1.1.1 2G的发展历程

第二代移动通信系统简称2G，在20世纪90年代初，欧洲完成了全球移动通信系统（Global System For Mobile Communications，GSM）标准并成功实施；美国在同期发展了窄带码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）（空中接口是IS-95A）。第二代移动通信是非常成功的移动通信系统，比较完美地解决了移动中的语音通信需求并提供了一些数据业务。

GSM的原意是“移动通信特别小组”，而随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为泛欧数字蜂窝移动通信系统的代名词。欧洲的专家将GSM重新命名为“Global System for Mobile Communications”，使之成为“全球移动通信系统”的简称。

GSM的相关工作由欧洲电信标准组织（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）承担，在评估了20世纪80年中期提出的基于时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、CDMA和频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）提案之后，最终确定GSM标准的制定基于TDMA技术。GSM是一种典型的开放式结构，具有以下四大特点。

·GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM系统设备可以互联。同时，GSM系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM系统可以与各种公用通信网实现互联互通。

·GSM系统除了可以承载基本的语音业务外，还可以承载数据业务。

·GSM系统采用TDMA/FDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可以满足用户的不同容量需求。

·GSM系统的抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。

20世纪90年代中后期，GSM引入了通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS），实现了分组数据在蜂窝系统中的传输，GPRS采用与GSM相同的高斯最小频移键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK）调制方式，GPRS通常被称为2.5G。

GSM的增强被称为GSM演进的增强型数据速率（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE），通常称为2.75G。EDGE通过在GSM系统内引入更为先进的无线接口来获得更高的数据速率，包括高阶调制（8 Phase Shift Keying，8PSK）、链路自适应等，既针对电路交换型业务，也包括GPRS分组交换型业务。

3GPP组织成立之后，GSM/EDGE的标准化工作由ETSI转移到3GPP，其无线接入部分称为GSM/EDGE无线接入网络（GSM/EDGE Radio Access Network，GERAN）。

演进的GERAN复用了现有的网络架构，并对基站收发信机（Base Transceiver Station，BTS）、基站控制器（Base Station Controller，BSC）和核心网络硬件的影响降为最小，同时在频率规划和遗留终端共存方面实现与现有GSM/EDGE的后向兼容。演进的GERAN还具有一系列的性能目标，包括改进频谱效率、提高峰值数据速率、改善网络覆盖、改善业务可行性以及降低传输时延等。所考虑的技术包括双天线终端、多载波EDGE、减小的传输时间间隔（Transmission Time Interval，TTI）和快速反馈、改进的调制和编码机制、更高的符号速率。

GSM/EDGE的网络结构如图1-2所示。基站子系统（Base Station Subsystem，BSS）包括BTS和BSC。BTS主要负责无线传输，通过空中接口Um与移动台（Mobile Station，MS）相连，通过Abis接口（BTS与BSC之间的接口）与BSC相连。BSC主要负责控制和管理，通过BTS和MS的远端命令管理所有的无线接口，主要进行无线信道的分配、释放以及越区切换的管理等，是BSS系统中的交换设备；同时，BSC通过A接口（MSC/VLR与BSC之间的接口）与网络与交换子系统（Network and Switch Subsystem，NSS）相连，提供语音业务等功能，通过Gb接口（SGSN与BSC之间的接口）与GPRS核心网相连，提供分组数据业务功能。

窄带CDMA空中接口规范由美国电信产业协会（Telecommunication Industry Association，TIA）制定。TIA于1993年完成了窄带CDMA空中接口规范IS-95A的制定工作，1995年最终定案。1997年，TIA在IS-95A规范的基础上完成了IS-95B规范，增加了64kbit/s的传输能力，IS-95A和IS-95B是窄带CDMA的空中接口标准。

窄带CDMA的网络结构如图1-3所示，与GSM的网络结构相似。CDMA系统主要由以下三大部分组成：网络子系统NSS、基站子系统BSS和用户终端MS。NSS含有CDMA系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能；BSS由BTS和BSC组成；MS定义为移动台（终端）。

CDMA空中接口的关键技术主要包括扩频技术、功率控制技术、分集接收和切换。

·扩频技术

扩频通信的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽，在CDMA系统，信号速率为9600bit/s，而带宽达到了1.23MHz，是信号速率的100多倍，因此可以降低对接收机信噪比的要求，可带来的好处有：抗干扰性强、误码率低；易于同频使用、提高了无线频谱利用率；抗多径干扰，自身具有加密功能、保密性强。

·功率控制技术

CDMA系统中各个设备使用同一频率，形成了系统内部的互相干扰，为了减少距离基站较近的终端对距离基站较远的终端的干扰，CDMA系统需要调整终端的发射功率，使各个终端到达基站的功率基本相同，这就需要功率控制。终端功率控制有开环功控和闭环功控两种：开环功控只涉及终端；闭环功控需要基站和终端共同参与，闭环功控进一步可细分为内环功率控制和外环功率控制。

·分集接收

为了对抗信号衰落，CDMA使用多种分集技术，包括频率分集、空间分集和时间分集三种。时间分集也就是通常所说的Rake接收，即同时使用多个解调、解扩器（Finger）对接收信号进行解调、解扩，然后将结果合并，从而达到提高信号的信噪比、降低干扰的目的。

·切换

CDMA系统支持多种切换方式，包括同一个载频间的软切换和更软切换以及不同载频间的硬切换。软切换和更软切换是CDMA系统特有的切换方式。软切换的定义是终端在切换时同时和相邻的几个基站保持联系；更软切换的定义是终端在同一个基站的几个扇区内切换。（更）软切换建立在Rake接收的基础上，具有切换成功率较高，可避免乒乓效应等优点。