基于码本预编码技术的下行4天线技术。峰值速率达到300Mbit/s。由于LTE-Advanced的带宽高达100Mbit/s，当前峰值速率可以达到下行1.5Gbit/s。
目前这方面最直接的方法是在基站站点上增加天线——即采用更高阶的MIMO技术，在LTE阶段可以做到在基站侧设置4个天线，终端侧设置4个接收天线和1个发射天线，这样只能做到下行4发4收、上行1发4收。为了进一步提高峰值频谱效率，基站侧将增加到8个天线、终端侧增加到8个接收天线和4个发射天线，这样就可以做到下行8发8收、上行4发8收。考虑到基站和终端的空间有限、施工难度和终端成本因素，再增加天线变得不太现实，因此下行8×8、上行4×8的设计已经是一个极端配置。
2.2.3.3 载波聚合
当前LTE系统在频带利用率上已经接近香农极限。如果要提高系统吞吐量，就必须提高系统的带宽或者信噪比。
系统带宽的提高可以提高系统的极限吞吐量，而且IMT-Advanced峰值速率的指标要求支持最大100MHz的带宽。而LTE的最大带宽是20MHz，还不足以达到IMT-Advanced的要求。
LTE-Advanced通过“载波聚合”（spectrum aggregation）的方式进行带宽增强，即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起，通过提高可用带宽，LTE-Advanced将带宽扩展到100Mbit/s。但是实际上很可能没有一整块的空闲带宽，所以LTE-Advanced允许离散频带的聚合。
2.2.3.4 无线中继
LTE系统容量要求很高，这样的容量需要较高的频段。但是较高的频段路损比较大，如果通过布置蜂窝网覆盖需要增加很大投资。为了满足下一代移动通信系统的高速率传输的要求，LTE-Advanced技术引入了无线中继技术。
无线中继技术是指用户终端可以通过中间接入点中继接入网来获得带宽服务，这种技术可以减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高边缘用户信道容量。无线中继技术包括Repeaters和Relay技术。
Repeaters完全是在接到母基站的射频信号后，在射频上直接转发，在终端和基站都是不可见，而且并不关心目的终端是否在其覆盖范围，因此它的作用只是放大器，仅限于增加覆盖，并不能提高容量。
Relay技术是在原有站点的基础上，通过增加一些新的Relay站（或称中继节点、中继站），加大站点和天线的分布密度。这些新增Relay节点和原有基站（母基站）都通过无线连接（和传输网络之间没有有线的连接），下行数据先到达母基站，然后再传给Relay节点，Relay节点再传输至终端用户，上行则反之。这种方法拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。
Relay技术跟Repeaters技术不同，能利用其跟用户之间更近的距离，进一步优化信号的传输格式和资源分配，提高传输效率。比如母基站直接向终端传输时会选择一个调制编码阶数，而经过Relay节点转发时，由于链路条件的改善，有机会设置一个更高的调制编码阶数，获得更好的传输速率。而Repeaters技术只支持简单的转发功能，无法实现传输设置的优化。
在技术层面上，Relay技术可以分为以下几种。
L1层Relay就是Relay节点简单地把信号接收然后放大发送。网络侧可以控制中继的发射功率，比如通过物理层调节功率，在用户存在时候才进行发送。额外的终端测试报告可以作为调度中继的参考，但是Relay节点对于终端和基站是透明的。
Relay节点也可以对传输数据进行解码调制与重编码调制，根据具体的信道情况合理安排编码调制方式。根据对数据进行调整的协议层不同，分为L2层Relay和L3层Relay。L2层Relay需要对接收信号的MAC层进行解码处理。L3层Relay需要对接收信号的MAC层以上进行处理，相当于低成本分布基站。这种Relay节点的优点是功能完整，且可以基本保留现有LTE协议结构和网络接口定义。
不同的中继类型带来网络性能不同，具体的优缺点比较见表2-1。表2-1 不同中继类型的优缺点
2.2.3.5 多点协同
协同多点传输（CoMP，Coordinated Multi-Point Transmission）技术通过对空域的扩充提高系统容量减小用户间干扰，是LTE-Advanced对空域扩充的核心技术之一。
目前传统网络拓扑结构的主要问题是：基站的交界处存在干扰和覆盖质量下降的问题，导致终端在切换区的性能较差，但是CoMP技术可以提高小区边缘的通信质量。
CoMP技术利用光纤连接的天线站点协同在一起为用户服务，相邻的几个天线站或节点同时为一个用户服务，从而提高用户的数据率。1个基站通过射频光纤（RoF）连接多个天线站点，天线站点类似1个RRU（无线远端单元），而所有的基带处理仍集中在基站，形成集中的BBU（基带单元）。分布式天线系统中的天线站可以看作基站的多个扇区或1个扇区中的多个天线，因此可以很好地进行天线站之间的协同。CoMP跟传统的分布式天线技术类似，但分布式天线的设计是基于具体实际工程形态而言，而不是技术层面的概念。
根据终端是否知道信号从多个天线站点发射，CoMP可以分为3类。
1）终端不知道接受的信号来自多个分布的天线。终端按照单基站方式接收，效果相当于多径接收，但是基站侧可以根据路径损耗情况确定由哪个天线发射信号，这种方式不需要额外的上行反馈信令。
2）终端将接收的所有信道测量反馈，但接收方式按照单基站方式接收，效果相当于多径接收。基站侧可以根据各个路径损耗情况确定天线发射信号的方式。与1）不同的是2）可以提供空间分集而且可以减少用户间干扰。
3）终端将接收到的所有信号测量反馈，与2）相同。但是基站侧发送时，同时发送各个天线的发射信息，包括发射点和权重等。这些信息在终端可以得到利用。
CoMP技术与Relay技术的区别在于，分布式节点不是利用无线的方式，而是通过光纤与网络进行有线连接。
这两种技术尽管也是进一步利用空间的维度进行扩充，但是其设计思路更加开阔，不仅仅是在原有站点上加天线，而是增加一些新的站点。集中在单个站点增加天线可以看作一种集中式的多天线技术，而通过增加新站点增加天线的方法则是一种分布式多天线技术。
作为LTE-Advanced对空域扩充的两种核心技术，Relay和CoMP技术对LTE标准做出了很大的创新。
2.2.3.6 自组织网络
自组织网络（SON，Self-Organized Networks）的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973年提出的PR（Packet Radio）网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一个节点都必须和其他所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网络。直到PR网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发IEEE802.11标准时，提出将PR网络改名为ad hoc网络，也即今天常说的自组织网络。
自组织网络开始时应用于IP网络，移动终端一般没有与拓扑相关的固定IP地址，所以通过传统的移动IP协议无法为其提供连接，需要采用移动多跳方式联网。由于采用的是平面拓扑，因而没有地址变更的问题，从而使得这些移动终端仍然像在标准的计算机环境中一样。自组织网络最广泛的应用是无线传感器网络，在家庭和企业的防火防盗方面应用很广。
LTE以其高带宽为用户提供更丰富的多媒体业务，但LTE运营商最关心的还是想通过有效的运维成本（OPEX）来取得较高的利润。于是，面对LTE网络参数和结构复杂化的压力，3GPP借用自组织网络的概念，在R8提出一种新运维策略。该策略将eNode B作为自组织网络节点，在其中添加自组织功能模块，完成蜂窝无线网络的自配置（Self-Configuration）、自优化（Self-Optimization）和自操作（Self-Operation）。作为LTE的特性，SON已经在R8引入需求，R9完成自愈性自优化能力的讨论。
LTE自组织网络与传统IP互联网自组织不同在于，LTE要求自组织节点可以互联之外，可以对网络进行自优化和自操作。并且LTE的SON需要eNode B和UE的信息传递沟通。自配置和自优化过程中，SON节点eNode B都需要获得UE测量信息作为输入信息进行配置并完成功能。
通过SON机制，eNode B可以自动地完成网络配置、容量和覆盖的优化、节能控制和移动负荷分担优化。LTE运营商可以明显降低OPEX，从而进一步提升LTE的竞争优势。2.3 Wi-Fi/WiMAX技术2.3.1 Wi-Fi技术
20世纪末期，计算机网络与无线通信技术的快速发展，特别是个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端的广泛应用，人们对网络通信的需求不断提高，希望不论在何时、何地，与何人均能够进行包括数据、话音、图像等任何内容的通信，并希望能实现主机在网络中自动漫游，这就要求传统的计算机网络由有线向无线，由固定向移动，由单一业务向多媒体发展，从而推动了无线局域网的发展。
从专业角度讲，无线局域网利用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并让通信的移动化、个性化和多媒体应用得以实现。通俗地说，无线局域网就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络的功能。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞铜线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，也能够随需移动或变化，使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
为了让WLAN技术能够被广为接受和使用，就必须要建立一个业界标准，以确保各厂商生产的设备都能具有兼容性，也确保产品的稳定性。1990年IEEE（电气电子工程师学会）802标准化委员会成立IEEE 802.11无线局域网标准工作组，主要研究工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准。1997年6月，提出IEEE 802.11（别名Wi-Fi，无线保真）标准，这些标准主要是对网络的物理层（PHY）和媒质访问控制层（MAC）进行了规定，其中，对MAC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层（LLC）是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的，这使得无线网的两种主要用途“（同网段内）多点接入”和“多网段互联”易于质优价廉地实现。IEEE 802.11标准制定了在RF射频在ISM（Industrial，Scientific and Medical）频段上使用，这些频道包括902～928MHz、2.4～2.4835GHz以及5.725～5.850GHz。
IEEE 802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE 802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE 802.11b、a和g以及下一代高速无线局域网通信标准IEEE 802.11n。
1.IEEE 802.11b
1999年9月正式通过的IEEE 802.11b标准是IEEE 802.11协议标准的扩展。它可以支持最高11Mbit/s的数据速率，运行在2.4GHz 的ISM频段上，采用的调制技术是CCK。但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难；对于接收端的Rake接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求Rake接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。
2.IEEE 802.11a
IEEE 802.11a工作在5GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbit/s的传输速率。IEEE 802.11a与IEEE 802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，IEEE 802.11b的优势在于价格低廉，但速率较低（最高11Mbit/s）；而IEEE 802.11a优势在于传输速率快（最高54Mbit/s）且受干扰少，但价格相对较高。另外，IEEE 802.11a与IEEE 802.11b工作在不同的频段上，不能工作在同一AP的网络，因此IEEE 802.11a与IEEE 802.11b互不兼容。
3.IEEE 802.11g
为解决上述问题并进一步推动无线局域网的发展，2003年7月IEEE 802.11工作组批准了IEEE 802.11g标准，新的标准成为人们对无线局域网关注的焦点。IEEE 802.11g与以前的IEEE 802.11协议标准相比有以下两个特点：在2.4GHz频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上；能够与IEEE 802.11b的Wi-Fi系统互相连通，共存在同一AP的网络，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速无线局域网过渡，延长了IEEE 802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。
4.IEEE 802.11n
IEEE 802.11n计划将WLAN的传输速率从IEEE 802.11a和IEEE 802.11g的54Mbit/s增加到108Mbit/s以上，最高速率可达320Mbit/s，成为IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g之后的另一场重头戏。和以往的IEEE 802.11标准不同，IEEE 802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段），就保障了与以往的IEEE 802.11a，IEEEb，IEEEg标准兼容。
IEEE 802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。另外，智能天线技术及高性能传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里（并且能够保障100Mbit/s的传输速率）。IEEE 802.11n标准全面改进了IEEE 802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。
5.其他相关标准
另外，其他主要的相关标准包括：
1）IEEE 802.11i：IEEE 802.11i 对WLAN的MAC层进行了修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。主要包括两项内容：Wi-Fi保护访问（WPA）和强健安全网络（RSN），并于2004年年初开始实行。
2）IEEE 802.11e、f、h：IEEE 802.11e标准对WLANMAC层协议提出改进，以支持多媒体传输以及所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QoS机制。IEEE 802.11f定义访问节点之间的通信，支持IEEE 802.11的接入点互操作协议（IAPP）。IEEE 802.11h用于IEEE 802.11a的频谱管理技术。
IEEE 802.11a、b、g标准特性比较如表2-2所示。表2-2 IEEE 802.11标准特性比较2.3.2 WiMAX技术
IEEE 802.11系列标准在无线LAN领域获得巨大成功之后，IEEE进而希望将这种成功的应用模式推向更广阔无线城域网（WMAN）的领域。1999年，IEEE专门成立了IEEE 802.16工作组，为固定/移动模式下宽带无线接入定义WMAN的空中接口规范。
IEEE 802.16标准于2001年12月发布时，因为仅支持10～66 GHz的工作频段，只能提供可视范围内的承载服务，市场应用受到很大限制。经过进一步完善，IEEE在2003年1月又发布了新的扩展协议IEEE 802.16a。IEEE 802.16a引入了新的物理层技术，如利用OFDM来抵抗多径效应等，并对MAC层做了进一步的强化，工作频段也扩展到2～11 GHz的许可频段和非许可频段支持非视距（NLOS）的接入方式。IEEE 802.16a具有很强的市场竞争力，真正成为可用于城域网的无线接入手段。IEEE 802.16a是2～66GHz固定宽带无线接入系统的标准，是对IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16c的整合和修订。IEEE 802.16a也是目前IEEE 802.16家族中最成熟的、商用化产品最多的标准。
IEEE 802.16标准的下一步演进方向是IEEE 802.16e。IEEE 802.16e在继承IEEE 802.16a能力的基础上增加了对全移动性的支持，理论移动速度可以达到120km/h。在原来IEEE 802.16d 的基础上增加了移动性，保证IEEE 802.16e接入设备能够在基站之间切换，从而也成为新一代WMAN宽带无线接入标准。IEEE 802.16e采用了多种先进技术来获得高数据速率，包括OFDMA、先进的编码技术CTC、自适应编码和调制、混合自动重传请求、智能天线技术自适应波束成形、空时码及多入多出MIMO技术。除此之外，IEEE 802.16e的另一特点就是其QoS机制，IEEE 802.16e定义了完备的QoS机制，MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、时延等指标，
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]