论山寨手机与Android 【11】移动网络规范的合纵连横
作者 邓侃 | 2010-03-11 09:28 | 类型 移动和设备, 行业动感 | 10条用户评论 »
系列目录 论山寨手机与Android
【11】移动网络规范的合纵连横 上一章我们讨论了SmartPhone BP部分的硬件系统，接下去我们将讨论SmartPhone BP部分的软件系统。所谓BP，指的是基带处理器（Baseband Processor），又称为通讯处理器（Communication Processor，CP），顾名思义，BP部分负责SmartPhone的通信机制。 作为手机的通信机制，BP部分尤其是软件系统，与移动网络的进化密不可分。2G时代的移动网络，主要分为两个家族，GSM和CDMAOne[1]。从1985年，ITU启动了制订3G移动通信系统规范的工作，到1999年，历时14年，国际电讯联盟（International Telecommunication Union）ITU终于批准了四个3G移动网络规范，GSM/EDGE，UMTS，CDMA2000和DECT，总称IMT-2000，开启了3G时代，3G成为IMT-2000的代名词。2007年，ITU又批准了WiMAX，至此IMT-2000共有五个3G规范[2]。 之所以出现多个规范并存的局面，根本原因在于采用什么样的无线射频技术来传递信息，多种技术可以完成同一个任务，而每种技术都各有长短，没有哪一个技术能够以压倒性的优势胜出，所以出现群雄争霸的局面。 移动网络要解决的核心问题，是同时支持多个手机用户双向通信，这里的关键词有两个，1. 多个手机同时通信，即Multiple Access（MA），中文译作“多址”。2. 通信双方是双向通信，而不是广播那样我说你听，即Double Duplex，中文译作“双向双工”。 移动通信典型的多址接入方式有三种，频分多址（FDMA），时分多址（TDMA），和码分多址（CDMA）。FDMA的基本思路，是把可用频谱分割成若干频 段，每个说话的人独占一个频段。当然这是个粗略的形象的说法，通信的内容不完全是语音，而且也包括数据包，例如短信彩信和互联网的接入。另外，通信的主体不是人，而是手机或者基站。 TDMA的基本思路，是把同一个频段，分成若干时段，大家轮流发言，但每个时段只允许一个人发言。FDMA和TDMA可以混合使用，例如先把整个可用频谱分成若干频段，这是FD的做法，而每个频段实行分时制，这是TD的做法。 CDMA 与TDMA相似，大家共用一个频段，但是不同于TDMA的分时制，CDMA以编码（Code）来区别不同人的发言，相当于每个人在发言前，先出示自己的名牌，但是发言时间的长短不一。CDMA技术要比前两者复杂，原因有二，1. 需要把同一个频段的七嘴八舌的发言记录，按不同的发言人切割，然后把同一个人的发言碎片拼接到一起，2. 挤在同一个频段说话的人太多了，会相互干扰，所以需要扩频，也就是把说话人分散到不同的频段中去。与FD不同，每个频段不让一个人或者几个人独享，而是见 缝插针，动态地分配，以便均摊在各个频段说话的人数。这个技术叫扩频（Spread Spectrum，SS），而扩频又存在多种实现方式，例如直扩扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）等等。 双向双工的实现方式，与多址接入相似，也是在频段和时段上想办法。通常把从手机到基站的通信通道称为上行（Uplink），基站到手机的通信通道叫下行（Downlink）。对于 语音通信来说，上行和下行的流量基本持平。但是对于数据通信来说，下行流量远远大于上行流量，这是因为看贴的人次远远超过发贴的人次。对于3G来说，数据通信的份量很重，所以要保证下行的带宽大于上行的带宽。 频分双工（FDD）把整个可用频谱分成若干频段。对于数据通信，FDD把多数频段分配给下行，少数留给上行。对于语音通话业务，FDD给每部手机都分配两个频段，一个给上行，另一个给下行。时分双工（TDD）实施分时制，根据上行和下行的流量，按需分配时段。在3G时代，不对称的数据通信业务造成不对称的时段分配，更多时段分配给了下行，而只有少数时段留给了上行。码分双工（CDD） 理论上是可能的，但是或许是因为技术太复杂，所以至今没有成为现实。 FDD擅长连续控制，适应于大区制的国家内部通信，和国际间漫游，适合于对称业务如话音通话等等，适应于手机快速移动的场景。根据ITU对3G的要求，使用FDD的手机的最高移动速度可达500KM/h，而采用TDD的手机的最高移动速度只有120KM/h。两者相比，TDD系统明显稍逊一筹。TDD的优势在于，适应于在人口高密度地区支持更多人同时通信，适应于不对称的数据业务，例如互联网的接入[3, ch 1]。 GSM网络，多址接入方式是TDMA，双向双工方式是FDD。最初的GSM网络，基本上是一个电路交换网络（Circuit Switched），只能提供语音和短信（SMS）服务。GSM的数据率只有9.6kb/s。为了满足互联网接入和电子邮件之类的数据业务的需求，在GSM网络基础上增添了分组交换（Packet Switched）子网，这个子网被称为GPRS网络。GPRS是GSM Phase2.1制订的规范，被称为2.5G，数据率可以达到171.2kb/s。以往短信是通过GSM核心网的SS7信令系统来传输，有了GPRS网络以后，短信（SMS）业务也可以经GPRS网络传输。2.5G的GSM/GPRS网络，仍然采用TDMA多址接入和FDD双向双工，但是考虑到数据流可以方便地被切割成等长的包，所以对TDMA和FDD做了一些改进，提高数据包传输效率。后来对GPRS又做了进一步的改进，被称为EDGE，称为2.75G[4]。 源于GSM/GPRS的3G网络规范，统称为UMTS，意思是世界移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System）。UMTS的概念早在1987年就正式提出了。实现3G的技术方案有很多，例如W-CDMA是日本从1993年开始研究的3G方案。到了1997年，意见渐渐趋同，对于多址接入方式，大家都认同CDMA，分歧之处在于双向双工，FDD与TDD两种方案难分仲伯。赞同FDD的有欧洲的UTRA WCDMA和日本的W-CDMA。1998年，它们融合为现在的WCDMA系统，成为强势候选方案。赞同TDD的有TD-CDMA，沦为弱势[5, pp46-47]。 1998年，经ITU批准，成立了国际标准化组织3GPP（3G Partnership Project），负责把源于GSM的2G网络逐步进化成3G网络，项目组的重点任务是设计与这个进化过程相关的各种UMTS系列网络规范。3GPP项目组，由多个地区工作组组成，中国区工作组是中国通信标准化协会 （CCSA）[6]。在成立3GPP项目组的同时，ITU又批准成立了3GPP2项目组，负责把源于CDMAOne的2G网络逐步进化成3G网络。 3GPP项目组制订的UMTS 3G网络规范，包括WCDMA，以及TD-CDMA和TD-SCDMA三种。如果不特别注明，UMTS规范通常指的是WCDMA，它采用FDD方式的双向双工。而TD-CDMA采用TDD方式的双向双工，现在已经逐渐淡出。WCDMA的知识产权，主要把持在美国Qualcomm公司手里。中国通过多年努力，在技术上积累了不少创新，同时也出于反垄断的需要，申报了TD-SCDMA规范，并于2001年获得3GPP以及ITU的认可，被接纳在UMTS Release 4规范中[7]。TD-SCDMA的双向双工，采用TDD方式。 后3G时代，3GPP 项目组不断更新UMTS规范，称为Release 99，Release 4，5，6等等，最新的版本是2010年2月份发布的Release 10。每个版本除了改进旧版的技术以外，而且还增添了新的功能和技术，其中包括对于数据传输部分的改进，HSUPA/HSDPA，以及HSPA+，它们被称为3.5G以及3.75G。3G时代结束后，将开始普及LTE，WiMax等等网络，也就是4G网络[8]。 如前所述，2G网络中与GSM/GRPS对应的，是CDMAOne。3GPP2项目组负责设计一系列网络规范，把CDMAOne逐步进化成3G网络。其进化历程是，CDMAOne（2G），CDMA2000 1xRTT（2.75G)，和CDMA2000 1xEVDO（3G）。EVDO以后，大部分CDMA网络转向WCDMA/HSPA[8]。 2000年日本NTT DoCoMo公司率先实现了3G网络的商业化。2001年，韩国SK Telecom和KT两家公司也先后完成3G网络的商业化。但是它们使用的是不同的3G规范。日本NTT DoCoMo使用的是WCDMA，属于UMTS系列。而韩国SK和KT两家公司，使用的都是1xEVDO，属于CDMA2000系列。 2009年1月7日，中国工信部发放三张3G牌照，中国移动用TD-SCDMA，中国电信用CMDA2000，中国联通用WCDMA，其中TD-SCDMA是中国 拥有自主产权的3G技术标准，见Figure 11.1。从技术上讲，WCDMA最稳健，TD-SCDMA最爱国，而CDMA2000最没前途[9]。 Figure 11.1 中国3G格局[9] Reference, [1] Introduction to 2G Wireless Network. (http://en.wikipedia.org/wiki/2G) | |
 (4个打分， 平均：5.00 / 5) |
雁过留声
“论山寨手机与Android 【11】移动网络规范的合纵连横”有10个回复
知识普及的好文章，自从发现了弯曲，学到了很多知识，感谢弯曲！
接下来能否继续介绍一下不同3G标准的具体差异？TD-SCDMA的S到底代表了什么含义，可以自成一个标准。文中不是说WCDMA最早是日本和欧洲开始研究的，可为什么目前的大部分专利在美国的高通手里？
另外能否介绍以下4G的LTE是什么东西，在3g比有哪些改进和提高。感觉3g搞了这么多年，基本上是失败的，标准指定和应用的速度已经跟不上全球信息化发展的速度。不希望这样的事在4g上再发生。
3G在天朝以外的地方都用得挺好的吧。。。
侃兄这个系列文章的信息量真大，受益匪浅啊，不过感觉本篇虽说是补充介绍必要的移动网络知识，但是会不会偏离主题“论山寨手机与Android”太多了，建议可以另开一个系列讲讲移动网络的演义～
TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access.
的确不打算展开说移动网络的问题，因为一旦展开，没完没了，刹不住了。
本来第11章的内容是SmartPhone BP的结构。写了一个草稿后，觉得很多名词不解释一下，读起来可能有点吃力。于是加了一些解释，但是发现还是不够，于是越加越多，后来篇幅太长，干脆分两篇发了。
3G目前从技术和市场看，应该是成功的，具体就是移动数据的高速增长，商人李大师层大捞一把，不过从目前的市场形势看，似乎不太好，看李大师有和妙手把H3G做成一个真金饽饽。
3G目前的主要问题是数据流量的增长和其带来的利润增长太不成比例，所有无线运营商目前都在绞尽脑汁想办法：一个是开放有吸引力的移动增值服务，挖掘用户在内容供应方面的潜力，另外就是提供3G/WIFI/FIXED统一package的数据、语音和视频服务。3G(4G)/WIFI/FIXED各有利弊，如何有机的互补提供最佳服务是一个现实的问题
有了3G的基础，4G成功的可能性远比当初3G推出的时候成功的预期高得多，风险很小
3GPP项目组制订的UMTS 3G网络规范，包括WCDMA，以及TD-CDMA和TD-SCDMA三种
这句话写错了 应该为CDMA2000
另外，我想补充的是,不管是TDD,还是FDD
在LTE后是融合在一起的。
对于邓兄在文中提到的“TDD系统明显稍逊一筹。TDD的优势在于，适应于在人口高密度地区支持更多人同时通信，适应于不对称的数据业务，例如互联网的接入” 能否在技术层面上解释得更加清楚些。比如同样10个基站，TD能支持多少人同时通话，而FDD能支持多少人通话，然后各自的理论值和达到的最高的实际值比较。
To Allen，
没错。
UMTS从GSM发展而来，TD-CDMA是其中的一个很重要的标准。虽然最后被逐步放弃大规模商用，但是小规模高安全性是应用还是有的，比如NY的市政网，NYPD，Fire Dept.等等用的就是基于TD-CDMA的网络。
3GPP2才是关于CMDA2000的。
这些市政类的网络用的是不是SCDMA？大唐信威（陈卫的公司），称为大灵通，使用450MHZ频率的
我不知道大唐信威所说的SCDMA在那里应用。据我所知，NY用的是TD-CDMA网络。
所谓大灵通,就是基于CDMA的无线本地环路(LL),大概是最后一公里接入网的意思,和PHS区别在此,频率用非常好的无线频率450MHZ,主要目的是以低成本解决通讯覆盖问题,比如没有通信的偏远农村,本身属于没有ROI的通讯投资,国家公平和福利需要,使用固定线路成本较高,所以用无线LL技术
目前中国版3G,全称是TD-SCDMA,是西门子TD-CDMA和美籍华人专家陈卫的SCDMA和融合,而SCDMA被大唐收购,遂成中国3G标准,同时SCDMA被国家规定为无线本地环路网络的标准,大唐信威公司研发在中关村上地软件园,后因为ZZ斗争,陈卫离开CEO.
要知道到NY的网络制式,需要知道其部署的业务范畴和频率,即可确定
不同于接入网，NY市政网用的是TD-CDMA。它是完全独立于商用公网的3G骨干网。其交换机和基站设备由IPWireless公司提供，同时IPWireless还提供数据Modem等等终端设备。再详细有些我也不知道，有些知道但不好透露了。