蜂窝通信的演进

1、1 第一代蜂窝通信系统蜂窝通信概念源于AT&T贝尔实验室1968 年的发明，基本思想是将大范围区域分割成多个类似蜂窝正六边形的小区。小区之间复用频率资源，从而大大增加了整个区域的可用频率资源总量。 1973 年，蜂窝通信原理首次在摩托罗拉的试验系统中得到了验证，由此拉开了移动通信发展的序幕。第一代蜂窝通信系统基于模拟幅度调制，相应的标准有贝尔实验室开发的AdvancedMobile Phone System(AMPS) 。从 1980 年到 1995 年， AMPS在北美，以色列和澳大利亚等国家和地区广泛使用。第一代蜂窝通信采用的模拟制式，语音信号没有经过信源压缩，缺乏信道编码的纠错保护，发射

2、功率也无有效控制，所以干扰严重，资源利用率低，系统容量相当有限。且模拟器件制造和集成相对困难，导致终端昂贵而笨重（国内俗称“大哥大”），只有极少数用户能够负担终端及通信费用。2，第二代蜂窝通信系统第二代蜂窝通信系统采用数字调制，语音经过信源压缩成为数字信号，并加入信道编码进行纠错， 而且运用功率控制，使得信道传输效率大大提升。第二代蜂窝通信的主要业务是语音通话。第二代蜂窝通信的典型代表是欧盟国家主导制定的GSM(Global system of Mobilecommunication)。由于其技术精炼实用，终端和系统实现成本较低，至今仍是全球使用最广泛的蜂窝通信系统。第二代蜂窝通信还有另一种制

3、式的系统IS 95 ，也叫 CDMA one，标准的主要开发和推广者是高通。下面详细介绍IS 95 系统。IS 95 包括 IS 95A 和 IS 95B 两个阶段。下面以表格的形式对IS 95A 和 IS 95B 进行说明。IS 95AIS 95B标 准1995 年1998 年开始时间技 术码片速率：IS 95B 从 IS 95A 演化而来，特点完全兼容 IS 95A调制：前向链路QPSK；反向链路 OQPSK主要变化：信道编码：卷积码1，增加速率集，有更多可选功率控制：前向慢速功控，反向开环数据速率；快速功控（ 800MHZ）2，增加移动台辅助的切换和切换：软切换/ 更软切换 / 硬切换接

4、入过程中的切换；BTS需要工作在同步方式3，增加增补码分信道以提高数据传输能力可以看到IS 95B 的演进主要是增强了数据传输速率，能够解决中速数据传输问题，因此 IS 95B 也称为。而同一时期针对GSM的中速数据传输增强网络GPRS是的另一代表网络。3，第三代蜂窝通信系统码分多址技术的大规模应用是在第三代蜂窝移动通信系统。除了CDMA的完全频率复用特性外，系统容量提升还很大程度得益于信道编码的突破，1993 年 turbocode 的出现使得信道的链路性能逼近香农极限容量，因此迅速的在第三代移动通信系统中得到应用。第三代蜂窝通信系统包含三大制式，分别是WCDMA(欧盟主导 ) ，TD-SC

5、DMA(中国主导 ) 和CDMA2000( 北美主导，主要是高通主导) 。即使 WCDMA/TD-SCDMA都尽量绕开了高通的专利陷阱，但都使用了基本的CDMA技术，例如软切换、功控等。总体说来3G时代是 CDMA技术的时代。下面详细介绍CDMA 2000标准的发展。CDMA2000 的标准开始于1999 年，第一阶段是CDMA2000 1x，第二阶段是CDMA2000 EV-DV（Evolution-Data& Voice ）和 CDMA2000 EV-DO（ Evolution-DataOptimized ）。其中 CDMA2000 EV-DV 由于标准和产业发展的时间不匹配，最后被放弃。

6、CDMA2000 1x 标准开始于1999 年，是 3G的初始阶段。也有一些专家认为CDMA2000 1x是向 3G平滑过渡的阶段，是所谓的“”。CDMA 2000 EV-DO是真正的3G 标准，其数据传输速率相对于CDMA 20002 1X 得到了很大的增强。 高通从1996 年开始研发此项高速数据传输技术，并在 2000 年向 3GPP2提交了正式的技术方案。演进版本有EV-DO 。 CDMA 2000的演进路线如下图所示。1999 年2000年 10月2004 年 3月2005年 3月CDMA 2000CDMA 2000CDMA 2000CDMA 20001XEV-DO Rev.0EV-

7、DO Rev.AEV-DO Rev.B支持速率支持速率支持速率支持速率0.3Mbps2.4Mbps3.1Mbps9.3MbpsCDMA 2000标准后续在向4G 演进的过程中因为各种技术和利益上的考量而中断。CDMAEV-DO 标准在 2008 年后就基本冻结。4，第四代蜂窝通信系统第四代蜂窝通信系统是OFDM技术的时代。 OFDM技术从 20 世纪 60 年代起在美国军方开始研制的应用，但规模较小。直到20 世纪 80 年代大规模集成电路的发展使得OFDM信号的解调和调制不再是难以实现的技术障碍，OFDM才开始走向民用通信的舞台。第四代蜂窝通系统在最初阶段有两个互相竞争的标准组织，WiMax

8、 和 LTE，两者都采用了 OFDMA作为基本的多址技术。下面介绍一下两者的不同主导 Wimax标准的是美国， 主推公司是Intel，摩托罗拉， 还有后来跟风的加拿大北电，主要支持的地区是美国，台湾，日韩及菲律宾、马来西亚等。WiMax标准基于IEEE ，是一个基于 IP 网络的通信网，大带宽是其先天优势，但其很大的缺点是对移动性的支持不好，当用户从一个WiMax 站点移动到另一个WiMax 站点时，信号切换是个大问题。所以WiMax的演进可以总结为“宽带网络移动化”。主导 LTE标准的是欧盟，主推公司是欧洲的电信巨头爱立信、诺基亚等。LTE 无线空口技术与 3G时代的 CDMA技术有很大不同

9、， 但是核心网架构及接入网功能的演进是一脉相承的。其先天优势是移动性好，用户可以随意切换和漫游，但是其数据传输速率需要进一步提升。所以 LTE 的演进路线可以总结为“移动网络宽带化”。欧盟主推的LTE是 LTE-FDD，中国为了能更多的获得一些自主知识产权，主推 LTE-TDD，因为在3G TD-SCDAM的时代，我国在TDD 产业上还是有一些积累的。但从整体上说，LTE-FDD/TDD的标准在绝大多数情况下还是一致的，只有较少的技术点上会有不同。WiMax技术在 2001 年即被 WiMax论坛提出，发展到2005 年已经有一些商用产品，数据传输速率很高， 但是其移动性还是没有很好的解决。此

10、时 LTE标准才刚刚开始最初始版本的studyitem 。虽然在刚开始阶段，LTE标准受到WiMax标准的严重威胁，但后来由于欧盟和中国的联合抵制，WiMax标准还是偃旗息鼓了。在 2010 年， Intel宣布裁撤WiMax部门，各大公司都归到LTE 旗下，部署了WiMax的国家和地区后续都向LTE-TDD演进。（因为 WiMax是一项基于TDD的技术）。由此， LTE 开始一统 4G江湖。下面介绍 LTE 的发展历程。LTE 在 2004 年尾立项，经过漫长的4 年时间，终于在08 年发布了第一版标准LTE R8。R8 版本基本确立了LTE的框架，引入了 OFDMA多址接入，采用扁平网络架

11、构和全IP 核心网。之后陆续发布了R9/R10/R11/R12/R13 版本，当前已经进入R14 阶段。每一版本的标准发布都需要经过Study Item和 Work Item ，研究可行立项并确定解决方案。 从目前 LTE标准版本的编号上看来，偶数版本的标准是所谓的大版本，一般会增加很多技术特征， 而奇数版本的标准是前一版本的增强版，一般会在前一版本上做一些技术增强。R8/R9 阶段一般被称为LTE 阶段， R10 及 R10 以后的阶段都叫LTE-A 阶段。各个版本的时间及主要的技术特点如下图：R8 2004.12-R9 2008-R10 2009.09-R11 2011-R12 2012.06- R13 2014.06-R14 2015.06-2008.122010.042011.032012.092014.092015.122017预.06(计)第一LTE个版本，确定了LTE的第一版-AR10增强版1，研究MIMO高阶可迈向5G的第一版本R8增强版1，增强small型 cell1，64天线端口高阶LTE的基本技术框架，行性1，引入公共预警系1，统下8*8MIMO行2合MTC1，下OFDMA行，上行1，增强型载波聚2，增强MTC型MIMO2，引femto入，cell即2，引入中继2，ePDCCH3，WIFI与LTE融合SCDMA家庭基