如题所述
图1.1展示了移动通信技术的发展历程，从中我们可以观察到数据传输速率随着技术的进步而显著提升，这为用户提供大数据量多媒体通信服务奠定了基础。至今，移动通信系统已经发展至第四代。接下来，本文将对这四代移动通信技术进行简要介绍。
第一代模拟蜂窝系统（1G）始于20世纪80年代，主要应用于大规模民用通信，通过模拟语音调制技术和频分多址技术（FDMA）提供模拟语音服务，数据传输速率约为2.4kbps。代表性的系统包括北美的AMPS、英国TACS和北欧NMT等。然而，受传输带宽限制，第一代系统无法支持长途漫游，仅限于区域性通信。此外，由于制式繁多且互不兼容，第一代通信系统存在容量有限、保密性较差和通信质量不高等问题，这推动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实现了从模拟到数字的转变，并向用户提供了数字语音服务。该代技术主要包括基于TDMA的全球数字移动通信系统（GSM）和基于CDMA的IS-95系统（如CDMA one）。
第三代移动通信系统（3G）是在第二代移动通信技术日益成熟的基础上发展起来的，旨在提供高速数据蜂窝移动通信技术。主要3G技术标准包括欧洲的WCDMA、北美的CDMA2000、中国的TD-SCDMA以及国际电信联盟（ITU）会议通过的WiMAX。第三代移动通信的最高数据传输速率可达2Mbps，能够提供相当高速的数据传输服务，如多媒体、视频和数据等。
长期演进（LTE）项目是3G的演进，采用正交频分复用（OFDM）和MIMO技术，在20MHz带宽下提供上行50Mbps和下行100Mbps的峰值速率，也被称作3.9G移动通信技术。LTE-Advanced作为LTE的升级版，被称为4G标准，有两种制式：TDD和FDD。TD-SCDMA可以演进成TDD制式，HSPA+直接进入LTE，而WCDMA可以演进成FDD制式。
第四代移动通信系统（4G）旨在提供更高的带宽，并确保任何人在任何时间、任何地点以任何方式都能与他人进行通信，用户无需关心网络传输的实现细节。为了实现这一目标，需要将不同的无线通信系统融合在一起，形成异构无线网络（HWNs），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异构网络。异构网络融合是下一代网络研究的热点，也是本文的研究重点。
宽带无线接入技术（BWA）是继1990年便携式无线电话和2000年Wi-Fi（Wireless Fidelity）之后的第三次无线革命，它能在广域网上提供高速无线互联网接入或计算机网络接入。几种重要的宽带无线接入技术包括WLAN（Wireless Local Area Network）、WiMAX技术和WiBro（Wireless Broadband）等。
表1.1和表1.2分别列出了三种宽带无线接入技术和三种3G技术的主要参数。比较这两张表格可以看出BWA与3G技术存在很大差异，例如BWA支持的数据传输速率数十兆比特每秒，而3G只有几兆比特每秒；3G网络的覆盖范围大于BWA网络；3G网络支持高速移动的用户。因此，每个网络都有其优点和局限性。
下一代无线网络是异构网络融合的重要原因在于：基于异构网络融合，可以根据用户特点（如车载用户）、业务特点（如实时性要求高）和网络特点为用户选择合适的网络，提供更好的QoS。广域网覆盖范围大，但数据传输速率低；局域网则相反。在实际应用中，多模终端可以根据自身业务特点和移动性选择合适的网络接入。与同构网络不同，在异构网络环境下，用户可以选择服务代价小且满足自身需求的网络进行接入。这是由于这些异构网络之间具有互补性，使得网络融合显得非常重要。
一些组织提出了不同的网络融合标准，包括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（Radio Resource Management，RRM）是异构网络中的一个重要研究课题，其目标是高效利用受限的无线频谱、传输功率以及无线网络基础设施。RRM技术包括呼叫接入控制（CAC）、水平或垂直切换、负载均衡、信道分配和功率控制等。3GPP提出了一种协同无线资源管理技术（CRRM），通过利用CRRM服务器对不同接入网络信息进行监测，合理调度异构网络中的无线资源。除了协同无线资源管理算法外，还有联合无线资源管理算法（JRRM）。这些技术实际上都是为异构网络提供统一的管理平台，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中的研究热点，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。在同构网络中，接入和切换主要考虑接收信号的强度，而在异构网络中需要考虑不同接入网络之间的差异，因此需要考虑的因素很多，接收信号的强度只是其中的一个影响因素，其他因素如数据传输速率、价格、覆盖范围、实时性和用户的移动性等。这些都是从用户角度考虑的，如果从网络端考虑，就会涉及到提高系统的吞吐量、降低阻塞率以及均衡负载。因此，网络选择对于异构网络的融合起到了至关重要的影响。本文接下来部分将主要讨论异构网络系统模型、无线资源管理、网络性能优化以及网络选择算法。
第一代模拟蜂窝系统（1G）始于20世纪80年代，主要应用于大规模民用通信，通过模拟语音调制技术和频分多址技术（FDMA）提供模拟语音服务，数据传输速率约为2.4kbps。代表性的系统包括北美的AMPS、英国TACS和北欧NMT等。然而，受传输带宽限制，第一代系统无法支持长途漫游，仅限于区域性通信。此外，由于制式繁多且互不兼容，第一代通信系统存在容量有限、保密性较差和通信质量不高等问题，这推动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实现了从模拟到数字的转变，并向用户提供了数字语音服务。该代技术主要包括基于TDMA的全球数字移动通信系统（GSM）和基于CDMA的IS-95系统（如CDMA one）。
第三代移动通信系统（3G）是在第二代移动通信技术日益成熟的基础上发展起来的，旨在提供高速数据蜂窝移动通信技术。主要3G技术标准包括欧洲的WCDMA、北美的CDMA2000、中国的TD-SCDMA以及国际电信联盟（ITU）会议通过的WiMAX。第三代移动通信的最高数据传输速率可达2Mbps，能够提供相当高速的数据传输服务，如多媒体、视频和数据等。
长期演进（LTE）项目是3G的演进，采用正交频分复用（OFDM）和MIMO技术，在20MHz带宽下提供上行50Mbps和下行100Mbps的峰值速率，也被称作3.9G移动通信技术。LTE-Advanced作为LTE的升级版，被称为4G标准，有两种制式：TDD和FDD。TD-SCDMA可以演进成TDD制式，HSPA+直接进入LTE，而WCDMA可以演进成FDD制式。
第四代移动通信系统（4G）旨在提供更高的带宽，并确保任何人在任何时间、任何地点以任何方式都能与他人进行通信，用户无需关心网络传输的实现细节。为了实现这一目标，需要将不同的无线通信系统融合在一起，形成异构无线网络（HWNs），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异构网络。异构网络融合是下一代网络研究的热点，也是本文的研究重点。
宽带无线接入技术（BWA）是继1990年便携式无线电话和2000年Wi-Fi（Wireless Fidelity）之后的第三次无线革命，它能在广域网上提供高速无线互联网接入或计算机网络接入。几种重要的宽带无线接入技术包括WLAN（Wireless Local Area Network）、WiMAX技术和WiBro（Wireless Broadband）等。
表1.1和表1.2分别列出了三种宽带无线接入技术和三种3G技术的主要参数。比较这两张表格可以看出BWA与3G技术存在很大差异，例如BWA支持的数据传输速率数十兆比特每秒，而3G只有几兆比特每秒；3G网络的覆盖范围大于BWA网络；3G网络支持高速移动的用户。因此，每个网络都有其优点和局限性。
下一代无线网络是异构网络融合的重要原因在于：基于异构网络融合，可以根据用户特点（如车载用户）、业务特点（如实时性要求高）和网络特点为用户选择合适的网络，提供更好的QoS。广域网覆盖范围大，但数据传输速率低；局域网则相反。在实际应用中，多模终端可以根据自身业务特点和移动性选择合适的网络接入。与同构网络不同，在异构网络环境下，用户可以选择服务代价小且满足自身需求的网络进行接入。这是由于这些异构网络之间具有互补性，使得网络融合显得非常重要。
一些组织提出了不同的网络融合标准，包括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（Radio Resource Management，RRM）是异构网络中的一个重要研究课题，其目标是高效利用受限的无线频谱、传输功率以及无线网络基础设施。RRM技术包括呼叫接入控制（CAC）、水平或垂直切换、负载均衡、信道分配和功率控制等。3GPP提出了一种协同无线资源管理技术（CRRM），通过利用CRRM服务器对不同接入网络信息进行监测，合理调度异构网络中的无线资源。除了协同无线资源管理算法外，还有联合无线资源管理算法（JRRM）。这些技术实际上都是为异构网络提供统一的管理平台，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中的研究热点，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。在同构网络中，接入和切换主要考虑接收信号的强度，而在异构网络中需要考虑不同接入网络之间的差异，因此需要考虑的因素很多，接收信号的强度只是其中的一个影响因素，其他因素如数据传输速率、价格、覆盖范围、实时性和用户的移动性等。这些都是从用户角度考虑的，如果从网络端考虑，就会涉及到提高系统的吞吐量、降低阻塞率以及均衡负载。因此，网络选择对于异构网络的融合起到了至关重要的影响。本文接下来部分将主要讨论异构网络系统模型、无线资源管理、网络性能优化以及网络选择算法。
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