4G5G 移動通信技術-4G LTE概述

4G/5G移動通信技術與應用4G

LTE概述一、了解移動通信的發(fā)展過程二、掌握移動通信的典型技術三、了解LTE的發(fā)展歷程1897年用無線實現(xiàn)海上與陸地的通信1899年首次實現(xiàn)英法間的無線通信1916年實現(xiàn)短波無線電通信1929年建立世界性無線電通信網無線電通信創(chuàng)始人——馬可尼無線通信發(fā)展史第1章：4GLTE概述1.1移動通信的演進早期發(fā)展階段于上世紀初期，首先在短波幾個頻段上開發(fā)出專用移動通信系統(tǒng)。代表是美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為2MHz，到40年代提高到30～40MHz,可以認為這個階段是現(xiàn)代移動通信的起步階段，特點是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻率較低。特點：專用系統(tǒng)，工作頻率低，采用一個基站覆蓋服務區(qū)（不能實現(xiàn)頻率復用）。電臺的體積，重量重，只能在車輛上移動使用，使用不方便，功耗大。以天線為例：為了有效的電磁能量輻射，天線的物理長度應為波長的1/2。若無線電臺工作于1MHz，那么電臺天線長度約為150米。移動通信發(fā)展早期上世紀40年代中期至60年代初期公用移動通信業(yè)務開始問世。1946年，根據美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的計劃，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽車電話網，稱為“城市系統(tǒng)”。美國貝爾實驗室完成了人工交換系統(tǒng)的接續(xù)問題。在一個城市只建立了一個基站，由于頻率資源不能充分利用，當大家都想用時出現(xiàn)了飽和的情況。特點：特點是接續(xù)方式為人工，網的容量較小。移動通信發(fā)展中期第一代移動通信（1G）系統(tǒng)——出現(xiàn)于上世紀70年代末80年代初，源于系統(tǒng)容量問題。摩托羅拉DynaTAC8000X重量約0.9公斤通話時間半小時售價3995美元1978年底，美國貝爾實驗室成功研制出先進移動電話系統(tǒng)（AMPS），建成了蜂窩移動通信，提高了系統(tǒng)容量。隨后許多國家紛紛推出相類似的系統(tǒng)，如英國TACS等。從此移動通信進入了模擬的1G系統(tǒng)時代。1.1.1第一代移動通信系統(tǒng)第一代移動通信（1G）系統(tǒng)主要技術模擬技術和頻分多址(FDMA)技術。系統(tǒng)特點2.4kbps傳輸速率，只提供區(qū)域性語音業(yè)務，容量有限、保密性差、通話質量不高、不能提供數據業(yè)務；設備成本高，重量重，體積大。代表制式AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem）貝爾實驗室發(fā)明，1978年開發(fā)，1982年全美部署，而后全世界各地迅速發(fā)展。1987年11月18日，國內第一個模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)在廣東省建成并投入商用。（中國移動雛形）1G通信技術蓬勃發(fā)展驅動力20世紀90年代初進入移動通信的一個蓬勃發(fā)展期用戶需求增長迅猛微電子技術在這一時期得到長足發(fā)展，這使得通信設備的小型化、微型化有了可能性，各種輕便電臺被不斷地推出提出并形成了移動通信新體制，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展而出現(xiàn)的微處理器技術日趨成熟以及計算機技術的迅猛發(fā)展，從而為大型通信網的管理與控制提供了技術手段。移動通信發(fā)展進程第二代移動通信（2G）系統(tǒng)——出現(xiàn)于20世紀80年代末90年代初，由歐洲發(fā)起，源于漫游問題。1982年，歐洲電信管理部門開始制定適用于泛歐各國的一種數字移動通信系統(tǒng)的技術規(guī)范；1988年，確定了全球第一個數字蜂窩移動通信系統(tǒng)規(guī)范——GSM標準；1991年，GSM系統(tǒng)投入使用。1995年，美國推出了窄帶CDMA系統(tǒng)；1.1.2第二代移動通信系統(tǒng)（2G）第二代移動通信（2G）系統(tǒng)20世紀90年代相對于1G的改進：模擬—>數字語音信號數字化處理壓縮帶來容量上收益對語音和控制信號進行加密增強安全性催生了諸如短信等新業(yè)務展開主要技術時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）系統(tǒng)特點保密性強、提供豐富的業(yè)務（低速率的數據業(yè)務）頻譜利用率高、初步解決了系統(tǒng)容量問題標準化程度高、可進行省內外漫游1.1.2第二代移動通信系統(tǒng)（2G）代表制式GSM1991年在歐洲投入使用，現(xiàn)全球廣泛應用使用FDMA、TDMA技術工作頻率900-1800MHz，提供9.6kbps的傳輸速率電話業(yè)務、緊急呼叫業(yè)務、短信業(yè)務、可視圖文接入等CDMA20世紀90年代中后期發(fā)展商用以擴頻通信為基礎的調制和多址連接技術8kbps(IS-95A)、64kbps(IS-95B)通信具有隱蔽性、保密性、抗干擾；通話質量好、掉線少、輻射低、健康環(huán)保1.1.2第二代移動通信系統(tǒng)（2G）2.5GGPRS（GeneralPacketRadioService）基于GSM的無線分組交換技術提供端到端、廣域的無線IP連接網絡容量只有再需要時進行分配，不需要時就釋放傳輸速率150Kbps(比GSM快15倍)2.75GEDGE（EnhancedDataratesforGSMEvolution）基于GSM/GPRS網絡的數據增強型移動通信技術傳輸速度384kbps2G-3G過渡（2.5G、2.75G）系統(tǒng)1.1.2第二代移動通信系統(tǒng)（2G）第三代移動通信（3G）系統(tǒng)——出現(xiàn)于上世紀90年代中后期，源于多媒體業(yè)務傳輸問題。1985年，國際電信聯(lián)盟（ITU）提出了未來公共陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS）的概念；1996年，F(xiàn)PLMTS更名為IMT-2000；1999年，ITU確定3G標準：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。2001年，3G商用網開通。2009年，中國發(fā)放了WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。1.1.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G）系統(tǒng)特點能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百kbps以上實現(xiàn)實時視頻、高速多媒體和移動Internet訪問業(yè)務擴大高質量話音業(yè)務容量代表制式ITU開始目標之一是開發(fā)一種可以全球通用的無線通訊系統(tǒng)，但是實際最終的結果是出現(xiàn)了多種不同的制式（2001開始陸續(xù)部署）3G技術特點1.1.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G）代表制式ITU開始目標之一是開發(fā)一種可以全球通用的無線通訊系統(tǒng)，但是實際最終的結果是出現(xiàn)了多種不同的制式（2001開始陸續(xù)部署）W-CDMAWidebandCodeDivisionMultipleAccess（寬帶碼分多址）以GSM為主，加入GPRS的分組交換實體技術，能夠兼容GSM系統(tǒng)的所有業(yè)務。流行于歐美地區(qū)（表現(xiàn)于人口密度低、追求網絡速度的特點）WCDMA1.1.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G）TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)時分同步碼分多址集CDMA、TDMA、FDMA、SDMA多種多址方式于一體，采用了一系列高新技術（智能天線、聯(lián)合檢測、接力切換等技術）頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、系統(tǒng)成本低且適合開展數據業(yè)務，是中國自主研發(fā)的一套通信制式，較為適合國內人口密度大等特點。CDMA2000采用MC-CDMA（多載波CDMA）多址訪問技術，不僅可以使用原有CDMA系統(tǒng)的各種接口，還可以使用新的接口標準。占用頻率較多。TD-SCDMA和CDMA20001.1.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G）3.5GHSPDA（HighSpeedDownlinkPacketAccess）屬于W-CDMA技術的延伸在W-CDMA下行鏈路中提供分組數據業(yè)務，在一個5MHz載波上的傳輸速率可達8-10Mbps3.75GHSUPA（HighSpeedUplinkPacketAccess）因HSDPA上傳速度不足（只有384Kbps）而開發(fā)在一個5MHz載波上的傳輸速率可達10-15Mbps，上傳速度達5.76Mbps3G到4G的過渡1.1.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G）CDMA2000？？？CDMA技術的出現(xiàn)源自第二次世界大戰(zhàn)期間，因戰(zhàn)爭CDMA手機的需要而研究開發(fā)出CDMA技術，其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾，后來由美國高通公司更新成為商用蜂窩電信技術，核心技術主要是由美國高通北美公司為主導提出，主要支持者包括日本、韓國和北美等地區(qū)和國家。由于高額的專利費問題，因此在國內很少有手機設計公司使用此通信制式；高通公司一直被起訴，在國內也出現(xiàn)過反壟斷的案例。3G向4G的過渡1.1.3第三代移動通信系統(tǒng)（3G）什么是LTELTE=LongTermEvolution=長期演進，是3GPP指定的下一代無線通信標準。LTE技術確保在10年及更長時間內技術的領先LTE-FDD=LTE的FDD模式TD-LTE=LTE的TDD模式。1.1.4第四代移動通信系統(tǒng)（4G）1.1.5第五代移動通信系統(tǒng)（5G）第五代移動通信系統(tǒng)（5thGeneration，5G）第1章：4GLTE概述1.2

4G發(fā)展的必要性和發(fā)展過程23演進之路——上下行速率演進第1章：4GLTE概述1.3

LTE的網絡架構及性能1.3.1LTE的網絡架構LTE通信網絡按功能結構可劃分成：演進型陸地無線接入網（EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork，E-UTRAN）演進的分組核心網（EvolvedPacketCore，EPC）用戶設備（UserEquipment,UE）1.3.1LTE的網絡架構網絡架構具有以下優(yōu)點：(1)網絡扁平化使得系統(tǒng)延時減少，從而改善用戶體驗，可開展更多業(yè)務；(2)網元數目減少，使得網絡部署更為簡單，網絡的維護更加容易；(3)取消了RNC的集中控制，避免單點故障，有利于提高網絡穩(wěn)定性。1.3.2LTE的性能指標1.靈活的頻譜分配和高速率2.低延遲和高頻譜效率3.更大的用戶容量和更快的移動速度4.更完善的覆蓋和更低的成本第1章：4GLTE概述1.4

LTE的兩種制式：FDD和TDDLTE系統(tǒng)有兩種制式LTE系統(tǒng)有兩種制式：FDD-LTE和TDD-LTE，即頻分雙工LTE系統(tǒng)和時分雙工LTE系統(tǒng)。上行信號是指移動臺發(fā)給基站的信號下行信號是指基站發(fā)給移動臺的信號LTETDD和LTEFDD技術對比第1章：4GLTE概述

1.5LTE關鍵技術LTE關鍵技術頻譜靈活支持更多的頻段靈活的帶寬(1.4MHz~20MHz)靈活的雙工方式先進的天線解決方案分集技術MIMO技術Beamforming技術新的無線接入技術OFDMASC-FDMA第1章：4GLTE概述

1.6移動通信標準化組織1.6.1TU-T組織國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）是聯(lián)合國的一個重要專門機構，也是聯(lián)合國機構中歷史最長的一個國際組織，簡稱“國際電聯(lián)”、“電聯(lián)”。國際電聯(lián)是主管信息通信技術事務的聯(lián)合國機構，負責分配和管理全球無線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源，制定全球電信標準，向發(fā)展中國家提供電信援助，促進全球電信發(fā)展。ITU-T的中文名稱是國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組織（ITU-TforITUTelecommunicationStandardizationSector），它是國際電信聯(lián)盟管理下的專門制定遠程通信相關國際標準的組織。該機構創(chuàng)建于1993年，前身是國際電報電話咨詢委員會（CCITT是法語ComitéConsultatifInternationalTéléphoniqueetTélégraphique的縮寫，英文是InternationalTelegraphandTelephoneConsultativeCommittee），總部設在瑞士日內瓦。1.6.23GPP組織3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴計劃）是一個3G技術規(guī)范的制定機構，由歐洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韓國的TTA以及美國的T1在1998年年底發(fā)起成立，中國無線通信標準組（CWTS）于1999年加入3GPP。3GPP受組織合作伙伴委托制定通用的技術規(guī)范。其組織機構分為項目合作和技術規(guī)范兩大職能部門。1.6.33GPP2組織3GPP2（The3rdGenerationPartnershipProject2，第三代合作伙伴計劃2)于1999年1月成立，由北美TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韓國的TTA四個標準化組織發(fā)起，主要是制訂以ANSI-41核心網為基礎，CDMA2000為無線接口的第三代技術規(guī)范。3GPP和3GPP2兩者實際上存在一定競爭關系，3GPP2致力于以IS-95向3G過渡。1.6.4IEEE組織電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE，全稱是InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)是一個國際性的電子技術與信息科學工程師的協(xié)會，是目前全球最大的非營利性專業(yè)技術學會，其會員人數超過40萬人，遍布160多個國家。電氣和電子工程師協(xié)會，作為IT領域學術界的領軍人物，在無線通信標準方面主要制訂了大名鼎鼎的WiFi協(xié)議以及WiMAX協(xié)議，并力推WiMAX作為3G標準。。1.6.5CCSA組織中國通信標準化協(xié)會（ChinaCommunicationsStandardsAssociation，CCSA）2002年12月18日在北京正式成立，其前身為中國無線通信標準研究組（CWTS）。第1章：4GLTE概述1.74G的技術應用及發(fā)展1.7.1基于4GLTE的應用1