移动通信发展简介.doc

第一章GSM21.1简介21.2 GSM系统的主要规格参数41.3主要技术5第二章 3G92.1 简介92.2 IMT-2000的主要技术要求92.3 WCDMA系统：102.3.1 WCDMA系统可实现的基本技术参数：112.4 TD-SCDMA:112.4.1 TD-SCDMA与WCDMA基本参数比较：112.4.2 TD-SCDMA与WCDMA关键技术：122.5 CDMA2000132.5.1 CDMA2000的无线接口参数：132.5.2 CDMA2000关键技术：14第三章 LTE163.1 简介163.2 LTE主要技术特点：163.3 LTE 核心技术173.4 LTE技术优势193.5 LTE 技术的市场前景与挑战20第四章WLAN214.1 简介214.2 WLAN主要技术214.3 WLAN技术指标234.4 WLAN市场应用25第五章 WiMAX:275.1 简介275.2 WiMAX中的先进技术275.3 WiMAX与Wi-Fi、3G比较295.4 WiMAX主要技术参数295.5 WiMAX的现状、应用及发展29第一章GSM(Global System For Mobile Communications ):1.1简介：是由欧洲电信标准化协会（ETSI）提出的第二代数字蜂窝移动通信系统标准。经过多年的发展，GSM目前包括了GSM900，DCS1800,和PCS1900三个不同频段的系统，用户遍及欧洲、亚洲、非洲、美洲、大洋洲的130多个国家和地区。自90年代中期投入商用以来，GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。所有用户可以在签署了漫游协定移动电话运营商之间自由漫游。可以说，GSM是目前世界上使用最广、用户数最多、发展最成功的无线系统标准。GSM系统采用FDD双工方式，采用TDMA/FDMA多址接入方式，以语音业务为主，也支持无线的数据业务。GSM系统网络构成如下图所示：一般整个系统可分成四个部分：(1) 移动台MS(Mobi1e Station)：如手机、传真机等用户实际所使用的设备。MS包括存储用户个人信息的SIM卡和实现移动通信物理设备（ME）两部分。SIM卡上存储用户特有的个人信息，包括实现鉴权和加密的信息、享有的业务类型等。物理设备是实现通信功能的设备，这部分设备对所有用户都是相同的，可以是手持机、车载机等。没有SIM卡，GSM移动台就不能接受网络服务。(2) 基站子系统BSS (Base Station System)：为移动台MS和陆地交换设备提供无线连接的部分。基站系统BSS包括基站控制器BSC和基站收发信机BTS、XCDR(编解码器)三部分。每个BSS包括多个BSC，BSC经过一个专用线路或微波链路连接到MSC。一般情况下，一个BSC可以控制多个BTS。BSC与BTS之间的接口叫做Abis接口，BSC与MSC之间的接口叫做A接口。 基站控制器BSC主要完成：（1）接口管理（2）BTS与BSC之间的地面信道管理（3）无线参数及无线资源管理（4）无线链路测量与话务量管理（5）控制小区切换（6）支持呼叫控制（7）操作与维护等功能。基站收发信机BTS是服务于蜂窝小区的无线收发信设备，实现BTS与MS空中接口的功能。BTS主要分为基带单元、载频单元与控制单元三部分。XCDR(编解码器)：XCDR被用做编解来自与移动台的信号，使信号能够在陆地链路中有效的传输。由于它经常放在MSC一边，所以，常称为RXCDR。（基站子系统BSS）(3) 网络子系统（NSS）: 网络交换系统包含了GSM网络的主要交换功能，它同时也包括用户数据和移动网管理所需的数据库，其主要的功能是管理GSM网络和其余通信网络之间的通信。NSS主要由移动业务交换中心（MSC），访问用户位置寄存器（VLR），归属用户位置寄存器（HLR），鉴权中心（AUC），移动设备识别寄存器（EIR）等几部分组成。MSC是整个GSM网络的核心，完成或参与NSS的全部功能，协调与控制整个GSM中BSS，OSS的各个功能实体。MSC提供各种接口，如与BSC的接口，与内部各功能实体的接口，与PSTN、ISDN、PSPDN、PLMN等其他通信网络的接口，并实现各种相应的管理功能。MSC还支持一系列业务:电信业务、承载业务和补充业务。VLR是服务于其控制区域内移动用户的一个寄存器，存储着进入其控制区域内已登记移动用户的相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。当某用户进入一个VLR控制的特定区域中时，移动用户要在该VLR上登记注册。HLR用于存储每一个相同MSC中所有初始登记注册用户的个人信息和位置信息，包括用户识别号码，访问能力，用户类别和补充业务等数据，由它控制整个移动交换区域乃至整个PLMN。AUC存储着移动用户的鉴权信息和加密密匙，主要是为了防止非授权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃。EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码（IEMI），通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止非授权用户设备接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。(4) 操作维护子系统（OMS）: 操作和维护子系统可以对整个GSM网络进行远程控制。包括网络管理中心NMC、操作维护中心OMC。1.2 GSM系统的主要规格参数：特性GSM900DCS1800发射频带（基站）935-9601805-1880发射频带（移动台）890-9151710-1785双工间隔/MHz4595信道载频间隔/MHz200200最小小区半径/km0.50.5最大小区半径/km3535多址接入方式TDMA/FDMATDMA/FDMA调制GMSKGMSK单载频数据传输速率/(kb/s)270.833270.833全速率语音编译码比特率（kb/s）1313全速率语音编译码误差保护9.89.8语音编码算法RPE-LTPRPE-LTP信道编码具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码调制方式：GSM采用0.3GMSK调制方式。其中，0.3表示高斯脉冲成形滤波器的3dB带宽与比特周期的乘积。1.3主要技术：GSM蜂窝系统采用时分多址、频分多址和频分双工（TDMA/FDMA/FDD）体制，在25MHz的频段中共分为125个射频信道，去掉上下各一个100kHZ的保护带宽，实际可用的射频信道是124个。这124个射频信道以绝对射频信道号（ARFCN）标识。一个ARFCN代表一对前向和反向射频信道。TDMA(时分多址)：时分多址是把一个载波在时间上分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动台的信号而不混扰。GSM系统中的交织技术： GSM系统采用交织技术来减少突发错误的影响。交织技术的实质是时间分集，就是将要传输的数据码重新排序，重新排序的结果使得突发差错时产生的成串错误的比特位来自交织前信道编码不同的位置。在接收端去交织后，数据编码恢复了原来的顺序，从而连续的突发差错就变成了离散的随机差错，而随机差错可以用卷积编码等信道编码技术进行纠正。GSM系统中同时采用了比特交织和块交织两种方法。（1）比特交织：信道编码输出的456个编码比特按行的顺序写入一个矩阵，每行8个，然后按列读出，从而将一个语音帧的456个编码比特分成了8个完成比特交织的子块，每个子块57个比特，矩阵的行数就是交织深度。（2）块交织：块交织是在相邻不同语音帧之间进行的。根据GSM一个突发脉冲序列中数据的结构特点，块交织是在完成了比特交织的两个语音帧共912比特语音数据之间进行的。块交织时，第n个语音帧子块1与第n+1个语音帧的子块1分别放在TDMA帧指定时隙的两段57比特语音数据的位置；第n个语音帧的子块2与第n+1个语音帧的子块2分别放在下一个TDMA帧中对应时隙的两段57比特语音数据的位置；以此类推。这样，块交织后就将912比特数据分散到了8个TDMA帧的同一时隙中并周期性地发送出去。跳频技术：采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性，它首先被用于军事通信，后来在GSM标准中也被采纳。跳频功能主要是： (1) 改善衰落。 (2) 处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，大大改善移台的通信质量。 (3) 跳频相当于频率分集 GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。保密措施：GSM系统在安全性方面有了显著的改进，其主要是在下列部分加强了保护：接入网路方面采用了对客户鉴权；无线路径上采用对通信信息加密；对移动设备采用设备识别；对客户识别码用临时识别码保护；SMI卡用PIN码保护。 (1)提供三参数组 客户的鉴权与加密是通过系统提供的客户三参数组来完成的。客户三参数组的产生是在GSM系统的AUC(鉴权中心)中完成。每个客户在签约(注册登记)时，就被分配一个客户号码(客户电话号码)和客户识别码(IMSI)。IMSI通过SIM写卡机写入客户SIM卡中，同时在写卡机中又产生一个对应此IMSI的唯一的客户鉴权键Ki，它被分别存储在客户SIM卡和AUC中。AUC中还有个伪随机码发生器，用于产生一个不可预测的伪随机数(RAND)。RAND和Ki经AUC中的A8算法(也叫加密算法)产生一个Kc(密钥)，经A3算法(鉴权算法)产生一个响应数(SRES)。由产生Kc和SRES的RAND与Kc、SRES一起组成该客户的一个三参数组，传送给HLR，存储在该客户的客户资料库中。一般情况下，AUC一次产生5组三参数，传送给HLR，HLR自动存储。HLR可存储10组三参数，当MSCVLR向HLR请求传送三参数组时，HLR又一次性地向MSCVLR传5组三参数组。MSCVLR一组一组地用，用到剩2组时，再向HLR请求传送三参数组。 （2) 鉴权 鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“ 入侵” 而保护GSM移动网路的客户。当移动客户开机请求接入网路时，MSCVLR通过控制信道将三参数组的一个参数伪随机数RAND传送给客户，SIM卡收到RAND后，用此RAND与SIM卡存储的客户鉴权键Ki，经同样的A3算法得出一个响应数SRES，传送给MSCVLR。MSCVLR将 收到的SRES与三参数组中的SRES进行比较。由于是同一RAND，同样的Ki和A3算法，因此结果SRES应相同。MSCVLR比较的结果相同就允许接入，否则为非法客户，网路拒绝为此客户服务。 在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。 (3) 加密 GSM系统中的加密也只是指无线路径上的加密，是指BTS和MS之间交换客户信息和客户参数时不被非法个人或团体所得或监听。在鉴权程序中，当客户计算SRES，同时用另一算法(A8算法)也计算出密钥Kc。根据MSCVLR发送出的加密命令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc。在MS侧，由Kc、TDAM帧号和加密命令一起经A5算法，对客户信息数据流进行加密(也叫扰码)，在无线路径上传送。在BTS侧，把从无线信道上收到加密信息数据流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送BSC和MSC。 所有的语音和数据均需加密，并且所有有关客户参数也均需加密。 (4) 设备识别 每个移动台设备均有设备识别码(1MEl)，移动台设备如允许进入运营网，必需经过欧洲型号认证中心认可，并分配一个十进制6位数字，占用IMEI 15位十进制数字的前6位设备识别的作用就是确保系统中使用的移动台设备不是盗用的或非法的。设备的识别是在设备识别寄存器EIR中完成。 EIR中存有三种名单： 白名单- 包括已分配给可参与运营的GSM各国的所有设备识别序列号码。 黑名单- 包括所有应被禁用的设备识别码。 灰名单- 包括有故障的及未经型号认证的移动台设备，由网路运营者决定。(5) PIN码 在GSM系统中，客户签约等信息均被记录在一个客户识别模块(SIM)中，此模块称作客户卡。客户卡插到某个GSM终端设备中，便视作自己的电话机，通话的计费帐单便记录在此客户卡户名下。为防止帐单上产生错误计费，保证入局呼叫被正确传送，在SIM卡上设置了PIN码操作(类似计算机上的Password功能)。PIN码是由48位数字组成，其位数由客户自己决定。如客户输入了一个错误的PIN码，它会给客户一个提示，重新输入，若连续3次输入错误，SIM 卡就被闭锁，即使将SIM卡拔出或关掉手机电源也无济于事。闭锁后，还有个“个人解锁码”，是由8位数字组成的，若连续l0次输入错误，SIM卡将再一次闭锁，这时只有到SIM卡管理中心，由SIM卡业务激活器予以解决。 第二章 3G2.1 简介：第三代移动通信系统（简称3G）的目标是实现个人用户终端在全球范围内任何时候在任何地点与另一个人以任何方式可以进行通信。目前，3G的框架已确定，将卫星移动通信网与地面移动通信网相结合，形成了一个全球无缝覆盖的立体通信网络，满足了城市和偏远地区不同密度用户的需求，支持话音、数据和多媒体业务。3G系统采用了高效信道编码、软件无线电、智能天线、多用户监测和干扰消除等新技术。3G最早是国际电联（ITU）与1985年提出的，当时成为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），后改为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用，并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统，欧洲电信标准协会ETSI将IMT-2000叫做UMTS。IMT-2000是供全世界使用的3G标准，其特点是综合了蜂窝、寻呼、群集、无线接入、移动数据、移动卫星、个人通信等各类移动通信标准，提供与固定电信相兼容和移动接入互联网的高质量业务，在较高传输速率和较大带宽的条件下工作。2.2 IMT-2000的主要技术要求：ITU对第三代陆地移动通信系统的基本要求如下：（1）业务数据速率方面：室内：2Mb/s.手持机：384kb/s. 高速移动;FDD方式：144kb/s，移动速度达到500km/h； TDD方式：144kb/s, 移动速率达到120km/h. (2)业务质量：数据业务的误码率不超过10的（-3）次方，并提供高速数据、图像、电视图像等数据传输业务。（3）具有全球设计范围内的高度兼容性，能够实现多种网络互联，具有从2G向3G过渡的灵活性，以及向未来通信演进的灵活性。（4）全球无缝覆盖、移动终端可以连接到地面网和卫星网，使用方便。（5）移动终端体积小，重量轻，具有全球漫游功能。IMT-2000的频带划分：划分了230MHz带宽给IMT-2000，1885-2025MHz及2110-2200MHz频带可用于全球范围内IMT-2000的业务。1980-2010MHz和2170-2200MHz为卫星移动业务频段，共60MHz。其余170MHz为陆地移动业务频段，其中对称的频段是2*60MHz，部队称的频段是50MHz。IMT-2000标准化组织机构：国际上研究3G标准化的组织主要有3GPP和3GPP2。3GPP主要负责FDD（WCDMA）与TDD（HCR TDD和LCR TDD）技术的标准化。其中HCR TDD为高码片速率的TDD，指的是TD-CDMA技术标准；LCR TDD为低码片速率的TDD，指的是我国提出的TD-SCDMA技术标准。3GPP2主要负责CDMA2000技术的标准化工作。3G标准是个大家族，由于牵扯到不同国家和企业的利益，因此没有达到统一的唯一标准。最终ITU批准了5中IMT-2000标准，其中主要的三个标准是WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。2.3 WCDMA系统：WCDMA 通信系统也称UMTS。整个系统由陆地无线接入网络子系统（UTRAN）、核心网络子系统（CN）、用户终端设备（UE）三部分组成。UTRAN为UE提供无线接口，完成于用户无线接入有关的所有功能，包括无线信道的分配。释放、切换、管理等。UTRAN包括多个无线网络子系统RNS，通过Iu接口与核心网络子系统CN连接。核心网络子系统CN处理UMTS系统内所有话音呼叫和数据连接，并提供外部网络连接的交换和路由。核心网络从逻辑上可分为电路交换域（CS）和分组交换域（PS）。CS域是UMTS的电路交换核心网，用于支持电路数据业务；PS域是UMTS的分组业务核心网，用于支持分组数据业务GPRS和一些多媒体业务。根据UTRAN连接到核心网络逻辑域的不同，Iu接口可分为Iu-CS,Iu-PS.用户终端设备UE主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议模块以及应用层软件模块等。UE通过空中接口Uu与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、宽带话音、移动多媒体、Internet应用功能等。除了上述三个构成部分外，UMTS系统也有一个运营维护子系统OSS，具有执行网络操作维护、用户管理等相关功能。2.3.1 WCDMA系统可实现的基本技术参数：参数名称WCDMA载频间隔5MHz码片速率3.84Mc/s双工方式FDD/TDD帧长10ms基站同步方式异步扩频调制下行链路：平衡QPSK上行链路：双信道QPSK扩展因子FDD模式上行;4-256FDD模式下行:4-512TDD模式下行：1-16功率控制开环和快速闭环，1600b/s切换软切换、频率间切换2.4 TD-SCDMA:TD-SCDMA是我国在国际上第一次提出的通信系统性标准。TD-SCDMA采用TDD双工方式，系统融合了当今国际领先的智能天线、同步CDMA和软件无线电等技术。在频谱利用率、对业务支持的灵活性、频谱灵活性及成本等方面具有独特的优势。TD-SCDMA系统由用户设备UE、无线接入网RAN、核心网CN三大部分组成。TD-SCDMA系统在核心网络标准方面与WCDMA采用了相同标准规范，包括核心网与无线接入网之间采用的Iu接口。与WCDMA相比，上行同步控制和上、下行波束成形是TD-SCDMA所独有的2.4.1 TD-SCDMA与WCDMA基本参数比较：参数名称WCDMATD-SCDMA载频间隔5MHz1.6MHz码片速率3.84Mc/s1.28Mc/s多址方式CDMA/FDMATDMA/CDMA/FDMA双工方式FDD/TDDTDD帧长及结构10ms/15时隙/帧10ms/14时隙/帧功率控制开缓和快速闭环（1600b/s）快环和慢速闭环（20b/s）基站同步方式异步同步联合检测可选必须智能天线可选必须切换软切换、频率间切换软切换、频率间切换、接力切换DCA不采用必须非对称业务适用性不够灵活改变上下转换点，灵活支持导频结构上行专用导频，下行公共或专用导频下行公共导频DwPTS,上行UpPTS同步 TD-SCDMA的接入方案是直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）,扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD工作方式。2.4.2 TD-SCDMA与WCDMA关键技术：（1） 智能天线：智能天线技术的核心是自适应天线波束赋形技术。智能天线技术的原理是使一组天线和对应收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，则能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。 智能天线主要优点：（1）提高了基站接收机的灵敏度（2）提高了基站发信机的等效发射功率（3）降低了系统的干扰（4）增加了CDMA系统的容量（5）改进了小区的覆盖（6）降低了无线基站的成本（2） 联合检测：联合检测技术是多用户检测技术的一种。在CDMA系统中，多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收机需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离方法大概可以分为单用户检测与多用户检测两种。从理论上说，联合检测技术可以完全消除MAI的影响。但由于在实际应用中，联合检测技术会遇到一下问题：（1）对小区间干扰没有解决方法；（2）信道估计的不准确将影响到干扰消除的准确性（3）随着处理信道数的增加，算法的复杂度并非线性增加，实时算法难以达到理论上的性能。所以在TD-SCDMA系统中，采用了联合检测与智能天线技术相结合的方法。（3） 接力切换(TD-SCDMA)：接力切换适用于同步码分多址（SCDMA）移动通信系统，是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。接力切换的优点是将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合到接力切换中，使用该方法可以在使用不同载频的SCDMA基站之间，甚至在SCDMA系统与其他移动通信系统（如GSM）的基站之间实现不中断通信、不丢失的越区切换。（4） DCA（TD-WCDMA）: DCA技术主要研究的是频率、时隙、扩频码的分配方法，对TD-SCDMA系统而言，还可以利用空间位置和角度信息协助进行资源的优化配置。DCA是一种最小化系统自身干扰的方法，其减少系统内干扰的手段更为多元化。因此，DCA可使系统资源利用率最大化并提高链路质量。DCA技术有载频DCA,时域DCA，码域DCA和空域DCA等四个方面的内容。2.5 CDMA2000：CDMA2000是由CdmaOne演进而来的一种3G标准，CDMA2000的一个主要特点是可从IS-95B系统的基础上平滑地升级到3G，因此建设成本比较低。CDMA2000采用CDMA多址方式和TDD双工方式，可支持语音和分组数据等业务。2.5.1 CDMA2000的无线接口参数：参数名称规格载频间隔1.25MHz（CDMA2000-1X）3.75MHz（CDMA2000-3X）双工方式FDD帧长20ms码片速率CDMA2000-1X能支持的最大速率为307.2kb/s基站同步方式GPS同步扩频调制下行链路：平衡QPSK上行链路：双信道QPSK扩展因子4-256功率控制开环和快速闭环，800b/s切换软切换、频率间切换2.5.2 CDMA2000关键技术：（1）前向快速功率控制技术 :CDMA2000采用快速功率控制方法。方法是移动台测量收到业务信道的Eb/Nt，并与门限值比较，根据比较结果，向基站发出调整基站发射功率的指令，功率控制速率可以达到800b/s。 由于使用快速功率控制，可以达到减少基站发射功率、减少总干扰电平，从而降低移动台信噪比要求，最终可以增大系统容量。(2)前向快速寻呼信道技术:此技术有两个用途：(1) 寻呼或睡眠状态的选择:因基站使用快速寻呼信道向移动台发出指令，决定移动台是处于监听寻呼信道还是处于低功耗状态的睡眠状态，这样移动台便不必长时间连续监听前向寻呼信道，可减少激活移动台激活时间和节省移动台功耗。(2) 配置改变:通过前向快速寻呼信道，基地台向移动台发出最近几分钟内的系统参数消息，使移动台根据此新消息作相应设置处理。(3)前向链路发射分集技术:CDMA2000-1X采用直接扩频发射分集技术，它有两种方式：(1) 一种是正交发射分集方式:方法是先分离数据流再用不同的正交Walsh码对两个数据流进行扩频，并通过高两个发射天线发射。 (2) 另一种是空时扩展分集方式:使用空间两根分离天线发射已交织的数据，使用相同原始Walsh码信道。使用前向链路发射分集技术可以减少发射功率，抗瑞利衰落，增大系统容量。(4)反向相干解调:基站利用反向导频信道发出扩频信号捕获移动台的发射，再用梳状(Rake)接收机实现相干解调，与IS-95采用非相干解调相比，提高了反向链路性能，降低了移动台发射功率，提高了系统容量。(5)连续的反向空中接口波形:在反向链路中，数据采用连续导频，使信道上数据波形连续，此措施可减少外界电磁干扰，改善搜索性能，支持前向功率快速控制以及反向功率控制连续监控。(6)Turbo码使用:Turbo 码具有优异的纠错性能，适于高速率对译码时延要求不高的数据传输业务，并可降低对发射功率的要求、增加系统容量，在cdma2000-1X中Turbo码仅用于前向补充信道和反向补充信道中。 Turbo 编码器由两个RSC编码器(卷积码的一种)、交织器和删除器组成。每个RSC有两路交验位输出，两个输出经删除复用后形成Turbo码。Turbo译码器由两个软输入、软输出的译码器、交织器、去交织器构成，经对输入信号交替译码、软输出多轮译码、过零判决后得到译码输出。(7)灵活的帧长:与IS-95不同，cdma2000-1X支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms多种帧长，不同类型信道分别支持不同帧长。前向基本信道、前向专用控制信道、反向基本信道、反向专用控制信道采用5ms或20ms帧，前向补充信道、反向补充信道采用20ms、40ms或80ms帧，话音信道采用20ms帧。 较短帧可以减少时延，但解调性能较低；较长帧可降低对发射功率要求。 (8)增强的媒体接入控制功能:媒体接入控制子层控制多种业务接入物理层，保证多媒体的实现。它实现话音、分组数据和电路数据业务、同时处理、提供发送、复用和Qos控制、提供接入程序。与IS-95相比，可以满足更宽带和更多业务的要求。 第三章 LTE3.1 简介：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并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz 频谱带宽下能够提供下行100 Mbit/s 与上行50 Mbit/s 的峰值速率,改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。 LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。关于LTE系统需求讨论促使3GPP创建了一个正式的研究项目。其目标是通过3GPP的无线接入技术演进来确保其在未来10年的竞争力。在该研究项目的主持下，LTE的需求得到了完善和细化，与2005年6月完成了最终版本。具体需求可归纳如下：（1） 减少时延，包括连接建立和传输；（2） 提高用户数据传输速率；（3） 为保证业务的一致性，提高小区边界的比特率；（4） 降低每比特成本，提高频谱速率；（5） 实现对现有带宽和新增带宽中频谱的更灵活运用；（6） 简化网络结构；（7） 无缝移动性，包括在不同的无线接入技术间；（8） 实现移动终端的合理功耗。3.2 LTE主要技术特点：3GPP 从系统性能要求、网络的部署场景、网络架构、业务支持能力等方面对LTE 进行了详细的描述。与3G 相比, LTE 具有如下技术特征:(1) 通信速率有了提高, 下行峰值速率为100Mbit/s、上行为50 Mbit/s;(2) 提高了频谱效率;(3) 以分组域业务为主要目标, 系统在整体架构上将基于分组交换;(4)QoS 保证, 通过系统设计和严格的QoS 机制, 保证实时业务( 如VoIP) 的服务质量;(5) 系统部署灵活, 能够支持1.2520 MHz 间的多种系统带宽, 并支持“Paired”和“Unpaired”的频谱分配, 保证了将来在系统部署上的灵 活性;(6) 降低无线网络时延: 子帧长度0.5 ms 和0.675ms, 解决了向下兼容的问题并降低了网络时延, 时延可达U-plan 5 ms, C-plan 100 ms;(7) 增加了小区边界比特速率, 在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率;(8) 强调向下兼容, 支持已有的3G 系统和非3GPP 规范系统的协同运作。与3G 相比, LTE 更具技术优势, 具体体现在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。LTE的主要网络结构及技术特点：3GPP 对LTE 项目的工作大体分为两个时间段: 2005 年3 月到2006 年6 月为SI( Study Item) 阶段, 完成可行性研究报告; 2006 年6 月到2007 年6月为WI(Work Item) 阶段, 完成核心技术的规范工作。在2007 年中期完成LTE 相关标准制定( 3GPP R7) , 在2008 年或2009 年推出商用产品。经过3GPP 组织的努力, LTE 的系统框架大部分已经完成。(1) LTE 网络结构和空中接口协议。LTE 采用由Node B 构成的单层结构。这种结构有利于简化网络和减小延迟, 实现了低时延, 低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP 接入网相比, LTE 减少了RNC 节点。名义上LTE 是对3G 的演进, 但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革, 逐步趋近于典型的IP 宽带网结构。3.3 LTE 核心技术：LTE 不仅通过简化结构, 还采用以下几个关键技术来实现其优异性能:（1) 传输技术与多址技术：3GPP 选择了大多数公司支持的方案, 即下行（正交频分多址接入）OFDMA, 上行（单载频频分多址接入）SC-FDMA。 OFDMA是对多载波技术OFDM的扩展，从而提供了一个非常灵活的多址接入方案。OFDM把有效的信号传输带宽细分为多个窄带子载波，并使其相互正交，任一个子载波都可以单独或成组地传输独立的信息流。OFDMA技术则利用有效带宽的细分在多用户间共享子载波。（1）可以在不改变系统基本参数或设备设计的情况下使用不同的载频带宽（2）可变带宽的传输资源可以在载频内自由调度，分配给不同用户（3）为软载频复用和小区间的干扰协调提供便利。 LTE下行多址技术采用OFDMA。流程图如下： LTE上行的多址技术采用SC-FDMA。流程图如下：（2) 宏分集：由于存在难以解决的“同步问题”,LTE 对单播业务不采用下行宏分集。至于对频率要求稍低的多小区广播业务, 可采用较大的循环前缀(CP) 来解决小区之间的同步问题。考虑到实现网络结构扁平化、分散化, LTE 不采用上行宏分集技术。（3) 调制与编码：LTE 下行主要采用QPSK、16QAM、64QAM 三种调制方式。上行主要采用位移BPSK、QPSK、8PSK 和16QAM。信道编码LTE 主要考虑Turbo 码, 但若能获得明显的增益, 也将考虑其他编码方式, 如LDPC 码。（4) 多天线技术：MIMO 技术是LTE 最核心的技术, 它是提高传输率的主要手段, LTE 系统将设计可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技术。 LTE 已确定MIMO 天线个数的基本配置是下行22、上行12, 但也在考虑44 的高阶天线配置。具体的MIMO 技术尚未确定, 目前正在考虑的方法包括空分复用( SDM) 、空分多址( SDMA) 、预编码、秩自适应、智能天线等。上行单用户MIMO 天线的基本配置, 也是在LIE 有两个发射天线, 在基站有两个接收天线。通常是22 的虚拟MIMO, 两个UE各自有一个发射天线, 并共享相同的时一频域资源。除上述技术以外, 3GPP 也对MBMS、同步、小区间干扰抑制、切换、小区搜索、空中接入等技术作了相应的规定。虽然这些规范还未最终确定, 但经过仿真测量, 目前这些基本概念可以满足或接近TR25、912中的系统需求。相信这些技术规范的最终确定指日可待。 多天线技术可以用各种方式实现，主要基于3个基本原则：（1）分集增益：利用多天线提供的空间分集来改善多径衰落情况下传输的健壮性；（2）阵列增益：通过预编码或波束成形使能量集中在一个或多个特定方向这也可以为不同方向的多个用户同时提供业务；（3）空间复用增益：在可用天线组合所建立的多重空间层上，将多个信号流传输给单个用户。（5）分组交换无线接口：在LTE中，为改善系统时延，数据包传输时间由HSDPA中的2ms进一步缩短为1ms。这么短的传输时间间隔，加上新的频率和空间维度，进一步扩展了MAC层与物理层之间跨层领域的技术，它们包括：（1）频域和空间资源的自适应；（2）MIMO配置的自适应，包括同时传输空间层数的选择；（3）调制和源码速率的链路自适应，其中也包括传输码字数量的自适应；（4）快速信道状态报告的若干模式。3.4 LTE技术优势：LTE、WiMAX 与WiFi 都有各自的特点, 或数据速率高, 或费用成本低, 或安全性高。它们的适用范围也各不相同,WiMAX 解决的是无线城域网的问题,而WiFi 解决的是无线局域网的接入问题。尽管LTE费用较高, 但在灵活性、数据速率、稳定性方面它更具技术优势。(1) 灵活性。LTE 能够支持1.25、1.6、2.5、5、10、15、20 MHz 等多种系统带宽,WiMAX 支持1520MHz 的几种带宽, WiFi 解决的是无线局域网问题, 仅适用于有因特网的地区, 因而在系统部署的灵活性上LTE 更具优势。(2) 数据速率。LTE 增强了3G 的空中接入技术,信号的覆盖范围大幅延伸, 在20 MHz 的带宽下, 能达到下行100 Mbit/s、上行50 Mbit/s 的峰值速率;WiFi 与WiMAX 所能达到的最高速率仅为11 Mbit/s和75 Mbit/s, 且WiFi 采用的无线电信号易受环境影响, 可能一个用户与带宽为11 Mbit/s 网络联网, 但是其兑现的网速可能只有1 Mbit/s。(3) 稳定性。LTE 能在350 km/h 的高速移动的情况下达到良好的接收效果,WiMAX 所能支持的最高移动速率只能达到120 km/h,WiFi 则仅限于局域网的低速率移动。与WiMAX 和WiFi 相比, 在高速移动的环境下, LTE 的信号更稳定。3.5 LTE 技术的市场前景与挑战目前语音业务在移动通信市场取得了巨大的成功, 但这种状况会随着数据业务和应用的重要性与日俱增而逐渐改变。除了现有GPRS 及3G 网络为用户带来的如IP 电话、在线游戏、多媒体消息、移动电视等业务外, LTE 还能为用户带来更丰富的服务。LTE 系统是在充分继承现有技术的基础上, 综合了一部分4G 核心技术而提出的。它不仅在技术方面极具优势, 在时间段上也有一个很好的契机。一个新的空中接口的研发通常需要10 年时间, 后3G 技术的研发已经进行了5 年, 加上研究、标准化和设计产品的时间, 4G 最早也要在2015年左右才能正式商用。第四章WLAN4.1 简介：无线局域网络(Wireless Local Area Networks； WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频(Radio Frequency； RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到信息随身化、便利走天下的理想境界。WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN（Local Area Network）的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。WLAN开始是作为有线局域网络地延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为公共无线局域网，成为国际互联网INTERNET宽带接入手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。之所以使用无线局域网络是由于对于铺设电缆或是检查电缆是否断线是件耗时的工作，同时也不容易在短时间内找出断线所在。再者，由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业网络必须配合重新布局，需要重新安装网络线路，虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的成本很高，尤其是老旧的大楼，配线工程费用就更高。因此，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的，下列情形可能须要无线局域网络（1） 无固定工作场所的使用者；（2） 有线局域网络架设受环境限制；（3）作为有线局域网络的备用系统。4.2 WLAN主要技术： 无线局域网络存取技术：目前厂商在设计无线局域网络产品时，有相当多种存取设计方式，大致可分为三大类：窄频微波(Narrowband Microwave)技术、展频(Spread Spectrum)技术、及红外线(Infrared)技术。由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。具体来说，无线局域网必须实现以下技术要求： （1）可靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。 （2）兼容性：对于室内使用的无线局域网，应尽可能使其跟现有的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。 （3）数据速率：为了满足局域网业务量的需要，无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。 （4）通信保密：由于数据通过无线介质在空中传播，无线局域网必须在不同层次采取有效的措施以提高通信保密和数据安全性能。 （5）移动性：支持全移动网络或半移动网络。 （6）节能管理：当无数据收发时使站点机处于休眠状态，当有数据收发时再激活，从而达到节省电力消耗的目的。 （7）小型化、低价格：这是无线局域网得以普及的关键。（8）电磁环境：无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。展频技术：主要又分为跳频技术和直接序列两种方式。（1）跳频技术FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum )：在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。(2)直接序列展频技术DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)：是将原来的讯号1或0，利用10个以上的chips来代表1或0位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips，一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰，而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。（3）FHSS和DSSS的调变差别及优劣：无线局域网络在性能和能力上的差异，主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调变方式。然而，调变方式的选择并不完全是随意的，像FHSS并不强求某种特定的调变方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK，但是，IEEE 802.11草案规定要使用GFSK。至于DSSS则使用可变相位调变 (如：PSK、QPSK、DQPSK)，可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。在抗噪声能力方面，采用QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相比，可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。FHSS系统之所以选用FSK调变方式的原因是因为FHSS和FSK内在架构的简单性，FSK无线讯号可使用非线性功率放大器，但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器，但却可以获得更多的回馈。DSSS由于采用全频带传送资料，速度较快，未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用，因此，无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用，大都采用DSSS无线技术产品。FHSS则大都使用于需快速移动的端点，如行动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术；且因FHSS传输范围较小，所以往往在相同的传输环境下，所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，在整体价格上，可能也会比较高。以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率、及传输的稳定性，所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。4.3 WLAN技术指标：由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑链路控制（LLC）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC)，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。 无线接入技术区别于有线接入的特点之一就是标准不统一。不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有：IEEE802.11标准，蓝牙（BLUETOOTH）标准以及家庭网络(HOMERF)标准。(1)IEEE 802.11标准：IEEE 802.11 无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。IEEE 802.11 标准的颁布,使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。它是无线局域网目前最常用的传输协议。由于IEEE 802.11的传输速率最高只能达到2mbps。在传输速率上不能满足人们的需要。因此IEEE小组又相继推出了IEEE 802.11a 和IEEE 802.11b 两个新标准。 IEEE 802.11b 标准采用一种新的调制技术,传输速率最大可达到11mbps。而IEEE 802.11a标准的传输速度可达25Mbps。(2)实现IEEE802.11WLAN的关键技术：IEEE802.11不采用有线网络