后3G 移动通信技术的发展

后3G移动通信技术的发展,一.蜂窝移动通信发展与演变二.CDMA是3G的主流技术.三.CDMA的三大制式.四.Cdma20001x技术:五.CDMA的十大优点六.中国在cdma-2000中的地位.七.高通(Quarcom)3G-CDMA技术的霸主.八.后3G移动数据通信业务的发展.九.3G与后3G的10大关键技术:十.3G与后3G数据通信要取得成功的两个因数:结论:,一.蜂窝移动通信发展与演变,模拟向数字演变:AMPS,DECTGSM,GPRS,CDMA单一话音向数据及多媒体.频分向时分,码分.以及三种融合.单一移动网向移动互联网.码率:9.2,56,114,384,768kbits/s2,10Mbits/s,二.CDMA是3G的主流技术.三代移动通信的特点:1G模拟,低速,话音,频分.2G数字,中速.话音+数据,频分+时分3G数字,高速,多媒体.码分+时分+频分后3G+移动互联网.,基本的2G(GSM,IS-95,IS-136,PDC),进化的2G(GSMHSCSD和GPRS,IS-95B),GSMEDGE,IMT-2000(1W-CDMA2cdma20003TD-CDMA),用户比特率,固定/低移动性大范围/高移动性,10kbits/s,2Mbits/s,3G,2.5G,2.扩频通信是CDMA的基础历史:扩频通信再军事通信应用已有半个多世纪(50年代)特点:抗干扰能力强,香农(C.E.Shannon)信道容量公式:C=WLog2(1+S/N)C信道容量(比特/s)W带宽,(赫兹)S/N-信噪比,信源,编码/调制,信道,解调/解码,信宿,通信系统模型,码率R,带宽W(Hz)信/噪=S/N信道容量C(bits/s),3.CDMA的优点:发射功率谱密度低,低截获率,保密性好,有码分多址功能.90年代用于2G,3G移动通信.,4.CDMA与GSM的比较:CDMA的优势:1.容量大(软容量);NCDMA=20NTACS=8.4NGSM2.手机发射功率小,绿色通信.CDMA:2.4dbm(1.72毫瓦)GSM:28.9dbm(773毫瓦),3.复盖范围大:覆盖1000平方公里;200个GSM基站,45个CDMA基站.4.话音质量好:采用话音激活语音编码;5.软越区切换,通话稳定;6.保密性好;7.功能多.短消息,移动上网,图象传输,三.CDMA的三大制式.1.第三代移动通信主流技术及其进展1999年11月举行的ITU-RTG8/1赫尔辛基会议上最终确定了第三代移动通信无线接口标准，并于2000年5月举行的ITU-R2000年全会（RA-2000）上最终得到批准通过，被正式命名为IMT-2000无线接口技术规范（M.1457）。规范包括:码分多址（CDMA）和时分多址（TDMA）两大类共五种技术，其中CDMA为目前公认的主流技术，它包括两种频分双工（FDD）技术和一种时分双工（TDD）技术，分别为IMT-2000CDMA-DS、(直扩)IMT-2000CDMAMC(多载波)IMT-2000CDMATD，(时分),（1）W-CDMA技术，或称IMT-2000CDMA-DS，是由欧洲和日本最早提出的，其核心网基于演进的GSM网络，空中接口采用直接扩频（DS）的宽带CDMA。欧洲、北美、亚太地区最具竞争力的技术之一。较为成熟的标准Release99版本，以全IP为特征的标准Release2000版本的研究工作已经启动。日本已于2001年5月实现W-CDMA的实步商用化，欧洲国家则计划于2002年实现以GSM演进网络为基础的W-CDMA商用化。,对于W-CDMA标准版本问题，WCDMA有几个版本，R99与GPRS重合的地方多，也最成熟，因此比较容易开展，但是长远来看，R99的数据业务能力没有达到预想的目标，终端业务能力和种类也不多，因此不利于发展，而R4还不成熟，这会使运营商的选择面临一些问题。另外WCDMA的初期建设的投资非常大，并非所有的运营商都能承受。WCDMA标准只是定义了业务的能力，并没有定义业务的实现。因此，对于同一业务，不同的设备制造商、运营商可能会有不同的实现方法，这既不利于业务的互通也不利于降低业务研发的成本，同时也不宜于终端制造商的批量生产。,(2)cdma2000技术IMT-2000CDMA-MC，是由北美最早提出的另一种较具竞争力的第三代移动通信技术，其核心网络采用演进方式的IS-95CDMA的核心网络（ANSI-41）,能与IS-95CDMA后向兼容.cdma-2000有三种形式:cdma2000-1xcdma2000-3xcdma2000-1x/EV,单载波形式cdma2000-1x采用与IS-95CDMA相同的带宽，但容量可相对提高一倍.最高业务速率可达144kbit/s。韩国最大的IS-95CDMA运营商SKT于2000年10月将cdma2000-lx投入远行。,2.三载波方式的cdma2000-3x需占用IS-95CDMA的三倍以上带宽，其发展前景尚不明朗。增强型单载波技术cdma2000-1xEV正在引起广泛的重视，2000年3月，由我国标准化组织提交的LAS-CDMA技术，作为cdma2000-1xEV第二阶段的候选方案之一，采用三进制新型扩频码(LAS码解决CDMA系统的干扰问题，达到提高系统容量的目的)。,IS95是cdmaOne系列中最先发布的标准真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS95A(8K话音,13K已接近有线质量).1998年2月，美国高通公司宣布将IS95B标准用于CDMA基础平台上。IS95B可提升CDMA系统性能目前全球CDMA网络已经发展到44个国家、120多个网络；其中亚太地区占41%、北美洲占38%，拉丁美洲占19%。预计到2006年，全球CDMA用户总数将达到2.8亿，其中80%的用户为cdma2000移动通信网络用户，每个用户每个月的移动数据量将超过200Mbytes，达到今天有线Internet的数据量应用水平。在韩国、印度、新西兰、澳大利亚等国家，CDMA市场发展异常迅猛.,cdma2000技术的发展，将经历cdma2000-1x、1xEV-DO、1xEV-DV等三个阶段，其数据传输下行速率在1.25MHz频宽内，分别由153.6kbit/s上升到2.4Mb/s、甚至4.8Mbit/s的传输速率,这直接导致频谱利用效率更高。cdma2000-1x应用最成功的国家是韩国，用户总数已达到2800多万。韩国三大运营商SK、KTF、LG都已经推出了cdma2000-1x业务，网络建设方面，SK、KTF为叠加方式，LG电信是对原有IS95网络进行升级。中兴国内第一个开通cdma2000-1x移动通信系统,第一个成功研制出cdma2000-1xEV-DO移动通信系统，即将研制出cdma2000-1xEV-DV移动通信系统。,高通力捧20001XEVDO，诺基亚“鼓吹”20001XEVDV20001XEVDO只有数据功能,要与20001X同时用.20001XEVDV,未成熟.预计明年年底才有芯片提供应,（3）IMT-2000CDMA-TD:时分双工（TDD）的CDMA技术,它包括:1.中国提出的TD-SCDMA(大唐+西门子)2.欧洲提出的TD-CDMA，其标准化工作于2000年底完成，由我国提交的TD-SCDMA技术由于采用了智能天线和上行同步等先进技术，具有容量大、适合不对称数据传输的潜在优点，受到重视。适合于高密度用户区和中低速移动环境的应用，有着良好的发展前景，目前参与研究和开发TD-SCDMA大唐和西門子,大唐移动设备有限公司也采用了“技术+芯片+手机”的形式与韩国三星、飞利浦半导体三家公司以成立合资公司的方式共同开发TD-SCDMA终端芯片。这其中，大唐将为新成立的公司提供TD-SCDMA技术解决方案，飞利浦将提供3G核心芯片开发所用的标准通信平台，韩国三星则接替已经退出合作阵营的中电东方通信研究中心有限公司(CECW)为合资公司提供终端有关的协议软件和终端测试技术在此前的2002年2月28日，由普天集团与电信科学技术研究院联合德州仪器、诺基亚和LG电子等17家公司打造的凯明公司，开始着手进行TD-SCDMA芯片技术的研发。终端芯片为整个TD-SCDM系统的核心所在，缺乏成熟的终端芯片，TD-SCDMA的标准也不过是纸上谈兵。据说，TD-SCDMA的屡屡受挫，重要因素就是在芯片上没有掌握能说得过去标志性技术。,2000年5月TD-SCDMA被正式采纳之后，大唐曾经与“同盟军”西门子在基站和终端上进行联合开发，但合作随着西门子终端事业部的撤出而告终，双方只保留在基站业务上的合作。2001年9月20日，大唐集团又与CECW、飞利浦半导体三家公司联手签署了TD-SCDMA终端方面合作意向书，并准备成立合资公司来开发TD-SCDMA终端芯片，同样是考虑到资金和风险问题，CECW最终选择了撤出，改由韩国三星接盘。两次合作均以夭折收尾，使得原本在标准的试验和商用化就落后于WCDMA和CDMA2000的TD-SCDMA更加被指指点点。在完成首次TD-SCDMA公开演示和成立专注于TD-SCDMA研究的大唐移动设备有限公司之后，大唐电信一直寄希望于开放的技术平台和可观的投资回报率来吸引更多的厂商加入到自己的阵营中。这次与CECW飞利普的合作，便遂了大唐的心愿。,IS-136(DAMPS),GPRS,GSM,GPRS,CDMA-one,CDMA2000-1x,EDGE,Cdma-2000-xEV,DODX,UMTSTDD(TD-SCDMA)ULTRA-WCDMA)？,UMTSFDD(W-CDMA),CDMA20003x,22.53G,TDMA,CDMA,？,IS-95,IS-136(DAMPS),GPRS,GSM,GPRS,CDMA-one,CDMA2000-1x,EDGE,Cdma-2000-xEV,DODX,UMTSTDD(TD-SCDMA)ULTRA-WCDMA)？,UMTSFDD(W-CDMA),CDMA20003x,22.53G,TDMA,CDMA,？,IS-95,EDGE=EvolvedDatarateforGSMEvolution)GPRS=GeneralPacketRadioServices.HSCSD=High-SpeedCircuit-SwitchedDataCAMEL=CustomisedApplicationforMobileEnhancedLogic,GSM9.6kbits/sGPRSCs-19.058=72.4Cs-213.48=107.2Cs-315.68=124.8Cs-421.48=171.2IS-95A1.2-9.6-14.4kbits/sIS-95B64-115kbits/sEDGE384kbits/sIS-136HS车辆/室外型:200kbits/s室内型:1.6Mbits/sCdma-2000-1xEV-DO307k-2.4Mbits/s,6.几种标准的码率,IS-95A14.4kbits/s支持AMPS语音质量好有效利用频率资源更大的容量,IS-95-B*115kbits/s*先进的软切换*接入切换*MS辅助式频间硬切换.,1x单载波*307kbits/s*语音容量增一倍*待机时间增一倍,3x多载波*语音和数据*2Mbits/s*5MHz信道直扩(DS)*语音和数据*2Mbits/s*5MHz信道,1xHDR*只提供数据*每扇区峰值2.4Mbits/s*1.25MHz标准信道,原方案:IS-95-1xCDMA-3xCDMA/直扩,新方案:IS-95-1xCDMA-cdma20001xEV(1xCDMA+1xHDR)正式命名为:cdma20001xEVDO(EvolutionDataOnly),四.Cdma20001x技术:正向快速功率控制.,增加容量.发射分集,提高抗衰落干扰能力.提供反向导频信道,反向增益比IS-95提高3db,反向容量提高一倍.业务信道采用TURBO码,容量又有所提高.引入快速寻呼信道,减少MS功耗,增加待机时间.干扰减少.仿真表明:话音业务容量是IS-95系统的2倍.数据业务容量是IS-95系统的3.2倍.,五.CDMA的十大优点,1)系统容量大-比GSM大上4-5倍2)系统容量配置灵活:所有移动用户都占用相同带宽和频率3)通话质量更佳,更清晰:数字话音编码技术;声码器可以动态调整数据传输速率，同时门限值根据背景噪声的改变而改变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也能得到较好的通话质量。4)频率规划简单:用户可按不同的序列码区分，不相同CDMA载波可在相邻小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。,5)电池寿命长。CDMA采用功率控制和可变速率声码器，通话功率可控制在零点几毫瓦，由于电量消耗极小，所以手机电池使用寿命延长。6)接通率高。CDMA源于军事抗干扰系统，同时由于其系统容量大，网塞下降，因此接通率自然升高。7)不易掉线。CDMA基站覆盖采用“单独覆盖双覆盖单独覆盖”技术，确保手机不会掉线8)绿色手机。因CDMA手机发射功率不及GSM零头，对人体辐射极小，故被称为“绿色手机”。9)保密性强。要窃听通话，必须找到码址。但CDMA码址是个伪随机码，共有4.4万亿种排列的可能，因此，破解密码窃听通话内容极为困难。还有加密技术.,三种方案的演变,IS-136(DAMPS),GPRS,GSM,GPRS,CDMA-one,CDMA2000-1x,EDGE,Cdma-2000-xEV,DODX,UMTSTDD(TD-SCDMA)ULTRA-WCDMA)？,UMTSFDD(W-CDMA),22.53G,TDMA,CDMA,？,IS-95,Cdma-2000-xEV,DODX,TD-SCDMA尚未达到商用阶段.W-CDMA与cdma-20001x的市场预测.理论上:2G主流GSM80%,cdma-2000(IS95)15%实际上:用2G预测3G是错误的,Cdma-2000技术更成熟目前使用cdma-2000商用系统有15个:韩国,日本KDDI,美Arising,SPRINT设备提供商:高通,朗讯,北电,三星,京瓷,华为,中兴标准与技术不成问题,主要是推出有汲引力的服务.,3G的两大主流技术:WCDMA与cdma-2000,日本,NTT的DoKoMo2002年底推W-CDMA的服务FOMA10万用户.韩国用户700万,今年估计1000万.KDDI2003年初推CDMA-20001X81万.第七届3G世界大会-HK.美国WCDMA的用户10万CDMA-20001x1000万.,六.中国在cdma-2000中的地位,韩国是样板,中国是希望.如果没有韩国运营商在cdma上的杰出表现,CDMA阵营不会有今天,而如果中国的CDMA业务发展不好,CDMA可能没有未来.业务与功能采屏,内置数码摄像机,BREW平台支持各种游戏下载,高速无线上网,目前中国有1.5亿部手机,他们向3G过渡.是决定cdma在业界地位的重要砝码.韩国认为:CDMA制胜的秘方在于数据服务.,目前cdma-2000的放号并不理想.但网络已经逐步完善.主流的厂商已统一对cdma-2000的技术规范.许多主流的应用开发商积极进行应用软件的开发.主要在于数据服务.(有点后3G的样子)中国Cdma-20001x的网络已经基本在大城市建成.朗讯,北电,爱立信,中兴,华为正等待cdma网络升级的巨大市场.,七.高通(Quarcom)3G-CDMA技术的霸主地位,2G的霸主是诺基亚,爱立信,motorola.拥有GSM的关键核心技术:标准,芯片,网络设备,手机等.但他们互相封闭,包括开发语言平台,程序.对技术的演进争论,意见不统一.产业利益阻碍技术演进.标准之争就是利益之争.例如SMS短信息.从普通SMS到增强型SMS(EMS)到多媒体SMS(MMS)诺基亚就不采用EMS标准而是采用SM标准.因为他有40%市场份额,3G的霸主地位非高通莫属.拥有cdma-2000的IS95,1x,等的标准及核心技术.已生产六亿多片芯片.3G应用的98%用户的cdm-20001x的市场.3G芯片已发2000万片(是WCDMA100多倍).将最新技术集成在芯片上.:基础协议,射频,多媒体功能等.提供开放的接口,其他手机厂商可开发有特色的应用软件.芯片功耗小,体积小和开放接口.明年推出:登封造极之作-MSM6600实现cdma-2000,WCDMA和GSM,GPRS兼容的芯片.明年年底将有漫游所有3G网络的手机出现.,高通走INTEL和微软的路.走Intel的路:Intel用高质量的芯片带来computer的革命.高通用3G芯片带来无线通信的革命.-高通总裁雅各布走微软的路:面向未来的手机应用开发平台-BREW.底层协议.端-端的软件应用平台.支持C,C+,JAVA,HTML等语言.与SYMBIAN,KJAVA,SMARTPHONE,WINCE不同,BREW更底层,可支持上述所有操作平台.真正的统一平台.更好的开放性.,高通试图统一3G标准.开发手机的两种方式:垂直整合与扁平化结构:垂直整合:从芯片到整机由一家厂家完成.扁平化结构:“Intel+微软”模式.变垂直整合为扁平化结构.-雅各布由高通作标准的统一工作,使所有厂商均在同一起跑线上.PC行业最终接受“Intel+微软”的模式.市场选择的结果.手机也要接受Intel+微软的模式.开放性比封闭性更有利.,高通的做法是“用一种霸权代替另一种霸权.”高通是3G的芯片垄断地位.也许未来手机的操作系统也是.这是市场的选择.可能对中国手机商有利.-分析.与诺基亚处在同一起跑线.还有一个3G产业的产业链的问题.,八.后3G移动数据通信业务的发展,3G不断降温.研究不断升温,使用不断降温.3G牌价一跌再跌.3G一再推迟.3G降温的主要原因.3G提出的目的:1.解决频率资源问题.2.解决全球漫游问题.3.提供多媒体业务.宽带业务.,但是:频段拍卖价格暴涨.制式太多,难以统一.漫游更困难.IP技术飞速发展,ATM技术的局限性.与无线局域网相比并无优势.IEEE802.11b11Mbps802.11a54Mbps宽带IP,无线LAN是3G后的最大竞争对手.IP协议在蜂窝无线链路上的性能下降.(误幀率).例:蜂窝比无线局域网大一个数量级幀长:20-30Bytes误幀率0.01-0.02cdmaIS-95话音幀长=172bits无问题但无线IP网TCP/IP,或UDP数据幀长=1000Bytes如果分成50个幀长=20Bytes则.设独立误幀率=0.01时成功率60%=0.0236%,“中国3G“敲定时间表.2005.6月底前TD-SCDMA泉线产品实现商品化.全球第一个我国自主研发的TD-SCDMA芯片7月分推出.联想、波导、夏新等厂商与56个月后推出商用TDSCDMA手机。且与GPRS、GSM等实现双模。2004.6.22北电网络与”普天”签署了”3G移动通信产品及解决方案合作”的备忘录.成立合资公司开发TD-SCDMA和WCDMA.5.大唐TD-SCDMA元老企业引进7000万美元风险资金为3G研发”补血”.,6.虽然2.5G手机具有3G的功能,甚至已有2.75G手机面世.3G还有没有必要!7.中国企业不会做商业的”白老鼠”-只供观看而不赚钱的东西.所以中国要等其他国家试验差不多了,证明有商业价值了,才会大胆上马.8.但是3G这只”白老鼠”在国外才跑了不到一年时间,能否给营运商带来丰厚回报还有待考验.但中国一旦决定上马,其速度之快是难以想象的.,结论:要研究实现全IP的无线链路传输技术.,3G后移动数据通信的发展,重点研究应用于3G后移动互联网的两个关键技术:移动IP-V6技术多载波调制技术