LTE学习之路（1）——移动通信技术发展历程

题记：

      随着信息技术的发展，用户需求的日渐增多，移动通信技术已称为当代通信领域的发展潜力最大，市场前景最广的研究热点。目前，移动通信技术已经历了几代的发展。

一、第一代移动通信技术（1G）——模拟移动通信

　　起源于20世纪80年代，主要采用的是模拟调制技术与频分多址接入（FDMA）技术，这种技术的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。1G主要代表有：美国的先进的移动电话系统（AMPS）、英国的全球接入通信系统（TACS）和日本的电报电话系统（NMT）。1G移动通信基于模拟传输技术，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约2.4kbit/s。

  1G特点：

• 只有语音业务；
• 频谱复用率低；
• 标准不统一，不能漫游（工作频段不同）；
• 安全性差；
• 设备价格高（“大哥大”）

二、第二代移动通信技术（2G）——数字移动通信

　　起源于90 年代初期，主要采用数字的时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术。第二代移动通信数字无线标准主要有：欧洲的GSM和美国高通公司推出的IS-95CDMA等，我国主要采用GSM，美国、韩国主要采用CDMA。

　　为了适应数据业务的发展需要，在第二代技术中还诞生了2.5G，也就是GSM系统的GPRS和CDMA系统的IS-95B技术，大大提高了数据传送能力。

　　2G主要业务是语音，其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变。

  2G特点：

• 标准不统一，只能在同一制式覆盖区域漫游，无法进行全球漫游；
• 带宽有限，不能提供高速数据传输；
• 抗干扰抗衰落能力不强，系统容量不足；
• 频率利用率低；

  GSM（Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统）系统组成要素：

• 移动台（MS）

• 基地台系统（BSS）

• 移动服务交换中心（MSC）

• 网络维护运营中心（OMC）

• 资料库（Database)-HLR、VLR、AUC、EIR等

 

  GSM系统结构图：

三、第三代移动通信技术（3G）——数字移动通信

　　3G的理论研究、技术开发和标准的制定开始于80年代中期，国际电信联盟（ITU）将其正式命名为国际移动通信2000（IMT-2000，International Mobile Telecommunications in the year 2000）。欧洲电信标准协会（ETSI）称其为通用移动通信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunication System）。

　　3G最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。

  3G标准：国际电信联盟（ITU）目前一共确定了全球四大3G标准，分别是WCDMA、CDMA2000、TD-SCSMA和WIMAX。在中国，中国移动采用TD-SCDMA，中国电信采用CDMA2000，中国联通采用WCDMA

• WCDMA（Wideband CDMA）——从事WCDMA标准研究和设备开发的厂商很多，其中包括诺基亚、摩托罗拉、西门子、NEC、阿尔卡特等等。该标准提出了GSM（2G）——GPRS——EDGE——WCDMA（3G）的演进策略。
• CDMA2000（窄带CDMA）由美国高通公司推出，摩托罗拉、朗讯和三星都有参与，韩国是CDMA2000的主导者。该标准提出了CDMA（2G）——CDMA2001x——CDMA2003x（3G）的演进策略。其中CDMA2001x被称为2.5G移动通信技术。目前中国电信就是采用的这一方案来向3G过渡的。
• TD-SCDMA（Time Division - Synchronous CDMA，时分同步CDMA），该技术由中国大唐电信制定的3G标准。该标准的提出不经过2.5G的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级
• WIMAX（微波存取全球互通），又称为802.16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。

 

3G各标准的参数

WCDMA：

　　RTT FDD

　　异步CDMA系统：无GPS

　　带宽5MHz

　　码片速率：3.8Mcps

　　中国频段：1940MHz-1955MHz（上行）、2130MHz-2145MHz（下行）

CDMA2000

　　RTT FDD

　　同步CDMA系统：有GPS

　　带宽：1.23MHz

      码片速率：1.2288Mcps　

　　中国频段：1920MHz-1935MHz（上行）、2110MHz-2125MHz（下行）　　　

TD-SCDMA

　　RTT TDD

　　同步CDMA系统：有GPS

　　带宽：1.6MHz

　　码片速率：1.28Mcps

　　中国频段：1880MHz-1920MHz（上行）、2010MHz-2025MHz（下行）

WiMAX

　　带宽：1.5MHz-20MHz

　　最高接入速度70M

　　最高i传输距离：50公里

　　码片速率：不详

　　中国频段：暂无　

四、FDMA、TDMA和CDMA的比较

1. 频分有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道发射和接收载频，对每个信道可以传输一路话音或控制信息。

2. 时分多址是在一个宽带的无线载波上按时间或称为时隙划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收或发信号，故称为时分多址。 

3. 码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。

五、LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目

　　LTE是3G的演进，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，其改进了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。

　　LTE在20MHz的频谱带宽下能够提供下行326Mbps与下行86Mbps的峰值速率。考虑到需要提供比3G更高的数据速率与未来可能分配的频谱，LTE需要支持高于5MHz的传输带宽。

　　3GPP LTE正在制定的无线接口和无线接入网架构演进技术主要包括如下内容：

• 明显增加的传输速率。如在20MHz带宽上达到：下行传输速率100Mbit/s和上行传输速率50Mbit/s；
• 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；
• 明显提高频谱利用率；
• 明显降低等待时间，低于100ms等