帮你浅谈何为 无线多连接（共1篇）
帮你浅谈何为 无线多连接 篇1
1、概述
随着移动通信技术的发展，目前多种无线通信系统和技术体制并存。第二代移动通信系统GSM/GPRS，即将部署应用的第三代移动通信系统TD-SCDMA/WCDMA，本地无线接入系统，无线局域网等。对于移动通信运营商，同时拥有多个无线通信系统和相应的无线通信频段是很普遍的现象。
在面向IMT-Advanced系统提交新一代移动通信网络的需求和技术方案时，除了怎样采用新的无线传输技术来进一步提高无线通信系统的频谱效率外，怎样更好的利用现有的无线频率资源并实现各种无线系统充分合理的利用也是需要认真考虑的问题。
无线多连接就是在这样的背景下产生的新概念。概括的说，就是指无线通信设备可以同时维护多个无线链路。采用无线多连接可以改善系统的性能，通过多个无线链路之间的联合无线资源管理，可以实现不同接入系统间的负荷分担，从而从整体上提高无线频率的利用率，提高业务的数据速率，改善用户的体验，并且在下一代网络中更好的支持“always on”功能。此外，无线多连接还可以提高移动通信系统的切换性能，降低切换时延，提高系统的可靠性。
在本文中，将重点阐述无线多连接的概念和基本含义，并对无线多连接的实现技术进行分析，对所需的国际标准化工作进行探讨。
2、无线多连接概念解析与实现技术
无线多连接，是无线通信设备具备发起和维护多个无线连接的能力。有如下四种无线多连接模式，这一部分将详细介绍四种无线多连接的模式及其实现技术。
2.1、模式1：相同接入技术的虚拟多连接
相同接入技术的虚拟多链接是指在一个时刻，只保持一条无线链路，在维护此无线链路的同时，进行不在相同频点上的其它相同接入技术系统的空中接口测量，并完成必要的信令连接准备。如果当前的无线链路出现问题或系统的负荷过高，可以迅速切换到已经做好信令准备的其它无线链路上。
这种场景下的多连接是多连接概念中最基本的形式，本质上仍是单连接，只是从系统的角度在一段时间内可以连接多个的频段上的相同技术体制的系统，具备了无线多连接的基本特征。这种模式的多连接的好处是可以改善系统的切换性能，提高系统的可靠性。在当前系统负荷过重或无线链路质量严重降低的时候，可以迅速切换到已经准备好的第二条无线链路上。
一些移动通信系统，如GSM，其实已经具备异频测量的能力，但出于节约系统开销和空中接口资源的考虑，往往并没有预先建立信令连接。因此在这种场景下，研究的重点是怎样在系统开销和切换性能之间取得最佳平衡点。
2.2、模式2：相同接入技术异频多连接
这种多连接方式是指不同频段上，移动通信设备可以和两个相同技术体制的系统同时保持无线连接。在移动通信设备中可以采用单独的MAC功能实体或者多个MAC功能实体来完成同时存在的多个物理层连接。
在这种多连接方式下，需要移动通信终端具备两套RF接收设备，可以同时处理不同频段的物理层连接。也需要相同或者不同的MAC处理实体，尤其是在OFDM系统中，Multi-Band OFDM也是即将引入到IMT-Advanced系统中的一个新的概念和技术。
这种多连接模式的好处在于可以更自由的使用非连续的频谱。IMT-Advanced系统的频率很可能没有大块的成对频段可用，采用multi-band的方式，可以将不连续的频段当作物理资源的片段，构成一个能力更强的物理层承载。
在这种场景的多连接中，有两个需要重点研究解决的问题。首先需要解决物理层能够同时处理两个频段上的信号，可以通过射频或基带数字信号的处理方法完成。其次，需要MAC的管理和控制问题。如果把不同频段的射频信号只做为物理层承载的一部分，那么只需要一个MAC层及其功能实体就可以处理多个频段的连接。若把物理层的承载当作相互独立的部分，则处理方式更接近异频双接收机，需要多个MAC功能实体完成。当需要多个MAC功能实体来完成无线多连接功能的时候，多个MAC功能实体之间的协调和管理就成为最迫切需要解决的问题。
2.3、模式3：不同接入技术的虚拟多连接
对于不同接入技术的虚拟多连接，是指移动通信系统在某一个时刻只需要维持一个无线链路，但是需要对采用不同接入技术的其它系统进行测量，并在一定条件下，提前建立必要的信令连接。这种无线多连接的方式要求移动通信设备需要具备多个无线技术需要的MAC层和对应的物理层，只是并不要求不同的物理层同时工作，而是用时分复用的方式来使用多连接。
事实上，目前的无线通信系统，尤其是同一个标准化组织所制定的通信技术标准，出于后向兼容和网络平滑演进的需要，都在系统和协议设计中考虑了对现有系统的测量。因此这种多连接场景实质上已经在国际标准化组织的涉及范围之内。例如，GSM和WCDMA系统以及LTE与WCDMA之间的各种互操作方式，就是典型的在不同接入技术和接入系统间的虚拟多连接，
但是对于不同国际标准化组织所制定和维护的标准，往往不会考虑到进行异系统测量，更不会做必要的信令准备。通常只是在核心网层面进行数据的转发，也就是通常所说的两个系统是“松耦合”的关系。因此，这里提出的不同接入技术的虚拟多链接，实质上就是要求两个系统具备“紧耦合”的关系，需要必要的空口测量，并有信令的配合和准备。
这种多连接模式的好处在于可以联合使用多个无线频率资源，充分利用不同无线接入系统的能力，可以提高移动通信网络的可靠性，通过两个系统的联合资源管理，可以使资源得到更优化的利用。同时对于用户，这种多连接模式可以改善用户的体验，使用户感觉到在不同的环境中，始终保持最佳的连接，具备“always on”的支持能力。
在终端设备中，都需要实现两个或多个MAC层及物理层，具备双接收机的能力。由于射频部分相互干扰的限制，双接收机并不同时工作。在这个多连接场景中，研究的重点是进行不同系统间测量和确定信令做好准备的策略及时机，提高系统快速切换性能、改善不同无线系统间的负荷分担状况，同时减少系统的开销。
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2.4、模式4：不同接入技术间的多连接
这种多连接是无线多连接期望达到的最终状态。在不同的无线接入技术间，同时维护多个无线链路。配合不同接入系统间的联合资源管理，这种多连接场景可以实现不同无线接入系统之间的资源优化，使用户得到最佳体验，并实现频率资源和系统资源的最优利用。
事实上，已经有不同接入技术体制间实现多连接的例子。例如一些通信终端具备GSM和Wi-Fi的双模且可以同时工作的能力。但基本上通过双接收机方式实现，而且两个接收机之间互不相关。更接近于将两个接收机简单地集成在一个通信设备上。
这种多链接模式具备前述三种无线多连接的所有好处，所以说是无线多连接技术期望达到的最终状态。
在这种无线多连接的模式中，重点需要研究解决两个问题。其一，是多个射频设备如何共同在一个通信设备上正常工作，并且具备可接受的成本和较强的工业可实现性。其二，是多个无线连接之间怎样联合管理和调度的问题。
前一个问题主要依赖于RF技术和材料科学的发展，是这种无线多连接场景能否实现的基础。后一个问题则更多的是系统设计和优化问题。随着无线通信的系统和技术越来越多，无线频率资源的日益紧张以及日益增长的对无线数据通信的需要求，这种无线多连接模式正在具有越来越强的现实意义。
3、无线多连接与标准化
无线多连接的实现与无线系统的标准设计有密切的关系。因此，实现无线多连接除了研究其实现技术方案，也与国际标准化工作密切相关。这里将以3GPP中的标准化过程为例，探讨不同的无线多连接模式对现有及即将制定的技术标准所产生的影响。
对于模式1，在3GPP的标准化中其实已经考虑的比较充分了。需要进一步研究的是此种模式下切换性能的改善与系统开销之间的最佳平衡点，以确定在何种条件下启动信令的建立过程。此外，还需要考虑若异频系统属于不同的无线接入网，需要建立何种机制来完成必要信息的传递工作。
对于模式2，如果简单的采用双接收机实现，则此种模式属于应用问题，与技术标准化工作本身并不会有特别密切的关系。但是，若考虑multi-band OFDM，则需要完成技术的可行性分析，评估单MAC功能实体和多MAC处理方式的优劣，通过综合比较，全面衡量系统实现复杂度、设备实现成本、性能等几方面因素，将对后续的标准产生明显的影响。值得注意的是，在IEEE802.16m的标准制定中，已经考虑了这种频率使用的方式，并为标准化做了充足的准备，可以供3GPP参考。
对于模式3，在3GPP自身的标准系列中，已经从后向兼容和系统间Interworking的角度做了充分的分析和论证工作。对于3GPP系统与non-3GPP系统之间的关系，在3GPP前期的研究项目中，已经开始分析“紧耦合”和“松耦合”关系，初步的结论是采用“松耦合”，即不要求空口进行测量，而是通过核心网络完成数据的连接和转发。然而，在面向IMT-Advanced系统标准制定的时候，仍然有必要重新考虑，是否需要更好的系统间空中接口测量，以支持优化的无线频率利用方式。
对于模式4，首先目前硬件的基础尚未完全具备。已有一些研究机构和公司在探索模式4的实现，但距离大规模的工业化应用还有比较大的差距。其中，标准化方面需要的准备和配合也是造成模式4比较难以应用的因素之一。可以先开始在3GPP内部不同接入系统之间的多连接尝试，从需求和必要的研发准备开始推动，尤其是在一些已经有研究基础和工业基础的方向上进行，比如3GPP系统之间和3GPP系统与WLAN之间的多模多连接做有益的尝试。
4、结论与展望
无线多连接是面向IMT-Advanced系统所提出的一个重要概念。使用无线多连接的最终目标是能够更好的利用宝贵的无线频率资源，优化并联合利用无线频率资源，改善系统的性能，并向用户提供更好的业务使用体验。本文中提出了这个概念并且分析了无线多连接实现的四种模式。四种模式在现实系统中都能找到对应的实例，但本文的分析表明，现实系统中的无线多连接方式距离无线多连接的最终目标仍然具有一定的差距，需要在系统设计和标准化方面完成更系统的工作。