LTE學習之路(1)——移動通信技術發展歷程

題記:

      隨着信息技術的發展,用戶需求的日漸增多,移動通信技術已稱爲當代通信領域的發展潛力最大,市場前景最廣的研究熱點。目前,移動通信技術已經歷了幾代的發展。

一、第一代移動通信技術(1G)——模擬移動通信

  起源於20世紀80年代,主要採用的是模擬調製技術與頻分多址接入(FDMA)技術,這種技術的主要缺點是頻譜利用率低,信令干擾話音業務。1G主要代表有:美國的先進的移動電話系統(AMPS)、英國的全球接入通信系統(TACS)和日本的電報電話系統(NMT)。1G移動通信基於模擬傳輸技術,其特點是業務量小、質量差、交全性差、沒有加密和速度低。1G主要基於蜂窩結構組網,直接使用模擬語音調製技術,傳輸速率約2.4kbit/s。

  1G特點:

  • 只有語音業務;
  • 頻譜複用率低;
  • 標準不統一,不能漫遊(工作頻段不同);
  • 安全性差;
  • 設備價格高(“大哥大”)

二、第二代移動通信技術(2G)——數字移動通信

  起源於90 年代初期,主要採用數字的時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術。第二代移動通信數字無線標準主要有:歐洲的GSM和美國高通公司推出的IS-95CDMA等,我國主要採用GSM,美國、韓國主要採用CDMA。

  爲了適應數據業務的發展需要,在第二代技術中還誕生了2.5G,也就是GSM系統的GPRS和CDMA系統的IS-95B技術,大大提高了數據傳送能力。

  2G主要業務是語音,其主特性是提供數字化的話音業務及低速數據業務。它克服了模擬移動通信系統的弱點,話音質量、保密性能得到大的提高,並可進行省內、省際自動漫遊。第二代移動通信替代第一代移動通信系統完成模擬技術向數字技術的轉變。

  2G特點:

  • 標準不統一,只能在同一制式覆蓋區域漫遊,無法進行全球漫遊;
  • 帶寬有限,不能提供高速數據傳輸;
  • 抗干擾抗衰落能力不強,系統容量不足;
  • 頻率利用率低;

  GSM(Global System for Mobile Communication,全球移動通信系統)系統組成要素:

• 移動臺(MS)

• 基地臺系統(BSS)

• 移動服務交換中心(MSC)

• 網絡維護運營中心(OMC)

• 資料庫(Database)-HLR、VLR、AUC、EIR等

 

  GSM系統結構圖:

三、第三代移動通信技術(3G)——數字移動通信

  3G的理論研究、技術開發和標準的制定開始於80年代中期,國際電信聯盟(ITU)將其正式命名爲國際移動通信2000(IMT-2000,International Mobile Telecommunications in the year 2000)。歐洲電信標準協會(ETSI)稱其爲通用移動通信系統(UMTS,Universal Mobile Telecommunication System)。

  3G最基本的特徵是智能信號處理技術,智能信號處理單元將成爲基本功能模塊,支持話音和多媒體數據通信,它可以提供前兩代產品不能提供的各種寬帶信息業務,例如高速數據、慢速圖像與電視圖像等。

  3G標準:國際電信聯盟(ITU)目前一共確定了全球四大3G標準,分別是WCDMA、CDMA2000、TD-SCSMA和WIMAX。在中國,中國移動採用TD-SCDMA,中國電信採用CDMA2000,中國聯通採用WCDMA

  • WCDMA(Wideband CDMA)——從事WCDMA標準研究和設備開發的廠商很多,其中包括諾基亞、摩托羅拉、西門子、NEC、阿爾卡特等等。該標準提出了GSM(2G)——GPRS——EDGE——WCDMA(3G)的演進策略。
  • CDMA2000(窄帶CDMA)由美國高通公司推出,摩托羅拉、朗訊和三星都有參與,韓國是CDMA2000的主導者。該標準提出了CDMA(2G)——CDMA2001x——CDMA2003x(3G)的演進策略。其中CDMA2001x被稱爲2.5G移動通信技術。目前中國電信就是採用的這一方案來向3G過渡的。
  • TD-SCDMA(Time Division - Synchronous CDMA,時分同步CDMA),該技術由中國大唐電信制定的3G標準。該標準的提出不經過2.5G的中間環節,直接向3G過渡,非常適用於GSM系統向3G升級
  • WIMAX(微波存取全球互通),又稱爲802.16無線城域網,是又一種爲企業和家庭用戶提供“最後一英里”的寬帶無線連接方案。

 

3G各標準的參數

WCDMA:

  RTT FDD

  異步CDMA系統:無GPS

  帶寬5MHz

  碼片速率:3.8Mcps

  中國頻段:1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz-2145MHz(下行)

CDMA2000

  RTT FDD

  同步CDMA系統:有GPS

  帶寬:1.23MHz

      碼片速率:1.2288Mcps 

  中國頻段:1920MHz-1935MHz(上行)、2110MHz-2125MHz(下行)   

TD-SCDMA

  RTT TDD

  同步CDMA系統:有GPS

  帶寬:1.6MHz

  碼片速率:1.28Mcps

  中國頻段:1880MHz-1920MHz(上行)、2010MHz-2025MHz(下行)

WiMAX

  帶寬:1.5MHz-20MHz

  最高接入速度70M

  最高i傳輸距離:50公里

  碼片速率:不詳

  中國頻段:暫無 

四、FDMA、TDMA和CDMA的比較

1. 頻分有時也稱之爲信道化,就是把整個可分配的頻譜劃分成許多單個無線電信道發射和接收載頻,對每個信道可以傳輸一路話音或控制信息。

2. 時分多址是在一個寬帶的無線載波上按時間或稱爲時隙劃分爲若干時分信道,每一用戶佔用一個時隙,只在這一指定的時隙內收或發信號,故稱爲時分多址。

3. 碼分多址是一種利用擴頻技術所形成的不同的碼序列實現的多址方式。

五、LTE(Long Term Evolution,長期演進)項目

  LTE是3G的演進,並非人們普遍誤解的4G技術,而是3G與4G技術之間的一個過渡,是3.9G的全球標準,其改進了3G的空中接入技術,採用OFDM和MIMO作爲其無線網絡演進的唯一標準。

  LTE在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbps與下行86Mbps的峯值速率。考慮到需要提供比3G更高的數據速率與未來可能分配的頻譜,LTE需要支持高於5MHz的傳輸帶寬。

  3GPP LTE正在制定的無線接口和無線接入網架構演進技術主要包括如下內容:

  • 明顯增加的傳輸速率。如在20MHz帶寬上達到:下行傳輸速率100Mbit/s和上行傳輸速率50Mbit/s;
  • 在保持目前基站位置不變的情況下增加小區邊界比特速率;
  • 明顯提高頻譜利用率;
  • 明顯降低等待時間,低於100ms等

 

 

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