LTE发展历史简介

TD-LTE 的历史与发展;1. 移动通信技术的发展历程;早在1897年,马可尼在陆地和一只拖船之间用无线;1.1. 第一代移动通信系统;20世纪70年代末,美国AT&T公司通过;1.2. 第二代移动通信系统;为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法;CDMA 系统的IS-95B 技术,大大提高了数据传;1.3. 第三代移动通信系统;第三代移动通信技术也就

TD-LTE 的历史与发展

1. 移动通信技术的发展历程

早在1897年,马可尼在陆地和一只拖船之间用无线电进行了消息传输,成为了移动通信的开端。至今,移动通信已有100多年的历史,在这期间移动通信技术日新月异,从1978年的第一代模拟蜂窝网电网系统的诞生到第二代全数字蜂窝网电话系统的问世,现如今第三代个人通信系统的方案和实验均已开始逐步完善。

1.1. 第一代移动通信系统

20世纪70年代末,美国AT&T公司通过使用电话技术和蜂窝无线电技术研制了第一套蜂窝移动电话系统,取名为先进的移动电话系统,即AMPS (Advanced Mobile Phone Service)系统。第一代无线网络技术的一大成就就在于它去掉了将电话连接到网络的用户线,用户第一次能够在移动的状态下拨打电话。这一代主要有3种窄带模拟系统标准,即北美蜂窝系统AMPS ,北欧移动电话系统NMT 和全接入通信系统TACS ,我国采用的主要是TACS 制式,即频段为890~915MHz 与935~960MHz 。第一代移动通信的各种蜂窝网系统有很多相似之处,但是也有很大差异,它们只能提供基本的语音会话业务,不能提供非语音业务,并且保密性差,容易并机盗打,它们之间还互不兼容,显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。

1.2. 第二代移动通信系统

为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法漫游服务的问题,1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT (Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书,要求制定900MHz 频段的欧洲公共电信业务规范,建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统。同年成立了欧洲移动通信特别小组,简称GSM (Group Special Mobile ). 第二代移动通信数字无线标准主要有:GSM ,D-AMPS ,PDC 和IS-95CDMA 等。在我国,现有的移动通信网络主要以第二代移动通信系统的GSM 和CDMA 为主,网络运营商运用的主要是GSM 系统,现在中国联通的CDMA 系统经过两年的发展也初具规模。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。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后,数字蜂窝移动通信系统提供了更更好的网络,不仅改善了语音通话质量,提高了保密性,防止了并机盗打,而且也为移动用户提供了无缝的国际漫游。

1.3. 第三代移动通信系统

第三代移动通信技术也就是IMT-2000,简称3G ,它是一种真正意义上的宽带移动多媒体通

信系统,它能提供高质量的宽带多媒体综合业务,并且实现了全球无缝覆盖全球漫游它的数据传输速率高达2Mbit/s,其容量是第二代移动通信技术的2-5倍,目前最具代表性的有美国提出的MC-CDMA (cdma2000),欧洲和日本提出的W-CDMA 和中国提出的TD-CDMA 。

1.3.1. MC-CDMA(cdma2000)

MC-CDMA (cdma2000)由美国提出,是由IS-95系统演进而来的,并向下兼容IS-95系统。IS-95系统是世界上最早的CDMA 移动系统,已经在世界范围内进行了10多年的实验和运营,现已被证明是十分稳定。MC-CDMA (cdma2000)系统继承了IS-95系统在组网、系统优化方面的经验,并进一步对业务速率进行了扩展,同时通过引入一些先进的无线技术,进一步提升系统容量。在核心网络方面,它继续使用IS-95系统的核心网作为其电路域来处理电路型业务,如语音业务和电路型数据业务,同时在系统中增加分组设备(PDSN 和PCF )来处理分组数据业务。因此在建设MC-CDMA (cdma2000)系统时,原有的IS-95的网络设备可以继续使用,只要新增加分组设备即可。在基站方面,由于IS-95与1X 的兼容性,可以作到仅更新信道板并将系统升级为cdma2000-1X 基站。在我国,联通公司在其最初的CDMA 网络建设中就采用了这种升级方案,而后在08年中国电信行业重组时,由中国电信收购了中国联通的整个CDMA2000网络。

1.3.2. DS-CDMA(WCDMA )

历史上,欧洲电信标准委员会(ETSI )在GSM 之后就开始研究其 3G 标准,其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的,而日本的第三代研究也是使用宽带码分多址技术的,其后,以二者为主导进行融合,在3GPP 组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS ,并提交给国际电信联盟(ITU )。国际电信联盟最终接受WCDMA 作为IMT-2000 3G标准的一部分。目前.WCDMA 是世界范围内商用最多,技术发展最为成熟的3G 制式。在我国,中国联通公司在08年

电信行业重组之后,开始建设其WCDMA 网络。

1.3.3. TD-SCDMA

TD-SCDMA 是中国提出的第三代移动通信标准,也是ITU 批准的三个3G 标准中的一个,以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。是我国电信史上重要的里程碑。相对于另两个主要3G 标准(CDMA2000和WCDMA )它的起步较晚,技术不够成熟。

该标准的原标准研究方为西门子。为了独立出WCDMA ,西门子将其核心专利卖给了大唐电信。之后在加入3G 标准时,信息产业部(现工业信息部)官员以爱立信,诺基亚等电信设备制造厂商在中国的市场为条件,要求他们给予支持。1998年6月29日,原中国邮电部电信科学技术研究院(现大唐电信科技产业集团)向ITU 提出了该标准。该标准将智能天线、同步CDMA 和软件无线电(SDR )等技术融于其中。

TD-SCDMA 的发展过程始于1998年初,在当时的邮电部科技司的直接领导下,由原电信科学技术研究院组织队伍在SCDMA 技术的基础上,研究和起草符合IMT-2000要求的我国的

TD-SCDMA 建议草案。该标准草案以智能天线、同步码分多址、接力切换、时分双工为主要特点,于ITU 征集IMT-2000第三代移动通信无线传输技术候选方案的截止日1998年6月30日提交到ITU ,从而成为IMT-2000的15个候选方案之一。ITU 综合了各评估组的评估结果。在1999年11月赫尔辛基ITU-RTG8/1第18次会议上和2000年5月伊斯坦布尔的ITU-R 全会上,TD-SCDMA 被正式接纳为CDMATDD 制式的方案之一。

经过一年多的时间,经历了几十次工作组会议几百篇提交文稿的讨论,在2001年3月棕榈泉的RAN 全会上,随着包含TD-SCDMA 标准在内的3GPPR4版本规范的正式发布,TD-SCDMA 在3GPP 中的融合工作达到了第一个目标。

至此,TD-SCDMA 不论在形式上还是在实质上,都已在国际上被广大运营商、设备制造商所认可和接受,形成了真正的国际标准。

但是由于TD-SCDMA 的起步比较晚,技术发展成熟度不及其他两大标准,同时由于市场前景不明朗导致相关产业链发展滞后,最终导致了TD-SCDMA 虽然成为第三代移动通信国际三大标准之一,但除了在中国由中国移动进行商用之外,并没有其他的商用市场。

1.4. 第四代移动通信系统

从核心技术来看,通常所称的3G 技术主要采用CDMA (Code Division Multiple Access,码分多址)多址技术,而业界对新一代移动通信核心技术的界定则主要是指采用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交频分复用)调制技术的OFDMA 多址技术,可见3G 和4G 技术最大的区别在于采用的核心技术已经完全不同,因此从这个角度来看LTE 、WiMAX 及其后续演进技术LTE —Advanced 和802.16m 等技术均可以视为4G ;不过从标准的角度来看,ITU 对IMT-2000(3G )系列标准和IMT-Advanced (4G )系列标准的区别并不以核心技术为参考,而是通过能否满足一定的技术要求来区分,ITU 在

IMT-2000标准中要求,3G 技术必须满足传输速率在移动状态144 kbps、步行状态384 kbps、室内2 Mbps ,而ITU 正在制定的IMT-Advanced 标准中要求在使用100M 信道带宽时,频谱利用率达到15 bps/Hz,理论传输速率达到1.5Gbps 。目前LTE 、WiMAX (802.16e )均尚未达到IMT-Advanced 标准的要求,因此仍隶属于IMT-2000系列标准,而LTE-Advanced 和802.16m 标准则正在朝

IMT-Advanced 标准的要求努力,也就是说目前还没有真正意义上的4G 标准。

在2008年2月份,ITU-R WP5D 正式发出了征集IMT-Advanced 候选技术的通函。经过两年的准备时间,ITU-R WP5D在其第6次会议上(2009年10月份)共征集到六种候选技术方案,他们分别来自于两个国际标准化组织和三个国家。这六种技术方案可以分成两类:基于3GPP 的技术方案和基于IEEE 的技术方案。

1)3GPP 的技术方案:“LTE Release 10 & beyond (LTE-Advanced)”,该方案包括FDD 和TDD 两种模式。由于3GPP 不是ITU 的成员,该技术方案由3GPP 所属37个成员单位联合提交,包括我国三大运营商和四个主要厂商。3GPP 所属标准化组织(中国、美国、欧洲、韩国和日本)以文稿的形式表态支持该技术方案。韩国政府也以文稿的形式支持。最终该技术方案由

中国、3GPP 和日本分别向ITU 提交。

2)IEEE 的技术方案:“802.16m ”。该方案同样包括FDD 和TDD 两种模式。BT 、KDDI 、Sprint 、诺基亚、阿尔卡特朗讯等51家企业、日本标准化组织和韩国政府以文稿的形式表态支持该技术方案,我国企业没有参加。最终该技术方案由IEEE 、韩国和日本分别向ITU 提交。

经过14个外部评估组织对各候选技术的全面评估,最终得出两种候选技术方案完全满足IMT-Advanced 技术需求。2010年10月的ITU-R WP5D会议上,

LTE-Advanced 技术和802.16m 技术被确定为最终IMT-Advanced 阶段国际无线通信标准。我国主导发展的TD-LTE-Advanced 技术通过了所有国际评估组织的评估,被确定为IMT-Advanced 国际无线通信标准。

2. TD-LTE的基本概念及关键技术

2.1. TD-LTE的基本概念

TD-LTE 即TD-SCDMA Long Term Evolution ,宣传是指TD-SCDMA 的长期演进。TD-LTE 是TDD 版本的LTE 的技术,FDDLTE 的技术是FDD 版本的LTE 技术。TDD 和FDD 的差别就是TD 采用的是不对称频率是用时间进行双工的,而FDD 是采用一对频率来进行双工。TD-SCDMA 是CDMA 技术,TD-LTE 是OFDM 技术,不能对接。

LTE 将大大提升用户对移动通信业务的体验,为运营商带来更大的技术优势和成本优势,大大提升了运营商的利润空间,巩固蜂窝移动技术的主导地位,有助于改善目前通信业务的IPR 格局。无论是后续市场的需求还是作为未来十年一个具有较长竞争力的技术需求,TD —LTE 都得到了大家的一致关注。

与3G 相比,LTE 具有如下关键技术特征:

(1)通信速率有了提高,下行峰值速率为100Mbps ,上行为50Mbps 。

(2)提高了频谱效率,下行链路5(bit/s)/Hz,上行链路2.5(bit/s)/Hz。

(3)简单的网络架构和软件架构,以信道共用为基础,以分组域业务为主要目标,系统在整体架构上将基于分组交换。

(4)QoS保证,通过系统设计和严格的QoS 机制,保证实时业务(如VoIP) 的服务质量。

(5)系统部署灵活,能够支持1.4~20MHz 间的多种系统带宽,不必要分组残片过滤技术可支持“paired ”和“unpaired ”的频谱分配,保证了将来在系统部署上的灵活性。

(6)非常低的线网络时延。子帧长度为0.5ms 和0.675ms ,解决了向下兼容的问题并降低了网络时延,时延可达U-plan

(7)增加了小区边界比特速率,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,OFDM 支持的单频率网络技术可提供高效率的多播服务。

(8)强调向下兼容,支持已有的3G 系统和非3GPP 规范系统的协同运作,支持自组网(Self-organising Network)操作。

2.2.TD-LTD 关键技术;LTE 的最关键技术是OFDM 多址接入技术,MIM ;1.OFDM 技术;TD-LTE 采用OFDM 技术为基础,下行采用OF ;所谓OFDM ,全称OrthogonalFrequ ;对于多址技术,LTE 规定了下行采用正交频分多址(;OFDM 作为下一代无线通信系统的关键技术,有以下;

(1)频谱利用率高;(2)抗多径干扰与频率选择性衰落能力强,有

2.2. TD-LTD关键技术

LTE 的最关键技术是OFDM 多址接入技术,MIMO 多天线技术。通过这些新技术,大大提高了L1E 系统的性能。

1.OFDM 技术

TD-LTE 采用OFDM 技术为基础,下行采用OFDMA ,而上行根据链路特点采用单载波频分多址(SC-FDMA)作为多址方式。

所谓OFDM ,全称Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交频分复用,是一种多载波调制。多载波技术把数据流分解为若干子比特流,并用这些数据去调制若干个载波,此时数据传输速率较低,码元周期较长,对于信道的时延弥散性不敏感。OFDM 技术原理是将高速数据流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输,由于每个子信道中的符号周期会相对增加,因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响,并且还可以在OFDM 符号之间插入保护间隔,使保护间隔大于无线信道的最大时延扩展,这样就可以最大限度地消除由于多径所带来的符号间干扰(ISI),而且一般都采用循环前缀作为保护间隔,从而可以避免多径所带来的信道间干扰。

对于多址技术,LTE 规定了下行采用正交频分多址(OFDMA)。 OFDMA 中一个传输符号包括M 个正交的子载波,实际传输中,这M 个正交的子载波是以并行方式进行传输的,真正体现了多载波的概念。上行采用单载波频分多址(SC-FDMA)。而对于SC-FDMA 系统,其也使用M 个不同的正交子载波,但这些子载波在传输中是以串行方式进行的,正是基于这种方式,传输过程中才降低了信号波形幅度上大的波动,避免带外辐射,降低了峰平功率比(PAPR)。根据LTE 系统上下行传输方式的特点,无论是下行OFDMA 还是上行SC-FDMA 都保证了使用不同频谱资源用户间的正交性。LTE 系统频域资源的分配以正交子载波组(RB)为基本单位的,一个R 由25个相互正交的子载波组成。由于可采用不同的映射方式,子载波可以来自整个频带,也可以取自部分连续的子载波。

OFDM 作为下一代无线通信系统的关键技术,有以下优点:

(1)频谱利用率高。由于子载波间频谱相互重叠,充分利用了频带,从而提高了频谱利用率。

(2)抗多径干扰与频率选择性衰落能力强,有利于移动接收。由于OFDM 系统把数据分散到许多个子载波上,大大降低了各子载波的符号速率,使每个码元

占用频带远小于信道相关带宽,每个子信道呈平坦衰落,从而减弱了多径传播的影响。

(3)接收机复杂度低,采用简单的信道均衡技术就可以满足系统性能要求。

(4)采用动态子载波分配技术使系统达到最大的比特率。通过选取各子信道,每个符号的比特数以及分配给各子信道的功率使总比特功率最大。

(5)基于离散傅里叶变换(DFT)的OFDM 有快速算法,OFDM 采用IFFT 和FFT 来实现调制和解调,易于DSP 实现。

2.MIMO 方案

MIMO 是无线TD-LTE 系统的一项关键技术,根据天线部署形态和实际应用情况可采用发射分集、空间复用和波束赋形三种实现方案。例如,对于大间距非相关天线阵列可采用空间复用方案同时传输多个数据流,实现很高的数据速率;对于小间距相关天线阵列,可采用波束赋形技术,将天线波束指向用户,减少用户间干扰。

MIMO 全称Multiple .Input Multiple .Output ,即多输入多输出技术。MIMO 系统利用多个天线同时发送和接收信号,任意一根发射天线和任意一根接收天线间形成一个SISO 信道,通常假设所有这些SISO 信道间互不相关。按照发射端和接收端不同的天线配置,多天线系统可分为三类系统:单输入多输出系统(SIMO)、多输入单输出系统(MISO)和多输入多输出系统(MIMO)。MIMO 系统是一种将信号在空间域处理与时间域处理相结合的技术方案,空间域的处理实际上是利用了多径传播环境中的散射所产生的不同子信号流的非相关性而在接收端对不同的信号流进行分离。MIMO 技术的机理是信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收,从而改善每个用户得到的服务质量(误比特率或数据速率) 。通常多径传播被视为有害因素,然而MIMO 技术的关键就是能够将传统通信系统中存在的多径传播因素变成对用户通信性能有利的增强因素。它有效的利用了随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。MIMO 技术最大的成功之处就在于它将信道视为若干并行的子信道,在不需要额外带宽的情况下实现近距离的频谱资源重复利用,理论上可以极大的扩展频带利用率,提高无线传输速率,同时还增强了通信系统的抗干扰、抗衰落性能,可以同时获得编码增益和分集增益。

LTE 系统将采用可以适应宏小区、微小区和热点等各种环境的MIMO 技术。基本的MIMO 模型是下行,上行天线阵列,同时也正在考虑更多的天线配置(如

4×4) 。目前正在考虑的方法包括空间复用(SM)、空分多址(SDMA)、预编码(Precoding)、自适应波束形成(Adaptive Beamforming)、智能天线以及开环分集主要用于控制信令的传输,包括空时分组码(STBC)和循环位移分集(CSD)等。

3. TD-LTE的发展现状与趋势分析

作为TD-SCDMA 的演进技术,TD-LTE 目前已经成为3GPP 里面唯一的基于TDD 技术的LTE 标准。中国已经全面启动的TD-LTE 产业与国际LTE 产业基本同步,而且已被国际广泛接受。TD —LTE 将为中国在引领移动通信产业的发展带来很重要的机遇。2008年3月,工业和信息化部电信研究院和中国移动牵头的TD-LTE 工作组成立。一年多来,该工作组从国家发展策略、技术和产业路线的研究、加快推动标准制定等各方面大力推动TD-LTE 的技术和产业化发展。2009年,TD —LTE 在国际标准化、技术创新、整体测试、产业化方面已经取得了一系列突破性的进展。

TD-LTE 一方面继承了TD-SCDMA 智能天线、特殊时隙等的核心专利;另一方面,由于中国企业在国际标准组织中的实力不断增强,且参与LTE 的研发工作较早,从而在一些3G 时代并不占据优势的技术领域获得了新的专利。因此,总体看来,TD-LTE 有望实现中国自主专利整体比重的进一步提升。现在我国自主研发TD-LTE 标准的进展比较顺利。同时也得到了国际制造企业的鼎力支持,包括国内企业大唐、华为、中兴等在内的厂商等,均已投入到TD0-LTE 和LTE FDD 的融合研发中来。由中国移动牵头、沃达丰等运营商参加的TDD 和FDD 融合的发展之路,进一步推动TD-LTE 和LTE FDD的融合发展。可以说,具有自主知识产权、以我国为主的TD —LTE 标准技术的形成,为TD-SCDMA 技术的后续发展演进明确了方向。TD-LTE 既继承并发展了TD-SCDMA 的中国自主知识产权技术,又很好地与FDD LTE技术实现了协同发展,为TD-SCDMA 可持续发展、我国自主创新技术走向全球市场开辟了重要空问,创造了历史机遇。TD-LTE 已经成为国际产业广泛关注的TDD 技术。印度、台湾、日韩、欧美等国家和地区的海外运营商已经与我国产业建立了TD-LTE 合作,多家运营商计划在2010年启动试验网建设乃至实际网络部署。TD-LTE 国际市场机遇已经显现。

TD-LTE 的历史与发展;1. 移动通信技术的发展历程;早在1897年,马可尼在陆地和一只拖船之间用无线;1.1. 第一代移动通信系统;20世纪70年代末,美国AT&T公司通过;1.2. 第二代移动通信系统;为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法;CDMA 系统的IS-95B 技术,大大提高了数据传;1.3. 第三代移动通信系统;第三代移动通信技术也就

TD-LTE 的历史与发展

1. 移动通信技术的发展历程

早在1897年,马可尼在陆地和一只拖船之间用无线电进行了消息传输,成为了移动通信的开端。至今,移动通信已有100多年的历史,在这期间移动通信技术日新月异,从1978年的第一代模拟蜂窝网电网系统的诞生到第二代全数字蜂窝网电话系统的问世,现如今第三代个人通信系统的方案和实验均已开始逐步完善。

1.1. 第一代移动通信系统

20世纪70年代末,美国AT&T公司通过使用电话技术和蜂窝无线电技术研制了第一套蜂窝移动电话系统,取名为先进的移动电话系统,即AMPS (Advanced Mobile Phone Service)系统。第一代无线网络技术的一大成就就在于它去掉了将电话连接到网络的用户线,用户第一次能够在移动的状态下拨打电话。这一代主要有3种窄带模拟系统标准,即北美蜂窝系统AMPS ,北欧移动电话系统NMT 和全接入通信系统TACS ,我国采用的主要是TACS 制式,即频段为890~915MHz 与935~960MHz 。第一代移动通信的各种蜂窝网系统有很多相似之处,但是也有很大差异,它们只能提供基本的语音会话业务,不能提供非语音业务,并且保密性差,容易并机盗打,它们之间还互不兼容,显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。

1.2. 第二代移动通信系统

为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法漫游服务的问题,1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT (Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书,要求制定900MHz 频段的欧洲公共电信业务规范,建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统。同年成立了欧洲移动通信特别小组,简称GSM (Group Special Mobile ). 第二代移动通信数字无线标准主要有:GSM ,D-AMPS ,PDC 和IS-95CDMA 等。在我国,现有的移动通信网络主要以第二代移动通信系统的GSM 和CDMA 为主,网络运营商运用的主要是GSM 系统,现在中国联通的CDMA 系统经过两年的发展也初具规模。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。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后,数字蜂窝移动通信系统提供了更更好的网络,不仅改善了语音通话质量,提高了保密性,防止了并机盗打,而且也为移动用户提供了无缝的国际漫游。

1.3. 第三代移动通信系统

第三代移动通信技术也就是IMT-2000,简称3G ,它是一种真正意义上的宽带移动多媒体通

信系统,它能提供高质量的宽带多媒体综合业务,并且实现了全球无缝覆盖全球漫游它的数据传输速率高达2Mbit/s,其容量是第二代移动通信技术的2-5倍,目前最具代表性的有美国提出的MC-CDMA (cdma2000),欧洲和日本提出的W-CDMA 和中国提出的TD-CDMA 。

1.3.1. MC-CDMA(cdma2000)

MC-CDMA (cdma2000)由美国提出,是由IS-95系统演进而来的,并向下兼容IS-95系统。IS-95系统是世界上最早的CDMA 移动系统,已经在世界范围内进行了10多年的实验和运营,现已被证明是十分稳定。MC-CDMA (cdma2000)系统继承了IS-95系统在组网、系统优化方面的经验,并进一步对业务速率进行了扩展,同时通过引入一些先进的无线技术,进一步提升系统容量。在核心网络方面,它继续使用IS-95系统的核心网作为其电路域来处理电路型业务,如语音业务和电路型数据业务,同时在系统中增加分组设备(PDSN 和PCF )来处理分组数据业务。因此在建设MC-CDMA (cdma2000)系统时,原有的IS-95的网络设备可以继续使用,只要新增加分组设备即可。在基站方面,由于IS-95与1X 的兼容性,可以作到仅更新信道板并将系统升级为cdma2000-1X 基站。在我国,联通公司在其最初的CDMA 网络建设中就采用了这种升级方案,而后在08年中国电信行业重组时,由中国电信收购了中国联通的整个CDMA2000网络。

1.3.2. DS-CDMA(WCDMA )

历史上,欧洲电信标准委员会(ETSI )在GSM 之后就开始研究其 3G 标准,其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的,而日本的第三代研究也是使用宽带码分多址技术的,其后,以二者为主导进行融合,在3GPP 组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS ,并提交给国际电信联盟(ITU )。国际电信联盟最终接受WCDMA 作为IMT-2000 3G标准的一部分。目前.WCDMA 是世界范围内商用最多,技术发展最为成熟的3G 制式。在我国,中国联通公司在08年

电信行业重组之后,开始建设其WCDMA 网络。

1.3.3. TD-SCDMA

TD-SCDMA 是中国提出的第三代移动通信标准,也是ITU 批准的三个3G 标准中的一个,以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。是我国电信史上重要的里程碑。相对于另两个主要3G 标准(CDMA2000和WCDMA )它的起步较晚,技术不够成熟。

该标准的原标准研究方为西门子。为了独立出WCDMA ,西门子将其核心专利卖给了大唐电信。之后在加入3G 标准时,信息产业部(现工业信息部)官员以爱立信,诺基亚等电信设备制造厂商在中国的市场为条件,要求他们给予支持。1998年6月29日,原中国邮电部电信科学技术研究院(现大唐电信科技产业集团)向ITU 提出了该标准。该标准将智能天线、同步CDMA 和软件无线电(SDR )等技术融于其中。

TD-SCDMA 的发展过程始于1998年初,在当时的邮电部科技司的直接领导下,由原电信科学技术研究院组织队伍在SCDMA 技术的基础上,研究和起草符合IMT-2000要求的我国的

TD-SCDMA 建议草案。该标准草案以智能天线、同步码分多址、接力切换、时分双工为主要特点,于ITU 征集IMT-2000第三代移动通信无线传输技术候选方案的截止日1998年6月30日提交到ITU ,从而成为IMT-2000的15个候选方案之一。ITU 综合了各评估组的评估结果。在1999年11月赫尔辛基ITU-RTG8/1第18次会议上和2000年5月伊斯坦布尔的ITU-R 全会上,TD-SCDMA 被正式接纳为CDMATDD 制式的方案之一。

经过一年多的时间,经历了几十次工作组会议几百篇提交文稿的讨论,在2001年3月棕榈泉的RAN 全会上,随着包含TD-SCDMA 标准在内的3GPPR4版本规范的正式发布,TD-SCDMA 在3GPP 中的融合工作达到了第一个目标。

至此,TD-SCDMA 不论在形式上还是在实质上,都已在国际上被广大运营商、设备制造商所认可和接受,形成了真正的国际标准。

但是由于TD-SCDMA 的起步比较晚,技术发展成熟度不及其他两大标准,同时由于市场前景不明朗导致相关产业链发展滞后,最终导致了TD-SCDMA 虽然成为第三代移动通信国际三大标准之一,但除了在中国由中国移动进行商用之外,并没有其他的商用市场。

1.4. 第四代移动通信系统

从核心技术来看,通常所称的3G 技术主要采用CDMA (Code Division Multiple Access,码分多址)多址技术,而业界对新一代移动通信核心技术的界定则主要是指采用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交频分复用)调制技术的OFDMA 多址技术,可见3G 和4G 技术最大的区别在于采用的核心技术已经完全不同,因此从这个角度来看LTE 、WiMAX 及其后续演进技术LTE —Advanced 和802.16m 等技术均可以视为4G ;不过从标准的角度来看,ITU 对IMT-2000(3G )系列标准和IMT-Advanced (4G )系列标准的区别并不以核心技术为参考,而是通过能否满足一定的技术要求来区分,ITU 在

IMT-2000标准中要求,3G 技术必须满足传输速率在移动状态144 kbps、步行状态384 kbps、室内2 Mbps ,而ITU 正在制定的IMT-Advanced 标准中要求在使用100M 信道带宽时,频谱利用率达到15 bps/Hz,理论传输速率达到1.5Gbps 。目前LTE 、WiMAX (802.16e )均尚未达到IMT-Advanced 标准的要求,因此仍隶属于IMT-2000系列标准,而LTE-Advanced 和802.16m 标准则正在朝

IMT-Advanced 标准的要求努力,也就是说目前还没有真正意义上的4G 标准。

在2008年2月份,ITU-R WP5D 正式发出了征集IMT-Advanced 候选技术的通函。经过两年的准备时间,ITU-R WP5D在其第6次会议上(2009年10月份)共征集到六种候选技术方案,他们分别来自于两个国际标准化组织和三个国家。这六种技术方案可以分成两类:基于3GPP 的技术方案和基于IEEE 的技术方案。

1)3GPP 的技术方案:“LTE Release 10 & beyond (LTE-Advanced)”,该方案包括FDD 和TDD 两种模式。由于3GPP 不是ITU 的成员,该技术方案由3GPP 所属37个成员单位联合提交,包括我国三大运营商和四个主要厂商。3GPP 所属标准化组织(中国、美国、欧洲、韩国和日本)以文稿的形式表态支持该技术方案。韩国政府也以文稿的形式支持。最终该技术方案由

中国、3GPP 和日本分别向ITU 提交。

2)IEEE 的技术方案:“802.16m ”。该方案同样包括FDD 和TDD 两种模式。BT 、KDDI 、Sprint 、诺基亚、阿尔卡特朗讯等51家企业、日本标准化组织和韩国政府以文稿的形式表态支持该技术方案,我国企业没有参加。最终该技术方案由IEEE 、韩国和日本分别向ITU 提交。

经过14个外部评估组织对各候选技术的全面评估,最终得出两种候选技术方案完全满足IMT-Advanced 技术需求。2010年10月的ITU-R WP5D会议上,

LTE-Advanced 技术和802.16m 技术被确定为最终IMT-Advanced 阶段国际无线通信标准。我国主导发展的TD-LTE-Advanced 技术通过了所有国际评估组织的评估,被确定为IMT-Advanced 国际无线通信标准。

2. TD-LTE的基本概念及关键技术

2.1. TD-LTE的基本概念

TD-LTE 即TD-SCDMA Long Term Evolution ,宣传是指TD-SCDMA 的长期演进。TD-LTE 是TDD 版本的LTE 的技术,FDDLTE 的技术是FDD 版本的LTE 技术。TDD 和FDD 的差别就是TD 采用的是不对称频率是用时间进行双工的,而FDD 是采用一对频率来进行双工。TD-SCDMA 是CDMA 技术,TD-LTE 是OFDM 技术,不能对接。

LTE 将大大提升用户对移动通信业务的体验,为运营商带来更大的技术优势和成本优势,大大提升了运营商的利润空间,巩固蜂窝移动技术的主导地位,有助于改善目前通信业务的IPR 格局。无论是后续市场的需求还是作为未来十年一个具有较长竞争力的技术需求,TD —LTE 都得到了大家的一致关注。

与3G 相比,LTE 具有如下关键技术特征:

(1)通信速率有了提高,下行峰值速率为100Mbps ,上行为50Mbps 。

(2)提高了频谱效率,下行链路5(bit/s)/Hz,上行链路2.5(bit/s)/Hz。

(3)简单的网络架构和软件架构,以信道共用为基础,以分组域业务为主要目标,系统在整体架构上将基于分组交换。

(4)QoS保证,通过系统设计和严格的QoS 机制,保证实时业务(如VoIP) 的服务质量。

(5)系统部署灵活,能够支持1.4~20MHz 间的多种系统带宽,不必要分组残片过滤技术可支持“paired ”和“unpaired ”的频谱分配,保证了将来在系统部署上的灵活性。

(6)非常低的线网络时延。子帧长度为0.5ms 和0.675ms ,解决了向下兼容的问题并降低了网络时延,时延可达U-plan

(7)增加了小区边界比特速率,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,OFDM 支持的单频率网络技术可提供高效率的多播服务。

(8)强调向下兼容,支持已有的3G 系统和非3GPP 规范系统的协同运作,支持自组网(Self-organising Network)操作。

2.2.TD-LTD 关键技术;LTE 的最关键技术是OFDM 多址接入技术,MIM ;1.OFDM 技术;TD-LTE 采用OFDM 技术为基础,下行采用OF ;所谓OFDM ,全称OrthogonalFrequ ;对于多址技术,LTE 规定了下行采用正交频分多址(;OFDM 作为下一代无线通信系统的关键技术,有以下;

(1)频谱利用率高;(2)抗多径干扰与频率选择性衰落能力强,有

2.2. TD-LTD关键技术

LTE 的最关键技术是OFDM 多址接入技术,MIMO 多天线技术。通过这些新技术,大大提高了L1E 系统的性能。

1.OFDM 技术

TD-LTE 采用OFDM 技术为基础,下行采用OFDMA ,而上行根据链路特点采用单载波频分多址(SC-FDMA)作为多址方式。

所谓OFDM ,全称Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交频分复用,是一种多载波调制。多载波技术把数据流分解为若干子比特流,并用这些数据去调制若干个载波,此时数据传输速率较低,码元周期较长,对于信道的时延弥散性不敏感。OFDM 技术原理是将高速数据流通过串并变换,分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输,由于每个子信道中的符号周期会相对增加,因此可以减轻由无线信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响,并且还可以在OFDM 符号之间插入保护间隔,使保护间隔大于无线信道的最大时延扩展,这样就可以最大限度地消除由于多径所带来的符号间干扰(ISI),而且一般都采用循环前缀作为保护间隔,从而可以避免多径所带来的信道间干扰。

对于多址技术,LTE 规定了下行采用正交频分多址(OFDMA)。 OFDMA 中一个传输符号包括M 个正交的子载波,实际传输中,这M 个正交的子载波是以并行方式进行传输的,真正体现了多载波的概念。上行采用单载波频分多址(SC-FDMA)。而对于SC-FDMA 系统,其也使用M 个不同的正交子载波,但这些子载波在传输中是以串行方式进行的,正是基于这种方式,传输过程中才降低了信号波形幅度上大的波动,避免带外辐射,降低了峰平功率比(PAPR)。根据LTE 系统上下行传输方式的特点,无论是下行OFDMA 还是上行SC-FDMA 都保证了使用不同频谱资源用户间的正交性。LTE 系统频域资源的分配以正交子载波组(RB)为基本单位的,一个R 由25个相互正交的子载波组成。由于可采用不同的映射方式,子载波可以来自整个频带,也可以取自部分连续的子载波。

OFDM 作为下一代无线通信系统的关键技术,有以下优点:

(1)频谱利用率高。由于子载波间频谱相互重叠,充分利用了频带,从而提高了频谱利用率。

(2)抗多径干扰与频率选择性衰落能力强,有利于移动接收。由于OFDM 系统把数据分散到许多个子载波上,大大降低了各子载波的符号速率,使每个码元

占用频带远小于信道相关带宽,每个子信道呈平坦衰落,从而减弱了多径传播的影响。

(3)接收机复杂度低,采用简单的信道均衡技术就可以满足系统性能要求。

(4)采用动态子载波分配技术使系统达到最大的比特率。通过选取各子信道,每个符号的比特数以及分配给各子信道的功率使总比特功率最大。

(5)基于离散傅里叶变换(DFT)的OFDM 有快速算法,OFDM 采用IFFT 和FFT 来实现调制和解调,易于DSP 实现。

2.MIMO 方案

MIMO 是无线TD-LTE 系统的一项关键技术,根据天线部署形态和实际应用情况可采用发射分集、空间复用和波束赋形三种实现方案。例如,对于大间距非相关天线阵列可采用空间复用方案同时传输多个数据流,实现很高的数据速率;对于小间距相关天线阵列,可采用波束赋形技术,将天线波束指向用户,减少用户间干扰。

MIMO 全称Multiple .Input Multiple .Output ,即多输入多输出技术。MIMO 系统利用多个天线同时发送和接收信号,任意一根发射天线和任意一根接收天线间形成一个SISO 信道,通常假设所有这些SISO 信道间互不相关。按照发射端和接收端不同的天线配置,多天线系统可分为三类系统:单输入多输出系统(SIMO)、多输入单输出系统(MISO)和多输入多输出系统(MIMO)。MIMO 系统是一种将信号在空间域处理与时间域处理相结合的技术方案,空间域的处理实际上是利用了多径传播环境中的散射所产生的不同子信号流的非相关性而在接收端对不同的信号流进行分离。MIMO 技术的机理是信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收,从而改善每个用户得到的服务质量(误比特率或数据速率) 。通常多径传播被视为有害因素,然而MIMO 技术的关键就是能够将传统通信系统中存在的多径传播因素变成对用户通信性能有利的增强因素。它有效的利用了随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。MIMO 技术最大的成功之处就在于它将信道视为若干并行的子信道,在不需要额外带宽的情况下实现近距离的频谱资源重复利用,理论上可以极大的扩展频带利用率,提高无线传输速率,同时还增强了通信系统的抗干扰、抗衰落性能,可以同时获得编码增益和分集增益。

LTE 系统将采用可以适应宏小区、微小区和热点等各种环境的MIMO 技术。基本的MIMO 模型是下行,上行天线阵列,同时也正在考虑更多的天线配置(如

4×4) 。目前正在考虑的方法包括空间复用(SM)、空分多址(SDMA)、预编码(Precoding)、自适应波束形成(Adaptive Beamforming)、智能天线以及开环分集主要用于控制信令的传输,包括空时分组码(STBC)和循环位移分集(CSD)等。

3. TD-LTE的发展现状与趋势分析

作为TD-SCDMA 的演进技术,TD-LTE 目前已经成为3GPP 里面唯一的基于TDD 技术的LTE 标准。中国已经全面启动的TD-LTE 产业与国际LTE 产业基本同步,而且已被国际广泛接受。TD —LTE 将为中国在引领移动通信产业的发展带来很重要的机遇。2008年3月,工业和信息化部电信研究院和中国移动牵头的TD-LTE 工作组成立。一年多来,该工作组从国家发展策略、技术和产业路线的研究、加快推动标准制定等各方面大力推动TD-LTE 的技术和产业化发展。2009年,TD —LTE 在国际标准化、技术创新、整体测试、产业化方面已经取得了一系列突破性的进展。

TD-LTE 一方面继承了TD-SCDMA 智能天线、特殊时隙等的核心专利;另一方面,由于中国企业在国际标准组织中的实力不断增强,且参与LTE 的研发工作较早,从而在一些3G 时代并不占据优势的技术领域获得了新的专利。因此,总体看来,TD-LTE 有望实现中国自主专利整体比重的进一步提升。现在我国自主研发TD-LTE 标准的进展比较顺利。同时也得到了国际制造企业的鼎力支持,包括国内企业大唐、华为、中兴等在内的厂商等,均已投入到TD0-LTE 和LTE FDD 的融合研发中来。由中国移动牵头、沃达丰等运营商参加的TDD 和FDD 融合的发展之路,进一步推动TD-LTE 和LTE FDD的融合发展。可以说,具有自主知识产权、以我国为主的TD —LTE 标准技术的形成,为TD-SCDMA 技术的后续发展演进明确了方向。TD-LTE 既继承并发展了TD-SCDMA 的中国自主知识产权技术,又很好地与FDD LTE技术实现了协同发展,为TD-SCDMA 可持续发展、我国自主创新技术走向全球市场开辟了重要空问,创造了历史机遇。TD-LTE 已经成为国际产业广泛关注的TDD 技术。印度、台湾、日韩、欧美等国家和地区的海外运营商已经与我国产业建立了TD-LTE 合作,多家运营商计划在2010年启动试验网建设乃至实际网络部署。TD-LTE 国际市场机遇已经显现。


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