3G到4G技术演进

目  录 1.    引言：    2 2.    3G    3 2.1    3G的概念    3 2.2    3G的技术    3 3    4G    4 3.1    4G的概念    4 3.2    4G的主要标准    4 3.2.1    WiMAX    5 3.2.2    LTE    5 3.2.3    UMB    5 3.3    3G向4G的演进路径    5 4    3G到4G中的过渡    6 4.1    所谓的3.5G    6 4.1.1    WCDMA/TD-SCDMA无线接口的发展    6 4.1.2    MT-2000 CDMA MS（cdma 2000）无线接口的发展    7 4.1.3    WiMAX    9 4.2    E3G的出现    10 4.2.1    WCDMA和TD-SCDMA的长期演进（LTE）    11 4.2.2    cdma2000的空中接口演进（AIE）    12 4.3    向4G迈进    12 4.3.1    LTE-Advanced    12 4.3.2    IEEE 802.16m    14 4.3.3    UMB    16 5    融合、共存是4G的趋势    17 参考文献    18 3G的演进 摘要：在移动通信领域，每20年就发生一次革命性的变化。移动通信技术从第一代演进到现今的第三代，以及处于预研阶段的第四代移动通信的发展大致经历三个发展阶段。移动通信已然成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。本文旨在对3G中的三大技术主流制式，以及WiMAX在3G到4G的演进进程做出简要的比较分析。 关键词: LTE;802.16;UMB 1. 引言： 始与20世纪70年代的现代移动通信技术，从最初的无线电通信技术，到今天的3G技术，短短的40年间不可谓不发生了翻天覆地的变化。移动通信在逐步实现数字化、宽带化、分组化、智能化、个人化、多网业务融合的多元化和综合化、移动网络无缝覆盖的全球化，朝着个人通信的目标发展，即5W—任何人（whoever）在任何地方（wherever）任何时间（whenever）可以和同任何人(whomever)进行任何形式(whatever)的通信。[1] 移动通信的发展进程如图1所示。 图1 移动通信的发展进程图 2. 3G 2.1 3G的概念 第三代移动通信系统（3rd Generation Mobile System，3G），最早由国际电信联盟（International Telecommunication union，ITU）于1985年提出的。1996年，ITU将其更名为全球移动通信系统（International Mobile Telecommunication，IMT-2000）,后缀指其工作在2000MHZ频段，且预计于2000年商用。[2] IMT-2000系统构成图如图2所示。 图2 IMT-2000系统构成图 2.2 3G的技术标准 1999年ITU提出并确定了针对3G网络的IMT-2000无线接口的5种技术标准， 3G的5种无线接口技术如1所示 表1 3G的5种无线接口技术 多址接入技术 正式名称 习惯称呼 CDMA技术 IMT-2000 CDMA DS WCDMAU/UTRA IMT-2000 CDMA MS cdma 2000 IMT-2000 CDMA-TDD TD-SCDMA/UTRA-TDD TDMA技术 IMT-2000 TDMA-SC UWC-136 IMT-2000 TDMA-MC EP-DECT       其中由第三代移动通信伙伴计划（3GPP）制定的IMT-2000 CDMA DS（WCDMAU/UTRA），由第三代移动通信伙伴计划2（3GPP2）制定的IMT-2000 CDMA MS（cdma 2000），由中国通信标准化协会（CCSA）制定的IMT-2000 CDMA-TDD（TD-SCDMA/UTRA-TDD）目前IMT-2000的三大主流技术标准。 在2007年10月，3G标准中IMT-2000家族加入了一名新成员，WiMAX被正式批准为国际电信联盟（ITU）标准，命名为OFDMA TDD WMAN。 3 4G 3.1 4G的概念 4G即是人们所熟知的B3G，在2005年，ITU将B3G技术正式命名为IMT-Advanced，以区别于之前的3G技术（即IMT-2000）。2008年2月，ITU(国际电信联盟)正式发出通函，邀请世界各国以及各国际通信标准化组织向ITU提交IMT-Advanced(4G)无线接入候选技术。同时也邀请世界各国和国际组织注册评估组，准备对提交者提交的候选技术方案进行进一步的分析和评估。在2010年10月于重庆举行的ITU-R WP5D第9次会议上，中国提交的TD-LTE-Advanced、LTE-Advanced FDD以及802.16m三种技术一同入选IMT-Advanced国际标准。不过，4G国际标准还没有最终确定，目前知道的仅是一个框架而已。 就ITU对4G的系统标准定义，主要是集3G与WLAN于一体，能够传输高质量视频图像，传输速率达到100Mbps，上传速度20Mbps，并能够满足所有用户对于无线服务的要求，且价格与固定宽带网络相同，并实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝连接并相互兼容。4G具有更高的数据率和频谱利用率，更高的安全性、智慧性和灵活性，更高的传输质量和服务质量（QoS）。[3]4G系统应体现移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势。因此4G 系统应当是一个全IP的网络。 4G除了继续依赖3G标准组织已发展的多项新技术和标准（如OFDM、MIMO、IP核心网、开发业务架构及IPv6等）并加以延伸外，其还必须满足整体系统架构能够由3G平滑演进到4G的要求 3.2 4G的主要标准 WiMAX、LTE和UMB是目前向4G演进的最主要标准。 3.2.1 WiMAX WiMAX是由 IEEE提出的宽带无线接入技术，受到英特尔、思科等IT厂商的支持。由于没有原体制的束缚，最符合宽带接入市场的需求。采用WiMAX的运营商主要是固网运营商和新运营商，然而，这些运营商可以利用VoIP等技术，通过WiMAX网络为用户提供与蜂窝网络相同的移动语音服务。 3.2.2 LTE LTE（Long Term Evolution）是3GPP提出的演进标准，它定义了LTE FDD和LTE TDD两种方式。LTE FDD受到了传统移动运营商的支持，中国移动则是LTE TDD的主要支持者。随着LTE TDD技术研究的深入，越来越多运营商和厂商加入到LTE TDD队伍中来。 3.2.3 UMB UMB（Ultra-Mobile Broadband）是3GPP2提出的超移动宽带技术，主要由美国高通公司支持，是CDMA2000系列标准的演进升级版本。但目前还没有一家运营商宣布计划试验或者布署这项技术。 3.3   3G向4G的演进路径 3G向4G的演进路径主要有3条[4]： 一是WCDMA和TD-SCDMA，均从HSPA演进至HSPA+，进而到LTE。全世界大多数电信运营商，以及爱立信、诺基亚西门子、华为等主要电信设备生产商均坚定支持这一路线。 二是CDMA2000沿着EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B，最终到UMB。近年来，全球CDMA投资趋于萎缩，主要的CDMA运营商美国Verizon+Alltel、Sprint、中国电信、日本KDDI、韩国SK电讯等均已明确表示将选择LTE建设后3G网络；世界最大的CDMA设备商阿尔卡特朗讯和北电网络均已裁减了CDMA部门，且UMB技术至今没有一家运营商宣布采用或测试，因此产业链主要只有高通一家。（现高通已宣布放弃） 三是802.16m的WiMAX路线。以英特尔、三星电子、阿尔卡特朗讯、奥维通等为代表的WiMAX厂商，和一些新兴运营商仍然在这一路线坚持探索。 演进简单路径示意图，如图3 图3 演进简单路径示意图 4 3G到4G中的过渡 4.1 所谓的3.5G 4.1.1 WCDMA/TD-SCDMA无线接口的发展 WCDMA/TD-SCDMA无线接口的演进路线比较清晰，从R4的无线接口技术演进到高速下行分组接入（High Speed Downlink Packet Access,HSDPA），再发展到高速上行分组接入（High Speed Uplink Packet Access,HSUPA），有些人称HSDPA 和HSUPA为3.5G。WCDMA/TD-SCDMA增强和演进的路线如图4所示。 图4 WCDMA/TD-SCDMA增强和演进的路线 3GPP提出HSPDA的目的是为了增强下行分组业务的吞吐量，主要是针对非实时的分组业务，但也可以潜在德应用于流媒体业务。HSDPA是对R99无线接口的一个不错，在R99的信道在统一载波上，只是为HSDPA增加了专门的信道。HSDPA在空间接口上采用了自适应的编码调制技术、混合自动重传请求（Hybird Automatic Repeat reQuest，HARQ）技术以及快速的数据调度技术。[5]