3G和4G LTE网络架构之间的区别

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3G向4G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；

　　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。

　　TTCN3 LTE网络架构解决方案（摘自testingtech）

　　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。