NR 5G 世界通信发展史简述

通信系统演进

1G 第一代移动通信系统是模拟蜂窝系统

采用FDMA(Frequency Division Multiple Access频分多址)技术,是利用不同的频率分割成不同信道,主流制式有 高级移动电话系统(北美AMPS:Advanced Mobile Phone System) 和 全接入通信系统(英国TACS:Total Access Communications System)。
20世纪80年代商用
系统容量小,业务种类单一(不能提供非话音业务),传输质量差,保密性差,制式不统一,设备难以小型化,代表性设备为大哥大。

2G 第二代移动通信系统是窄带数字蜂窝系统

2G

2G技术基本可被切为两种,一种是基于TDMA所发展出来的以GSM为代表,另一种则是CDMA规格,复用﹙Multiplexing﹚形式的一种,20世纪90年代商用,以数字语音传输技术为核心。一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息;只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信在它的某些规格中能够被执行,它在美国通常称为“个人通讯服务”。
采用时分多址(TDMA:Time Division Multiple Access)或码分多址(CDMA:Code Division Multiple Access)技术,主流制式有:
全球移动通讯系统(欧洲GSM:Global System for Mobile Communications)【采用TDMA技术】
集群通信系统(美国IDEN:【采用TDMA技术】美国独有的系统被美国电信系统商Nextell使用
个人数字蜂窝系统(PDC:Personal Digital Cellular)基于TDMA所发展,仅在日本普及
IS-136(美国D-AMPS:Digital- Advanced Mobile Phone Service)【采用TDMA技术】时分多址联接方式 ,用于美洲
IS-95 (美国CDMA-One:Code Division Multiple Access One)【采用CDMA技术】用于美洲和亚洲一些国家

2.5G(G网)(iPhone显示O)

2.5G GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,属于第二代移动通信中的数据传输技术。
GPRS可说是GSM的延续。
GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。
GPRS是在GSM网络的基础上增加新的网络实体来实现分组数据业务。
GPRS新增的网络实体:
1)GSN(GPRS Support Node,GPRS支持节点)
GSN是GPRS网络中最重要的网络部件,有SGSN何GGSN两种类型。
SGSN(Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)
SGSN的主要作用是记录MS的当前位置信息,提供移动性管理和路由选择等服务,并且在MS和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
GGSN(Gateway GPRS Support Node,GPRS网关支持节点)
GGSN起网关作用,把GSM网络中的分组数据包进行协议转换,之后发送到TCP/IP或X.25网络中。
2)PCU(Packet Control Unit,分组控制单元)
PCU位于BSS,用于处理数据业务,并将数据业务从GSM语音业务中分离出来。PCU增加了分组功能,可控制无线链路,并允许多用户占用同一无线资源。
3)BG(Border Gateways,边界网关)
BG用于PLMN间GPRS骨干网的互连,主要完成分属不同GPRS网络的SGSN、GGSN之间的路由功能,以及安全性管理功能,此外还可以根据运营商之间的漫游协定增加相关功能。
4)CG(Charging Gateway,计费网关)
CG主要完成从各GSN的话单收集、合并、预处理工作,并用作GPRS与计费中心之间的通信接口。
5)DNS(Domain Name Server,域名服务器)
GPRS网络中存在两种DNS。一种是GGSN同外部网络之间的DNS,主要功能是对外部网络的域名进行解析,作用等同于因特网上的普通DNS。另一种是GPRS骨干网上的DNS,主要功能是在PDP上下文激活过程中根据确定的APN(Access Point Name,接入点名称)解析出GGSN的IP地址,并且在SGSN间的路由区更新过程中,根据原路由区号码,解析出原SGSN的IP地址。
GPRS特点
GPRS协议规程体现了无线和网络相结合的特征。其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层,又包含RLC和BSSGP等新引入的特定规程。并且各种网络单元所包含的协议层次也有所不同,如PCU中规程体系与无线接入相关,GGSN中规程体系完全与数据应用相关,而SGSN规程体系则涉及两个方面,它既要连接PCU进行无线系统和用户管理,又要连接GGSN进行数据单元的传送。SGSN的PCU侧的Gb接口上采用帧中继规程,与GGSN侧的Gn接口上则采用TCP/IP规程,SGSN中协议低层部分,如NS和BSSGP层与无线管理相关,高层部分,如LLC和SNDCP则与数据管理相关。
由GPRS系统的端到端之间的应用协议结构可知,GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络,它用于以承载IP或X.25等数据业务。由于GPRS本身采用IP数据网络结构,所以基于GPRS网络的IP应用规程结构可理解为两层IP结构,即应用级的IP协议以及采用IP协议的GPRS系统本身。
GPRS分为传输面和控制面两个方面。传输面为提供用户信息传送及其相关信息传送控制过程(如流量控制,错误检测和恢复等)的分层规程。控制面则包括控制和支持用户面功能的规程,如分组域网络接入连接控制(附着与去激活过程),网络接入连接特性(PDP上下文激活和去激活),网络接入连接的路由选择(用户移动性支持),网络资源的设定控制等。

2.75G(E网)

2.75G EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution) 即增强型数据速率GSM演进技术。
一种被称之为从2.5G的GPRS到3G之间的2.75代通信技术,它是从GPRS网络平滑过渡而来的,能提供高达150Kbps的上网速度,但其仍然属于GSM网络。在投入EDGE以后,运营商可以使GPRS数据速度增加3倍多,可以确保较高的质量和较快的速度,并能促进移动多媒体业务的增长。
它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法,即最先进的多时隙操作和8PSK调制技术。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8,从而使每个符号所包含的信息是原来的4倍。由于EDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术,因此也有人称它为"二代半"技术。EDGE还能够与以后的WCDMA制式共存,这也正是其所具有的弹性优势。
如果用手机上网,在右上角看到一个小小的E,那就说明,在用EDGE网络,就是2.75G的。理论上说在移动环境中可以稳定达到384kbit/s,在静止环境中甚至可以达到2Mbit/s,基本 上能够满足各种无线应用的需求。

3G 第三代移动通信IMT-2000系统

3G

初期建议五种规范标准技术:
TDMA技术:SC-TDMA(美国UMC-136)和MC-TDMA(欧洲EP-DECT)
CDMA技术:MC-CDMA(cdma2000),DS-CDMA(WCDMA)和CDMA TDD(TD-SCDMA和UTRA TDD)

最终确定了三种CDMA技术WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA:
WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access【宽带码分多址】) 是由3GPP具体制定的,是GSM的升级(GSM是2G技术,其演进是GSM、GPRS、EDGE、WCDMA),基于GSM MAP核心网,UTRAN(UMTS陆地无线接入网)为无线接口的第三代移动通信系统;是欧洲提出的宽带CDMA技术,同时也是全球3G技术中用户最广(GSM系技术拥有全球85%移动用户)、技术和商业应用最成熟的;WCDMA运营商遵循WCDMA、HSPA、LTE演进路线。
W-CDMA由ETSI NTT DoCoMo作为无线介面为他们的3G网路FOMA开发。后来NTTDocomo提交给ITU一个详细规范作为一个象IMT-2000一样作为一个候选的国际3G标准。国际电信联盟(ITU) 最终接受W-CDMA作为IMT-2000家族3G标准的一部分。后来W-CDMA被选作UMTS的无线介面,作为继承GSM的3G技术或者方案。误解尽管名字跟CDMA很相近,但是W-CDMA跟CDMA关系不大。多大多小要看不同人的立足点。在行动电话领域,术语CDMA 可以代指码分多址扩频复用技术,也可以指美国高通(Qualcomm)开发的包括IS-95/CDMA1X和CDMA2000(IS-2000)的CDMA标准族。
目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。
W-CDMA(宽带码分多址)是一个ITU(国际电信联盟)标准,它是从码分多址(CDMA)演变来的,在官方上被认为是IMT-2000的直接扩展,与现在市场上通常提供的技术相比,它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)、频分双工(FDD)方式,码片速率为3.84Mcps,载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本,可在5MHz的带宽内,提供最高384kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信,速率可达2Mb/s(对于局域网而言)或者384Kb/s(对于宽带网而言)。输入信号先被数字化,然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频,而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。

CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000【码分多址2000】)
CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier,是2G 窄频CDMA One标准的延伸,根本的信令标准是IS-2000,与WCDMA不兼容,建设成本低廉;由美国高通北美公司为主导提出,摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与,韩国现在成为该标准的主导者。但目前使用CDMA的地区只有日、韩、北美和中国,所以相对于WCDMA来说,CDMA2000的适用范围要小些,使用者和支持者也要少些。
CDMA2000有多个不同的版本,其演进路线按照演化过程排列:
【CDMA2000 1X】
CDMA2000 1X就是众所周知的3G 1X或者1xRTT,它是3G CDMA2000技术的核心。标志1X习惯上指使用一对1.25MHz无线电信道的CDMA2000无线技术。 CDMA2000 日本运行商KDDI的CDMA2000 1xEV-DO网络使用商标 “CDMA 1X WIN”,不过这只是用于市场促销的目的罢了。
【CDMA20001xRTT】
CDMA20001xRTT (RTT-无线电传输技术) 是CDMA2000一个基础层,理论上支持最高达144kbps数据传输速率.尽管获得3G技术的官方资格,但是通常被认为是2.5G或者 2.75G技术,因为它的速率只是其他3G技术几分之一。另外它拥有双倍的语音容量较之之前的CDMA网络。
【CDMA20001xEV 】
CDMA2000 1xEV (Evolution-发展)是CDMA2000 1x附加了高数据速率(HDR) 能力。
1xEV一般分成2个阶段: CDMA2000 1xEV第一阶段, CDMA2000 1xEV-DO (Evolution-Data Only-发展-只是数据)在一个无线信道传送高速数据报文数据的情况下,理论上支持下行(向前链路)数据速率最高3.1Mbps,上行(反向链路) 速率最高到1.8 Mbps。
CDMA2000 1xEV第二阶段, CDMA2000 1xEV-DV (Evolution-Data and Voice发展-数据和语音),理论上 支持下行 (向前链路数据速率最高3.1 Mbps and 上行(反相链路)速率最高1.8 Mbps。1xEV-DV还能支持1x语音用户, 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。
1xEV-DO商业化运营于欧洲市场,稍微早于美国市场,2004年夏捷克移动运营商Eurotel开始运营sinceCDMA2000 1xEV-DO网络,他们提供的上行速率大约1Mbps。这项服务每月大约花费30欧元无流量限制。如果使用这项服务,你需要购买一个大约300欧元的 Gtran GPC-6420调制解调器。

TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access【时分同步码分多址】)
TD-SCDMA标准是中国制定的3G标准,原标准研究方为西门子,为了独立出WCDMA,西门子将其核心专利卖给了中国电信科学技术研究院(大唐电信科技产业集团),1998年大唐电信向国际电联(ITU-R)提出的,1999年1月在芬兰赫尔辛基的国际电联会议上写入规范技术,2000年5月确定为标准。是ITU批准的三个3G标准中的一个,以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准,是我国电信史上重要的里程碑(相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA,它的起步较晚,技术不够成熟,只可以同时在线500人)。
TD-SCDMA采用不需成对频率的TDD双工模式以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式,使用1.28 Mcps的低码片速率,扩频带宽为1.6 MHz(在1.6 MHz带宽上理论峰值速率可达到2.8 Mbps),同时采用了智能天线、联合检测、上行同步、接力切换、动态信道分配等先进技术。
TD-SCDMA技术特点有:
采用综合的寻址(多址)方式TD-SCDMA空中接口采用了四种多址技术:TDMA、CDMA、FDMA和SDMA(智能天线)。综合利用四种技术资源分配时在不同角度上的自由度,得到可以动态调整的最优资源分配。
灵活的上下行时隙配置灵活的时隙上下行配置可以随时满足用户打电话、网页浏览、下载文件、视频业务等需求,保证用户清晰、畅通地享受3G业务。
克服呼吸效应和远近效应呼吸效应是指在CDMA系统中,当一个小区的干扰信号很强时,基站的实际有效覆盖面积会缩小;当一个小区的干扰信号很弱时,基站的实际有效覆盖面积就会增大。导致呼吸效应的主要原因是CDMA系统是一个自干扰系统,用户增加导致干扰增加而影响覆盖。
CDMA2000 1xEV-DO(Evolution-Data Optimized或者Evolution-Data only【演进数据优化】)
CDMA2000 1xEV-DO是CDMA2000 1x演进(3G)的一条路径的一个阶段。其可提供6Mbps甚至更高的数据传输速率;EV-DO也写做EVDO或者EV。
这一路径有两个发展阶段,第一阶段叫1xEV-DO,即“Data Only”,它可以使运营商利用一个与IS-95或CDMA2000相同频宽的CDMA载频就可实现高达2.4Mbps的前向数据传输速率,目前已被国际电联ITU接纳为国际3G标准, 并已具备商用化条件。第二阶段叫1xEV-DV。1xEV-DV意为“Data and Voice”,它可以在一个CDMA载频上同时支持话音和数据。
1x EV-DO 系统最初是针对非实时、非对称的高速分组数据业务而设计的。高速传送是对1x EV-DO 系统设计的核心功能要求,高速意味着需要基于有限的带宽资源,利用蜂窝网络向移动用户提供类似于有线网络(如ADSL)那样的高速数据业务。最初设计1x EV-DO 系统时,主要是为了提供网页浏览、文件下载等无线因特网业务,它们要么具有非实时的特点,对业务的QoS 保证没有严格的要求;要么具有非对称的特点,要求前向链路的传送速率和吞吐量明显高于反向链路。显然,随着业务的发展,对1x EV-DO 系统功能要求也将随之提高。在CDMA2000 1x 系统中,中低速数据业务和语音业务是码分复用的,共享基站发射功率、扩频码和频率资源。基站通过快速闭环功率控制技术补偿因信道衰落带来的影响,从而获得较高的频谱利用效率,对于中低速数据及语音业务而言,这是最佳的选择。但是,对于高速分组数据业务,这种快速功率控制并不能保证系统具有很高的频谱利用效率,尤其是当高速分组数据业务与传统的语音业务采用码分方式共享频率和基站功率资源时,系统效率会较低。
1x EV-DO 系统的基本设计思想是将高速分组数据业务与低速语音及数据业务分离开来,利用单独载波提供高速分组数据业务,而传统的语音业务和中低速分组数据业务由CDMA2000 1x 系统提供,这样可以获得更高的频谱利用效率,网络设计也比较灵活。在具体设计时,应充分考虑到1x EV-DO 系统与CDMA2000 1x 系统的兼容性,并利用CDMA20001x/1x EV-DO 双模终端或混合终端(Hybrid Access Terminal)的互操作,来实现低速语音业务与高速分组数据业务的共同服务。

理论下载速率:
3G网络速度在2-7M:
WCDMA(7.2/14.4Mbps),CDMA2000(3.1Mbps/单载波),TD-SCDMA(2.8Mbps/单载波)
在中国这三种标准为别为:
中国移动(TD-SCDMA)
优势:中国自有3G技术,获政府支持
中国联通(WCDMA)
优势:有较高的扩频增益,发展空间较大,全球漫游能力最强,技术成熟性最佳。
中国电信(CDMA2000)(EVDO)(evdo是对cdma的提速)
中国电信2009年4月开始商用EVDO
普通CDMA2000优势:可以从原有的CDMA1X直接升级到3G,建设成本低廉。
EV-DO优势: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。

3.5G(H网)

3.5G HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入网络,速度可达14.4M;
HSDPA(高速下行分组接入,High Speed Downlink Packages Access)技术是实现提高WCDMA网络高速下行数据传输速率最为重要的技术,是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的,它可以在不改变已经建设的WCDMA系统网络结构的基础上,大大提高用户下行数据业务速率(理论最大值可达14.4Mbps),该技术是WCDMA网络建设中提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。
日本的NTT DoCoMo是最早试验HSDPA技术的运营商之一,在2004年3GSM全球大会上,HSDPA也同样改变了所有主要欧洲运营商的日程。在美国,GSM运营商当然也在寻求更多的武器,以便在越来越具有攻击性的市场中确保领先地位。2004年12月1日,Cingular正式与朗讯科技签署了一项为期4年的3GW-CDMA设备、软件和服务供货协议,其中就包括了HSDPA技术的部署。协议将使Cingular公司从2005年起得以为消费者提供范围广泛的多媒体服务。

3.75G(H+网)

HSDPA+(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入网络,速度可达21M-42M。

4G LTE第四代移动通信系统

LTE (伪4G)【E3G(3.5G~3.9G)】

LTE (Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进,始于2004年3GPP的多伦多会议,LTE也被通俗的称为3.9G,改进并增强了3G的空中接入技术,被视作从3G向4G演进的主流技术,尽管被宣传为4G无线标准,但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced,因此在严格意义上其还未达到4G的标准。
主流制式为:
LTE-FDD(频分双工,即采用两个对称的频率信道来分别发射和接收信号)技术
【FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送,用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率,依靠频率来区分上下行链路,其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时,能充分利用上下行的频谱,但在支持非对称业务时,频谱利用率将大大降低。】
LTE-TDD(时分双工,即发射和接收信号是在同一频率信道的不同时隙中进行的)技术。
【TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD 方式的移动通信系统中, 接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载, 其单方向的资源在时间上是不连续的,时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台,另外的时间由移动台发送信号给基站,基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。】
速率:在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率 。
核心技术:
接入方式和多址方案,调制与编码技术,高性能的接收机,智能天线技术,MIMO技术,软件无线电技术,基于IP的核心网,多用户检测技术。

LTE-Advanced(LTE-A)

集3G与WLAN于一体,并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等的第四代移动电话行动通信标准
lte-advanced(中文名:长期演进技术升级版),简称LTE升级版,是基于长期演进技术(LTE)的版本,也是4G规格的国际高速无线通讯标准。它是一个移动通讯标准,于2009年末正式作为4G系统递交至ITU-T,并先后通过国际电信联盟、IMT-Advanced,最终于2011年3月为3GPP完成。它被3GPP标准化成为主要的LTE增强标准。
带宽:100MHz 峰值速率:下行1Gbps,上行500Mbps 峰值频谱效率:下行30bps/Hz,上行15bps/Hz
LTE-A是LTE的演进版本,同时还保持对LTE较好的后向兼容性,采用了载波聚合(Carrier Aggregation)、上/下行多天线增强(Enhanced UL/DL MIMO)、多点协作传输(Coordinated Multi-point Tx&Rx)、中继(Relay)、异构网干扰协调增强(Enhanced Inter-cell Interference Coordination forHeterogeneous Network)等关键技术,能大大提高无线通信系统的峰值数据速率、峰值频谱效率、小区平均谱效率以及小区边界用户性能,同时也能提高整个网络的组网效率,这使得LTE和LTE-A系统成为未来几年内无线通信发展的主流。
LTE载波聚合是一项重要技术,可以在一个频段内及跨频段将多个无线电信道结合在一起,从而提高用户的数据传输速率,减少延迟,并为没有20 MHz连续频谱的运营商提供Category 4功能。
2013年6月26日,韩国电信运营商SK推出全球第一个消费级LTE-A网络, 全球首个消费级LTE-A网络亮相 下载速率达150Mbps; 在芯片方面,高通Gobi第三代LTE调制解调器MDM9x25是首批支持LTE-Advanced和LTE载波聚合的芯片。目前只有MDM9225和MDM9625芯片组能够支持载波聚合技术,骁龙800系列处理器集成这款调制解调器[2]。除了高通,英特尔也有计划推出LTE-A芯片。 在终端方面,全球首款LTE-Advanced智能手机是由三星推出的Galaxy S4 LTE-A,采用骁龙800系列处理器,于2013年6月发布。 [3]在9月,日本软银移动推出了Pocket WiFi SoftBank 203Z和eAccess 的Pocket WiFi GL09P移动路由器,下行传输速率可达110Mbps,通过支持LTE Advanced载波聚合实现目前市场上最快速度的商用产品,集成高通Gobi MDM9x25调制解调器。

5G 第五代移动通信网络

5G network,其峰值理论传输速度可达每秒数10Gb,比4G网络的传输速度快数百倍。 举例来说,一部1G超高画质电影可在3秒之内下载完成。5G性能的目标是高数据速率,减少延迟,节省能源,降低成本,提高系统容量和大规模设备连接。随着5G技术的诞生,用智能终端分享3D电影、游戏以及超高画质(UHD)节目的时代已向我们走来。2018年12月27日,在由IMT-2020(5G)推进组组织的中国5G技术研发试验第三阶段测试中,华为以100%通过率完成5G核心网安全技术测试。[1] 2019年4月,华为与中国电信江苏公司、国网南京供电公司成功完成了业界首个基于真实电网环境的电力切片测试,这同时也是全球首个基于最新3GPP标准5G SA网络的电力切片测试。本次测试的成功标志着5G深入垂直行业应用进入到了一个新阶段。

基站覆盖距离

1G基站的由来,模拟系统
2G基站的覆盖半径约为5-10公里
3G基站的覆盖半径约为2-5公里
4G基站的覆盖半径约为1-3公里
5G基站的覆盖半径约为100-300米

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