1. 異構網路的異構網路的背景介紹
圖1.1展示了移動通信技術的發展歷程，從中我們可以觀察到數據傳輸速率隨著技術的進步而顯著提升，這為用戶提供大數據量多媒體通信服務奠定了基礎。至今，移動通信系統已經發展至第四代。接下來，本文將對這四代移動通信技術進行簡要介紹。
第一代模擬蜂窩系統（1G）始於20世紀80年代，主要應用於大規模民用通信，通過模擬語音調制技術和頻分多址技術（FDMA）提供模擬語音服務，數據傳輸速率約為2.4kbps。代表性的系統包括北美的AMPS、英國TACS和北歐NMT等。然而，受傳輸帶寬限制，第一代系統無法支持長途漫遊，僅限於區域性通信。此外，由於制式繁多且互不兼容，第一代通信系統存在容量有限、保密性較差和通信質量不高等問題，這推動了第二代數字移動通信系統（2G）的發展。
第二代數字移動通信系統實現了從模擬到數字的轉變，並向用戶提供了數字語音服務。該代技術主要包括基於TDMA的全球數字移動通信系統（GSM）和基於CDMA的IS-95系統（如CDMA one）。
第三代移動通信系統（3G）是在第二代移動通信技術日益成熟的基礎上發展起來的，旨在提供高速數據蜂窩移動通信技術。主要3G技術標准包括歐洲的WCDMA、北美的CDMA2000、中國的TD-SCDMA以及國際電信聯盟（ITU）會議通過的WiMAX。第三代移動通信的最高數據傳輸速率可達2Mbps，能夠提供相當高速的數據傳輸服務，如多媒體、視頻和數據等。
長期演進（LTE）項目是3G的演進，採用正交頻分復用（OFDM）和MIMO技術，在20MHz帶寬下提供上行50Mbps和下行100Mbps的峰值速率，也被稱作3.9G移動通信技術。LTE-Advanced作為LTE的升級版，被稱為4G標准，有兩種制式：TDD和FDD。TD-SCDMA可以演進成TDD制式，HSPA+直接進入LTE，而WCDMA可以演進成FDD制式。
第四代移動通信系統（4G）旨在提供更高的帶寬，並確保任何人在任何時間、任何地點以任何方式都能與他人進行通信，用戶無需關心網路傳輸的實現細節。為了實現這一目標，需要將不同的無線通信系統融合在一起，形成異構無線網路（HWNs），為用戶提供無縫切換和服務質量（QoS）保證。因此，下一代移動通信網路將是異構網路。異構網路融合是下一代網路研究的熱點，也是本文的研究重點。
寬頻無線接入技術（BWA）是繼1990年攜帶型無線電話和2000年Wi-Fi（Wireless Fidelity）之後的第三次無線革命，它能在廣域網上提供高速無線互聯網接入或計算機網路接入。幾種重要的寬頻無線接入技術包括WLAN（Wireless Local Area Network）、WiMAX技術和WiBro（Wireless Broadband）等。
表1.1和表1.2分別列出了三種寬頻無線接入技術和三種3G技術的主要參數。比較這兩張表格可以看出BWA與3G技術存在很大差異，例如BWA支持的數據傳輸速率數十兆比特每秒，而3G只有幾兆比特每秒；3G網路的覆蓋范圍大於BWA網路；3G網路支持高速移動的用戶。因此，每個網路都有其優點和局限性。
下一代無線網路是異構網路融合的重要原因在於：基於異構網路融合，可以根據用戶特點（如車載用戶）、業務特點（如實時性要求高）和網路特點為用戶選擇合適的網路，提供更好的QoS。廣域網覆蓋范圍大，但數據傳輸速率低；區域網則相反。在實際應用中，多模終端可以根據自身業務特點和移動性選擇合適的網路接入。與同構網路不同，在異構網路環境下，用戶可以選擇服務代價小且滿足自身需求的網路進行接入。這是由於這些異構網路之間具有互補性，使得網路融合顯得非常重要。
一些組織提出了不同的網路融合標准，包括3GPP（第三代合作夥伴計劃）、MIH（IEEE 802.21媒體獨立切換工作組）和ETSI（歐洲電信標准協會）。無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）是異構網路中的一個重要研究課題，其目標是高效利用受限的無線頻譜、傳輸功率以及無線網路基礎設施。RRM技術包括呼叫接入控制（CAC）、水平或垂直切換、負載均衡、信道分配和功率控制等。3GPP提出了一種協同無線資源管理技術（CRRM），通過利用CRRM伺服器對不同接入網路信息進行監測，合理調度異構網路中的無線資源。除了協同無線資源管理演算法外，還有聯合無線資源管理演算法（JRRM）。這些技術實際上都是為異構網路提供統一的管理平台，以達到合理利用無線資源的目的。
網路選擇演算法是無線資源管理中的研究熱點，網路選擇演算法通常可以分為呼叫接入網路選擇演算法和垂直網路切換選擇演算法。在同構網路中，接入和切換主要考慮接收信號的強度，而在異構網路中需要考慮不同接入網路之間的差異，因此需要考慮的因素很多，接收信號的強度只是其中的一個影響因素，其他因素如數據傳輸速率、價格、覆蓋范圍、實時性和用戶的移動性等。這些都是從用戶角度考慮的，如果從網路端考慮，就會涉及到提高系統的吞吐量、降低阻塞率以及均衡負載。因此，網路選擇對於異構網路的融合起到了至關重要的影響。本文接下來部分將主要討論異構網路系統模型、無線資源管理、網路性能優化以及網路選擇演算法。