异构网络背景介绍
第一代模拟蜂窝系统(1G)于20世纪80年代开始大规模民用，主要用于提供模拟语音业务。采用了模拟语音调制技术和频分多址(FDMA)技术，数据传输速率约为2.4kbps，代表系统有北美的高级移动电话服务(AMPS)、英国的全接入通信系统(TACS)和北欧移动电话(NMT)等。由于传输带宽的限制，不能长距离漫游，只是一个区域性的移动通信系统。此外，第一代通信系统的缺点还包括格式太多且不兼容，容量有限，保密性差，通信质量低。因此，它促进了第二代数字移动通信系统(2G)的发展。
第二代数字移动通信系统完成了从模拟到数字的转变，从而为用户提供数字语音服务。第二代移动通信技术可以分为两种类型。首先是基于时分多址(TDMA)的全球移动通信系统(GSM)和基于码分多址(CDMA)的IS-95系统(例如CDMA one)。
第三代移动通信系统(3G)是从日益成熟的第二代移动通信系统发展而来的，其目的是提供高速数据的蜂窝移动通信技术。3G技术标准主要有四个:欧洲电信标准协会，ETSI提出的WCDMA)，华北提出的CDMA 1演进而来的CDMA2000，具有知识产权的时分同步码分多址(TD-SCDMA)，2007年国际电信联盟(ITU)会议通过的微波接入全球互通(WiMAX)。第三代移动通信的最高数据传输速率可以达到2Mbps，因此可以提供相当高速的数据传输服务，例如多媒体、视频和数据。
长期演进(LTE)是3G的演进，采用的主要技术是正交频分复用(OFDM)和MIMO(多输入多输出)，可以在20MHz的带宽内提供50Mbps的上行链路和65，438+000 Mbps的下行链路峰值速率。LTE也被称为3.9G移动通信技术。LTE-Advanced是LTE的升级版，被称为4G标准。它有两个标准，一个是TDD，TD-SCDMA可以演进到TDD，HSPA+(高速分组接入)直接进入LTE，一个是FDD，WCDMA可以演进到FDD。
第四代移动通信系统(4G)不仅提供了更高的带宽，而且保证了任何人可以在任何时间、任何地点、以任何方式与任何人进行通信，用户无需考虑网络传输的实现细节。从GSM到第四代，所有技术不可能一蹴而就，这些技术会同时存在，为用户提供服务。为了实现第四代移动通信的目标，有必要将这些不同的无线通信系统集成起来，形成一个异构无线网络(HWNs)通信系统，从而为用户提供无缝切换和服务质量(QoS)保证。因此，下一代移动通信网络将是一个异构网络，异构网络的融合是下一代网络研究的重点，也是本文的主要内容。
宽带无线接入(BWA)是继2000年出现1990便携式无线电话和Wi-Fi(无线保真)之后的第三次无线革命。BWA是一种在广域范围内提供高速无线互联网接入或计算机网络接入的技术。宽带无线接入技术的数据速率大致相当于一些有线网络，如非对称数字用户线(ADSL)或电缆调制解调器，因此通常是有线接入网的重要补充。几种重要的宽带无线接入技术包括WLAN(无线局域网)、WiMAX技术和WiBro(无线宽带)。WLAN通过扩频或OFDM技术连接两个或两个以上的终端设备，通过接入点连接到宽带互联网。大多数无线局域网技术都基于IEEE802.11标准。无线局域网的优点包括它的低成本和高传输速度。由于WLAN工作在非授权频段，WLAN的发射功率很小，覆盖范围只有100米左右，可以为用户在小范围内移动时提供网络的接入。WiMAX可以在大范围内提供高速数据服务，传输速率达到每秒30到40兆比特，2065，438+065，438+0年提高到65，438+0千兆比特/秒，最大覆盖半径可达50km。此外，WiMAX可以支持部分低速移动用户，并且可以提供多种服务，资费也高于WLAN。BWA具有建网速度快、运营成本低、维护方便等优势，因此发展非常迅速，为推进泛在互联网接入、加强公共服务奠定了重要基础。表1.1给出了WLAN、WiMAX、Wibro三种宽带无线接入技术的主要参数；表1.2给出了三种3G技术的主要参数，即UMTS(通用移动通信系统)、EV-DO(仅演进数据)和HSDPA(高速数据链路分组接入)。对比这两张表，我们可以看出BWA与3G技术有很大不同。例如，BWA支持每秒几十兆的数据传输速率，而3G只有每秒几兆。从覆盖范围可以看出，3G网络的覆盖范围大于BWA网络；从移动性上也可以看出，3G网络是支持高速移动用户的。所以可以看出，每种网络都有其优缺点。
表1.1宽带无线接入技术主要参数WLAN WiMAX WiBro峰值速率802.11a，G = 54 Mbps dl:70 Mbps dl:18.4 Mbps dl:602.11b = 11 Mbps ul:70 Mbps ul:6.65438+802.16e目标市场家族/企业家族/企业家族/企业主要参数表1.2 3G技术UMTS EV-DO HSDPA峰值速率DL:2 Mbps DL:3.1 Mbps DL:14 Mbps UL:2 Mbps UL:1.2 Mbps UL:2 Mbps带宽5MHz 65。438+0.25GHz 5MHz多址CDMA CDMA双工FDD FDD FDD高移动性高覆盖区域big big big协议标准3GPP目标市场public * * * public * * public * * *下一代无线网络之所以是异构无线网络融合的重要原因是，在异构网络融合的基础上，用户可以根据自己的特点(如车载用户)、业务特点(如高实时性要求)和网络特性选择合适的网络并提供更好的QoS。一般来说，广域网覆盖面积大，但数据传输速率低，而局域网正好相反。因此，在实际应用中，多模终端可以根据自身的业务特点和移动性选择合适的网络接入。与以前的同构网络不同，在异构网络环境下，用户可以选择一个服务成本低的网络，同时满足自己的接入需求。这是因为这些异构网络具有互补的特性，这使得异构网络的集成非常重要。因此，一些组织提出了不同的网络融合标准，如3GPP(第三代合作伙伴计划)、MIH(IEEE 802.21媒体独立切换工作组)和ETSI(欧洲电信标准协会)。
无线资源管理(RRM)是异构网络中的一个重要研究课题。RRM的目标是有效利用有限的无线频谱、传输功率和无线网络基础设施。RRM技术包括呼叫许可控制(CAC)、水平或垂直切换、负载平衡、信道分配和功率控制。3GPP提出了公共无线资源管理(Common Radio Resource Management，CRRM)，利用CRRM服务器监控不同接入网络的信息，合理调度异构网络中的无线资源。除了合作无线电资源管理算法，还有联合无线电资源管理(JRRM)。这些技术实际上为异构网络提供了一个统一的管理平台，以达到合理利用无线资源的目的。
网络选择算法是无线资源管理的研究热点。网络选择算法通常可以分为呼叫接入网络选择算法和垂直网络切换选择算法。同构网络的接入和切换主要考虑接收信号的强度，而异构网络需要考虑不同接入网络之间的差异，所以需要考虑的因素很多，接收信号的强度只是其中之一，其他因素还有数据传输速率、价格、覆盖、实时性能、用户移动性等。这些都是站在用户角度考虑的。如果从网络方面考虑，会涉及到提高系统吞吐量，降低阻塞率，均衡负载。因此，网络选择在异构网络集成中起着至关重要的作用。本文的下一部分将主要讨论异构网络系统模型、无线资源管理、网络性能优化和网络选择算法。