无线通信技术热点及其发展趋势

目录目录1摘要2第一章 绪论21.1 引言2第二章 无线通信技术的发展22.1 无线通信的概念32.2 无线移动通信技术的发展历程32.3 无线通信技术与业务的发展趋势32.4 TD-LTE-Advanced的简单介绍4第三章 TD-LTE-Advanced的产生历程及特点43.1 TD-LTE-Advanced的概念43.2 TD-LTE-Advanced的产生过程43.3 TD-LTE-Advanced的技术特点53.3.1 多址方式53.3.2 帧结构63.4 TD-LTE-Advanced的测试工作73.4.1 TD-LTE-Advanced技术的测试进程73.4.2 TD-LTE-Advanced技术的性能评估7第四章 TD-LTE-Advanced技术的现状和前景分析74.1 现状84.2 前景和今后的工作8参考文献9无线通信技术热点及其发展趋势摘要：我国的无线通信产业通过短短几十年的发展，已经发展到第三代和第四代移动通信技术，多种无线通信技术都得到了广泛的应用。目前，无线通信领域主要包括3G、TD-LTE-Advanced、UWB、Wi-Fi、RFID等几大技术热点。本文首先介绍了无线通信技术的发展历程和特点，然后主要针对我国具有自主知识产权的TD-LTE-Advanced技术的产生及其特点进行了简要的分析。TD-LTE-Advanced作为TD-SCDMA技术的演进，是下一代移动通信系统IMT-Advanced 的两大技术之一。与第三代移动通信系统采用CDMA技术不同，TD-LTE采用OFDM和MIMO作为基本技术，大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念。关键词：无线通信，LTE，TD-LTE-Advanced第一章 绪论1. 引言目前，无线通信领域主要包括3G、TD-LTE-Advanced、WiMax、UWB、Wi-Fi以及RFID等几大技术热点。其中，UWB（超宽带）和RFID（射频识别）技术主要运用于短距离无线通信领域，并且RFID还是物联网的核心技术，日后会发挥越来越重要的作用；Wi-Fi技术主要用于解决无线局域网的相关问题，可以在公共场所提供方便的“热点”接入；3G则是如今蜂窝通信技术的主流，在全球范围内也已经大规模的商用，技术日趋成熟，可以说今后十年无疑将会是3G移动通信系统正兴的时期，而到了十年以后则将会是第四代移动通信的天下。而LTE-Advanced和802.16m正是国际电信联盟在最近才刚刚为新一代移动通信（即4G）确定的国际标准，而其中的LTE-Advanced就包含了我国提交的具有自主知识产权的技术标准TD-LTE-Advanced，它是LTE-Advanced的TDD（时分双工）分支 第二章 无线通信技术的发展2.1 无线通信的概念无线通信(Wireless Communication)是指利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年来，在信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。2.2 无线移动通信技术的发展历程移动通信发展到今天大约经历了以下几个阶段：第一代移动通信：最早的移动通信电话采用的是模拟蜂窝通信技术和频分多址(FDMA)技术，是最初的模拟的、仅限语音的蜂窝电话标准。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第二代移动通信：包括GSM通信技术和GPRS通信技术等，采用了数字化，自此无线通信步入了纯数字时代。具有保密性强，频谱利用率高，能提供丰富的业务，标准化程度高等特点，使得移动通信得到了空前的发展，从过去的补充地位跃居通信的主导地位。随后，通信运营商又推出了增强型数据速率GSM演进技术(Enhanced Data Rate for GSM Evolution即EDGE)，这种通信技术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，因此有人称它为2.5G 技术。第三代移动通信：目前的3G技术有4个标准，分别是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMax。各个技术标准都已经非常成熟，并且都正在全球范围内迅速展开，产业规模不断扩大。第四代移动通信：随着国际电信联盟有关4G标准的确定，LTE-Advanced和802.16m获得胜利，至此4G标准之争基本落下帷幕。国际电信联盟将于2011年底前完成4G国际标准建议书编制工作，2012年初正式批准发布，今后有关4G的商用也会逐步展开。2.3 无线通信技术与业务的发展趋势无线通信技术与业务有以下几个发展趋势：（1）网络覆盖的无缝化，即用户在任何时间、任何地点都能实现网络的接入，也有人把这称作网络的泛在化。（2）融合趋势明显加快，包括：技术融合、网络融合、业务融合、接入融合。从IP网络兼容性来看，3G系统不是基于IP的，而4G则支持下一代的Internet（IPv6）和所有的信息设备，将能在IP IPv6网络上实现话音和多媒体业务。（3）数据速率越来越高，无论是上行还是下行速度都在不断提高，频谱带宽越来越宽，频段也越来越高，数据传输能力已从早期的kb/s 逐步发展到如今的Gb/s。2.4 TD-LTE-Advanced简单介绍 TD-LTE-Advanced技术是我国具有自主知识产权的国际4G标准之一，由TD-SCDMA技术经过长期演进而来，采用了OFDM 和MIMO 作为基本技术，还大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念。相比于3G技术，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，同时提高的还有频谱效率，加上QoS的保证，还有TD-LTE-Advanced严格合理的系统设计，来保证实时业务(如VoIP)的服务质量的，降低了无线网络时延，并且能向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。下一章我们将会有关于TD-LTE-Advanced的更加详细的介绍。第三章 TD-LTE-Advanced的产生历程及特点下面主要针对我国具有自主知识产权的TD-LTE-Advanced技术的产生及其特点进行简要的分析。3.1 TD-LTE-Advanced的概念TD-LTE-Advanced技术就是4G标准LTE-Advanced中的一种，TD-LTE-Advanced也被称作LTE-Advanced的TDD（即时分双工Time Division Duplexing，区别于FDD频分双工Frequency Division Duplexing）制式。它吸纳了3G标准TD-SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。3.2 TD-LTE-Advanced的产生过程2004年，中国在标准化组织3GPP的会议上提议要开始研究第三代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE项目，提出以OFDM/SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，单载波分频多工） 和MIMO 技术为核心、灵活支持1.420 MHz系统带宽的、采用扁平网络结构的3G长期演进系统，并命名为LTE（长期演进）。之后世界各主要的运营商和设备厂家通过多次会议、邮件讨论等方式，开始逐渐形成对LTE系统的初步需求。2005年6月在法国召开的3GPP会议上，我国以大唐移动为龙头，联合国内厂家，提出了基于OFDM的TDD演进模式的方案。在同年11月，在汉城举行的3GPP工作组会议上通过了大唐移动主导的针对TD-SCDMA后续演进的LTE-TDD技术提案。2006年6月，LTE的可行性研究阶段基本结束，规范制定阶段开始启动。2007年，按照“新一代宽带无线移动通信网”重大专项的要求，中国政府面向国内组织开展了4G技术方案征集遴选。国内积极响应，累计提交相关技术提案近600篇。10月，中国企业联合主流的国内外设备商、运营商以及研究机构，在3GPP RAN1第51次小组会上，提议并通过了统一的TDD制式的帧结构，并将LTE TDD 正式命名为TD-LTE，为TD-SCDMA等TDD技术的进一步发展演进奠定了基础。又经过2年多的攻关研究，国内对多种技术方案进行分析评估和试验验证，最终中国产业界达成共识，在TD-LTE基础上形成了TD-LTE-Advanced技术方案。2010年6月，完成核心规范第一个完整版本的我国自主知识产权的TD-LTE入围4G国际标准候选。2010年11月2日，工信部产业政策司在官网上宣布，国际电信联盟已确定了新一代移动通信（4G）的国际标准，我国提交的TD-LTE-Advanced标准成为了4G国际标准之一。国际电信联盟将于2011年底前完成4G国际标准建议书编制工作，2012年初正式批准发布，相信今后有关4G的商用也会逐步展开。3.3 TD-LTE-Advanced的技术特点3.3.1 多址方式TD-LTE采用OFDM（正交频分复用）技术为基础，该技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间的干扰。根据上、下行链路各自的特点，分别采用单载波DFT-SOFDM（离散傅立叶变换扩展正交频分复用）和OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access正交频分多址）作为两个方向上多址方式的具体实现根据OFDM技术采用子载波分配的特点，系统采用15KHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各种不同的系统带宽。在LTE-Advanced中，还可通过载波聚合的方式，聚合5个20MHz的单元载波，实现100MHz的全系统带宽3.3.2 帧结构LTE分两种不同的双工方式，这个不同最直接的就是对于空中接口无线帧结构的影响，因为FDD采用频率来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是连续的；而TDD则采用时间来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是不连续的，而且需要保护时间间隔，来避免两个方向之间的收发干扰，所以LTE分别为FDD和TDD设计了各自的帧结构。（1）TD-LTE针对TDD模式中上、下行时间转换的需要，设计了如下专门的帧结构。它采用无线帧结构，无线帧长度是10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成，其中有4个普通的子帧和1个特殊子帧。所以整个帧也可理解为分成了10个长度为1ms的子帧作为数据调度和传输的单位(即TTI)。其中，子帧#1和#6可配置为特殊子帧，该子帧包含了3个特殊时隙，即DwPTS，GP和UpPTS（如下图3-3中所示），它们的含义和功能与TD-SCDMA系统中的相类似。其中，DwPTS的长度可以配置为312个OFDM符号，用于正常的下行控制信道和下行共享信道的传输；UpPTS的长度可以配置为12个OFDM符号，可用于承载上行物理随机接入信道和Sounding导频信号；剩余的GP则用于上、下行之间的保护间隔，相应的时间长度约为71714s，对应的小区半径为7km100km。 （2）短RACH（RandomAccessCHannel）是LTE对TDD的另一项特殊设计。在LTE中，随机接入序列可采用的长度分为1ms，2ms以及157s三种选项，共5种随机接入序列格式。其中，长度为157s的随机接入序列格式是TDD所特有的，由于其长度明显短于其它的4种格式，因此又称为“短RACH”。采用短RACH的原因也是与TDD关于特殊时隙的设计相关的，短RACH在特殊时隙的最后部分（即UpPTS）进行发送，这样利用这一部分的资源完成上行随机接入的操作，避免占用正常子帧的资源。采用短RACH时，需要注意的一个主要问题是其链路预算所能够支持的覆盖半径，由于其长度要大大的小于其它格式的RACH序列（1ms，2ms），因此其链路预算相对较低（比长度为1ms的约低7.8dB），相应的适用于覆盖半径较小的场景（根据网络环境的不同，约700m2km）。（3）由于TDD（时分双工）系统具有可以灵活分配时间的特点，因此，TD-LTE可以支持7种不同的上、下行时间比例分配方式，可以根据当时的网络的业务量情况进行实时的配置。分配的比例可以从将大部分资源分配给下行的下行：上行=9：1，直到上行占用资源比例较多的下行：上行=2：3。在实际使用时，网络可自动根据实时业务量的特性灵活地选择系统配置3.4 TD-LTE-Advanced的测试工作3.4.1 TD-LTE-Advanced技术的测试进程2009年，主要完成概念的测试工作：对TD-LTE的关键技术进行验证，包含12个站点的实验室和外场测试；2010年主要进行技术方面的测试工作：（1）在实验室里主要是对单系统、IOT（Interoperability Test，互操作测试，是多厂商运营环境形成的技术基础）以及终端进行测试；（2）在室外主要工作是对每家5个站点，终端、关键技术以及组网的测试。2011年主要进行了模拟实验：对有关规模组网的性能进行测试，对即将面市商用的系统和终端进行测试。3.4.2 TD-LTE-Advanced技术的性能评估TD-LTE的Release8版本已经完成了系统设计的标准化工作，目前正在进行样机设备的测试工作，积极准备后续商用网络的建设和产业推广。TD-LTE Release10版本(即：LTE-Advanced)在Release8版本的基础上进行了进一步的增强，并且TD-LTE-Advanced在作为4G候选提案的准备过程中，已经按照ITU规定的4G评估场景对系统性能进行了全面的评估，各项关键指标，均已达到或着超过了ITU的4G技术标准的要求。 第四章 TD-LTE-Advanced技术的现状和前景分析4.1 现状这里介绍下我国在TD-LTE-Advanced方面的产业化状况：（1）在试验网的建设方面：2010年，中国移动在世博期间建成首个TD-LTE试验网；工信部正在开展TD-LTE外场试验，组织运营商在北京参观首个TD-LTE外场；举办瑞士、香港论坛及外场展示，TD-LTE的优秀性能给国际运营商留下深刻印象，极大提升国际产业信心及影响力；台湾计划在2011年开始建设TD-LTE试验网。（2）在商用网的建设方面：工信部在2010年末开始开展TD-LTE规模试验；赴台推动产业试验，世博示范网启动，举办5.17 TD论坛等；TD-LTE国际化发展得到政府及业内专家的高度认可，初步具备端到端产品；台湾计划20122013年正式运营TD-LTE。虽然目前形势一片大好，但是我们也应该看到TD-LTE-Advanced在技术上依然存在着一些问题：首先，TDD频谱资源数量少，并且缺少低频段资源。频谱资源的缺少，大大降低了TDD国际市场空间和产业信心。如：德国频谱拍卖共360MHz，FDD占了310MHz，TDD只有50MHz，FDD是TDD的6倍。然后，低频点优质频谱又比较缺少，这又将降低TDD在全球的竞争力。例如，在德国在800Mhz每兆赫价格为2.6GHz的30倍，优质的低频点价格非常的昂贵。4.2 前景和今后的工作LTE-Advanced和802.16m共同作为4G技术的标准，未来的发展前景不可限量。从无线通信技术的发展历程来看，我们不难发现，技术标准都是向着融合、统一的方向发展的。因此，我们可以大胆猜测，今后这两个标准也必将会是向着融合的方向进行的。当然，我们这样推测是有充分的技术基础的，先分析TD-LTE与WiMax融合的可能性，两者物理层都采用了相似的先进技术，如OFDM、MIMO、自适应链路层技术以及分等级的多种QoS保证机制。两者都设计为基于全IP核心网的蜂窝式网络结构，在无线接入网络的结构方面都弱化基站控制