3G到4G技术演进.pdf
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1、1目 录1.引言:.22.3G.32.13G 的概念.32.23G 的技术标准.334G.43.14G 的概念.43.24G 的主要标准.43.2.1WiMAX.53.2.2LTE.53.2.3UMB.53.33G 向 4G 的演进路径.543G 到 4G 中的过渡.64.1所谓的 3.5G.64.1.1WCDMA/TD-SCDMA 无线接口的发展.64.1.2MT-2000 CDMA MS(cdma 2000)无线接口的发展.74.1.3WiMAX.94.2E3G 的出现.104.2.1WCDMA 和 TD-SCDMA 的长期演进(LTE).114.2.2cdma2000 的空中接口演进(A
2、IE).124.3向 4G 迈进.124.3.1LTE-Advanced.124.3.2IEEE 802.16m.144.3.3UMB.165融合、共存是 4G 的趋势.17参考文献.18 通信技术新概论课程论文23G3G 的演进的演进摘要:摘要:在移动通信领域,每 20 年就发生一次革命性的变化。移动通信技术从第一代演进到现今的第三代,以及处于预研阶段的第四代移动通信的发展大致经历三个发展阶段。移动通信已然成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。本文旨在对 3G 中的三大技术主流制式,以及 WiMAX 在 3G 到 4G 的演进进程做出简要的比较分析。关键词关键词:LTE;80
3、2.16;UMB1.引言:引言:始与 20 世纪 70 年代的现代移动通信技术,从最初的无线电通信技术,到今天的 3G 技术,短短的 40 年间不可谓不发生了翻天覆地的变化。移动通信在逐步实现数字化、宽带化、分组化、智能化、个人化、多网业务融合的多元化和综合化、移动网络无缝覆盖的全球化,朝着个人通信的目标发展,即 5W任何人(whoever)在任何地方(wherever)任何时间(whenever)可以和同任何人(whomever)进行任何形式(whatever)的通信。1 移动通信的发展进程如图1 所示。图图 1 移动通信的发展进程图移动通信的发展进程图通信技术新概论课程论文32.3G2.1
4、3G 的概念 第三代移动通信系统(3rd Generation Mobile System,3G),最早由国际电信联盟(International Telecommunication union,ITU)于 1985 年提出的。1996年,ITU 将其更名为全球移动通信系统(International Mobile Telecommunication,IMT-2000),后缀指其工作在 2000MHZ 频段,且预计于2000 年商用。2 IMT-2000 系统构成图如图 2 所示。图图 2 IMT-2000 系统构成图系统构成图2.2 3G 的技术标准1999 年 ITU 提出并确定了针对 3
5、G 网络的 IMT-2000 无线接口的 5 种技术标准,3G 的 5 种无线接口技术如表 1 所示表表 1 3G 的的 5 种无线接口技术种无线接口技术多址接入技术正式名称习惯称呼IMT-2000 CDMA DSWCDMAU/UTRAIMT-2000 CDMA MScdma 2000CDMA 技术IMT-2000 CDMA-TDDTD-SCDMA/UTRA-TDDIMT-2000 TDMA-SCUWC-136TDMA 技术IMT-2000 TDMA-MCEP-DECT其中由第三代移动通信伙伴计划(3GPP)制定的 IMT-2000 CDMA DS(WCDMAU/UTRA),由第三代移动通信伙
6、伴计划 2(3GPP2)制定的 IMT-通信技术新概论课程论文42000 CDMA MS(cdma 2000),由中国通信标准化协会(CCSA)制定的 IMT-2000 CDMA-TDD(TD-SCDMA/UTRA-TDD)目前 IMT-2000 的三大主流技术标准。在 2007 年 10 月,3G 标准中 IMT-2000 家族加入了一名新成员,WiMAX被正式批准为国际电信联盟(ITU)标准,命名为 OFDMA TDD WMAN。3 4G3.1 4G 的概念4G 即是人们所熟知的 B3G,在 2005 年,ITU 将 B3G 技术正式命名为IMT-Advanced,以区别于之前的 3G 技
7、术(即 IMT-2000)。2008 年 2 月,ITU(国际电信联盟)正式发出通函,邀请世界各国以及各国际通信标准化组织向ITU 提交 IMT-Advanced(4G)无线接入候选技术。同时也邀请世界各国和国际组织注册评估组,准备对提交者提交的候选技术方案进行进一步的分析和评估。在 2010 年 10 月于重庆举行的 ITU-R WP5D 第 9 次会议上,中国提交的 TD-LTE-Advanced、LTE-Advanced FDD 以及 802.16m 三种技术一同入选 IMT-Advanced 国际标准。不过,4G 国际标准还没有最终确定,目前知道的仅是一个框架而已。就 ITU 对 4G
8、 的系统标准定义,主要是集 3G 与 WLAN 于一体,能够传输高质量视频图像,传输速率达到 100Mbps,上传速度 20Mbps,并能够满足所有用户对于无线服务的要求,且价格与固定宽带网络相同,并实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝连接并相互兼容。4G 具有更高的数据率和频谱利用率,更高的安全性、智慧性和灵活性,更高的传输质量和服务质量(QoS)。34G 系统应体现移动与无线接入网及 IP 网络不断融合的发展趋势。因此 4G 系统应当是一个全 IP 的网络。4G 除了继续依赖 3G 标准组织已发展的多项新技术和标准(如OFDM、MIMO、IP 核心网、开发业务架构及
9、IPv6 等)并加以延伸外,其规划还必须满足整体系统架构能够由 3G 平滑演进到 4G 的要求通信技术新概论课程论文53.2 4G 的主要标准WiMAX、LTE 和 UMB 是目前向 4G 演进的最主要标准。3.2.1 WiMAXWiMAX 是由 IEEE 提出的宽带无线接入技术,受到英特尔、思科等 IT 厂商的支持。由于没有原体制的束缚,最符合宽带接入市场的需求。采用WiMAX 的运营商主要是固网运营商和新运营商,然而,这些运营商可以利用VoIP 等技术,通过 WiMAX 网络为用户提供与蜂窝网络相同的移动语音服务。3.2.2 LTELTE(Long Term Evolution)是 3GP
10、P 提出的演进标准,它定义了 LTE FDD 和 LTE TDD 两种方式。LTE FDD 受到了传统移动运营商的支持,中国移动则是 LTE TDD 的主要支持者。随着 LTE TDD 技术研究的深入,越来越多运营商和厂商加入到 LTE TDD 队伍中来。3.2.3 UMBUMB(Ultra-Mobile Broadband)是 3GPP2 提出的超移动宽带技术,主要由美国高通公司支持,是 CDMA2000 系列标准的演进升级版本。但目前还没有一家运营商宣布计划试验或者布署这项技术。3.3 3G 向 4G 的演进路径3G 向 4G 的演进路径主要有 3 条4:一是 WCDMA 和 TD-SCD
11、MA,均从 HSPA 演进至 HSPA+,进而到 LTE。全世界大多数电信运营商,以及爱立信、诺基亚西门子、华为等主要电信设备生产商均坚定支持这一路线。二是 CDMA2000 沿着 EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B,最终到 UMB。近年来,全球 CDMA 投资趋于萎缩,主要的 CDMA 运营商美国通信技术新概论课程论文6Verizon+Alltel、Sprint、中国电信、日本 KDDI、韩国 SK 电讯等均已明确表示将选择 LTE 建设后 3G 网络;世界最大的 CDMA 设备商阿尔卡特朗讯和北电网络均已裁减了 CDMA 部门,且 UMB 技术至今没有一家运营商宣布采用或测试,
12、因此产业链主要只有高通一家。(现高通已宣布放弃)三是 802.16m 的 WiMAX 路线。以英特尔、三星电子、阿尔卡特朗讯、奥维通等为代表的 WiMAX 厂商,和一些新兴运营商仍然在这一路线坚持探索。演进简单路径示意图,如图 3图图 3 演进简单路径示意图演进简单路径示意图4 3G 到 4G 中的过渡4.1所谓的 3.5G 4.1.1 WCDMA/TD-SCDMA 无线接口的发展WCDMA/TD-SCDMA 无线接口的演进路线比较清晰,从 R4 的无线接口技术演进到高速下行分组接入(High Speed Downlink Packet Access,HSDPA),再发展到高速上行分组接入(H
13、igh Speed Uplink Packet Access,HSUPA),有些人称 HSDPA 和 HSUPA 为 3.5G。WCDMA/TD-SCDMA 增强和演进的路线如图4 所示。通信技术新概论课程论文7 图图 4 WCDMA/TD-SCDMA 增强和演进的路线增强和演进的路线3GPP 提出 HSPDA 的目的是为了增强下行分组业务的吞吐量,主要是针对非实时的分组业务,但也可以潜在德应用于流媒体业务。HSDPA 是对 R99 无线接口的一个不错,在 R99 的信道在统一载波上,只是为 HSDPA 增加了专门的信道。HSDPA 在空间接口上采用了自适应的编码调制技术、混合自动重传请求(H
14、ybird Automatic Repeat reQuest,HARQ)技术以及快速的数据调度技术。5从理论上来说,在 R5 标准中,HSDPA 峰值数据速率可达 14.4Mbit/s;在R6 标准中,HSDPA 峰值速率可达 30Mbit/s;HSUPA 峰值数据速率可5.76Mbit/s。HSDPA 和 HSUPA 的特点比较如表 2 所示表表 2 HSDPA 和和 HSUPA 的特点比较图的特点比较图特点HSDPAHSUPA峰值数据速率13.3Mbps5.6Mbps调制方案QPSK,16QAMQPSKTTI2ms2ms(可选)/10ms传输信道类别共享专用自适应调制和编码(AMC)是否H
15、ARQHARQ,支持增量冗余:专用 HS-DPCCH 中的反馈HARQ,支持增量冗余:专用物理信道中的反馈(E-HICH)分组调度下行调度(用于容量分配)上行调度(用于功率控制)软切换支持(用户面)否(在下行中)是通信技术新概论课程论文84.1.2 MT-2000 CDMA MS(cdma 2000)无线接口的发展cdma2000 无线接口在标准引进路线上开始存在两条演进路线,即cdma2000 1x EV-DO(Evolution-Data Only 发展数据)和 cdma20001xEV-DV(Evolution-Data and Voice 发展数据和语音),但最后归入 AIE。cdma
16、2000增强和演进的路线如图 5 所示 图图 5 5 cdma2000 增强和演进的路线增强和演进的路线4.1.2.1 cdma2000 1xEV-DOcdma2000 1xEV-DO 是一种可以满足移动高速数据业务的技术。cdma2000 1xEV-DO 技术的设计初衷是提供更高的下行数据速率,更好地满足用户下载的需求。实际建网时需要使用两个不同的载波支持语音与数据业务,这虽然降低了频率利用率,不过从频谱效率上看,cdma2000 1x+cdma2000 1xEV-DO 的传输数据能力已经大大超过 WCDMA(目前 WCDMA 能够实现的 R4 版本空中接口速率为 2.4Mbps/5Mhz,
17、而 cdma2000 1xEV-DO Release 0 速率为2.4Mbps,cdma2000 1xEV-DO Revision A 速率为 3.1Mbps,cdma2000 1xEV-DO Revision B 速率为 9.3Mbps)。6而且从技术实现上面来看,语音业务和数据业务分开,既保持了高质量的语音,又获得了更高的数据传输速率。网络规划和优化上 CDMA2000 1X 和 CDMA2000 1xEV-DO 也相同,各个主要设备制造商的系统都能支持从 CDMA2000 1X 向 CDMA2000 1xEV-DO 的平滑升级,这对于电信运营商在技术和投资方面的选择都很理想,有助于 CD
18、MA2000 1xEV-DO 的推广。EV-DO 技术提高了空中接口的传输速率;它采用速率控制而不是功率控制,可以始终使用最大功率发射前向链路信号,提高了可靠性;运用特有的调度算法合理处理小区内多个终端的业务竞争。到目前为止,cdma2000 1xEV-DO 已经大规模商用,运营商推出了多种适合高速率的移动数据应用业务。通信技术新概论课程论文974.1.2.2 cdma2000 1xEV-DVcdma2000 1xEV-DV 的提出是为了在支持数据业务的同时也可提供语音业务。所以 1xEV-DV 还能支持 1x 语音用户。目前,cdma2000 1xEV-DV 标准包含两个版本:Release
19、 C 版本和 Release D 版本。其中 Release C 版本主要是增强了前向数据速率,最高速率为 3.1 Mbit/s,对 cdma2000 1x 反向速率没有改进。Release D 版本在 Release C 版本的基础上,大大提高了反向数据速率,最高速率为 1.8 Mbit/s,并进一步提高了前向数据速率。1xRTT 数据用户和高速 1xEV-DV 数据用户使用同一无线信道并行操作。4.1.3 WiMAX全球微波存取兼容组织(Worldwide Interoperability for Microwave Access)推出的 WiMax 标准又称全球微博继而互操作性,是由 I
20、ntel 主导、基于IEEE802.16 的无线城域网(WMAN)技术。WiMAX 与 802.16 是两个不同的概念,802.16 是 IEEE 关于无线城域网的一系列技术标准,而 WiMAX 则是支持和推动 802.16 走向市场的组织联盟。但两者的关系密不可分,现在 WiMAX 几乎成为 WiMAX 技术的代名词。8根据是否支持移动特性,IEEE802.16 标准分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准。其中 802.16、802.16a、802.16d 属于固定宽带无线接入空中接口标准,802.16e 和 802.16m 移动宽带无线接入空中接口标准。802.16
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