蜂窩通信的演進(jìn)

1、1第一代蜂窩通信系統(tǒng)蜂窩通信概念源于AT&T貝爾實驗室1968年的發(fā)明，基本思想是將大范圍區(qū)域分割成多個類似蜂窩正六邊形的小區(qū)。小區(qū)之間復(fù)用頻率資源，從而大大增加了整個區(qū)域的可用頻率資源總量。1973年，蜂窩通信原理首次在摩托羅拉的試驗系統(tǒng)中得到了驗證，由此拉開了移動通信發(fā)展的序幕。第一代蜂窩通信系統(tǒng)基于模擬幅度調(diào)制，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)有貝爾實驗室開發(fā)的Advanced Mobile Phone System(AMPS)。從1980年到1995年，AMPS在北美，以色列和澳大利亞等國家和地區(qū)廣泛使用。第一代蜂窩通信采用的模擬制式，語音信號沒有經(jīng)過信源壓縮，缺乏信道編碼的糾錯保護，發(fā)射功率也無有

2、效控制，所以干擾嚴(yán)重，資源利用率低，系統(tǒng)容量相當(dāng)有限。且模擬器件制造和集成相對困難，導(dǎo)致終端昂貴而笨重（國內(nèi)俗稱“大哥大”），只有極少數(shù)用戶能夠負(fù)擔(dān)終端及通信費用。2，第二代蜂窩通信系統(tǒng)第二代蜂窩通信系統(tǒng)采用數(shù)字調(diào)制，語音經(jīng)過信源壓縮成為數(shù)字信號，并加入信道編碼進(jìn)行糾錯，而且運用功率控制，使得信道傳輸效率大大提升。第二代蜂窩通信的主要業(yè)務(wù)是語音通話。第二代蜂窩通信的典型代表是歐盟國家主導(dǎo)制定的GSM(Global system of Mobile communication)。由于其技術(shù)精煉實用，終端和系統(tǒng)實現(xiàn)成本較低，至今仍是全球使用最廣泛的蜂窩通信系統(tǒng)。第二代蜂窩通信還有另一種制式的系統(tǒng)I

3、S 95，也叫CDMA one，標(biāo)準(zhǔn)的主要開發(fā)和推廣者是高通。下面詳細(xì)介紹IS 95系統(tǒng)。IS 95包括IS 95A和IS 95B兩個階段。下面以表格的形式對IS 95A和IS 95B進(jìn)行說明。IS 95AIS 95B標(biāo)準(zhǔn)開始時間1995年1998年技術(shù)特點碼片速率：1.2288Mcps調(diào)制：前向鏈路QPSK；反向鏈路OQPSK信道編碼：卷積碼功率控制：前向慢速功控，反向開環(huán)快速功控（800MHZ）切換：軟切換/更軟切換/硬切換BTS需要工作在同步方式IS 95B從IS 95A演化而來，完全兼容IS 95A主要變化：1，增加速率集，有更多可選數(shù)據(jù)速率；2，增加移動臺輔助的切換和接入過程中的切換

4、；3，增加增補碼分信道以提高數(shù)據(jù)傳輸能力可以看到IS 95B的演進(jìn)主要是增強了數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠解決中速數(shù)據(jù)傳輸問題，因此IS 95B也稱為2.5G。而同一時期針對GSM的中速數(shù)據(jù)傳輸增強網(wǎng)絡(luò)GPRS是2.5G的另一代表網(wǎng)絡(luò)。3，第三代蜂窩通信系統(tǒng)碼分多址技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用是在第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)。除了CDMA的完全頻率復(fù)用特性外，系統(tǒng)容量提升還很大程度得益于信道編碼的突破，1993年turbo code的出現(xiàn)使得信道的鏈路性能逼近香農(nóng)極限容量，因此迅速的在第三代移動通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用。第三代蜂窩通信系統(tǒng)包含三大制式，分別是WCDMA(歐盟主導(dǎo))，TD-SCDMA(中國主導(dǎo))和CDMA 200

5、0(北美主導(dǎo)，主要是高通主導(dǎo))。即使WCDMA/TD-SCDMA都盡量繞開了高通的專利陷阱，但都使用了基本的CDMA技術(shù)，例如軟切換、功控等?？傮w說來3G時代是CDMA技術(shù)的時代。下面詳細(xì)介紹CDMA 2000標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。CDMA 2000的標(biāo)準(zhǔn)開始于1999年，第一階段是CDMA 2000 1x，第二階段是CDMA 2000 EV-DV（Evolution-Data & Voice）和CDMA 2000 EV-DO（Evolution-Data Optimized）。其中CDMA 2000 EV-DV由于標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時間不匹配，最后被放棄。CDMA 2000 1x標(biāo)準(zhǔn)開始于199

6、9年，是3G的初始階段。也有一些專家認(rèn)為CDMA 2000 1x是向3G平滑過渡的階段，是所謂的“2.9G”。CDMA 2000 EV-DO是真正的3G標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸速率相對于CDMA 20002 1X得到了很大的增強。高通從1996年開始研發(fā)此項高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，并在2000年向3GPP2提交了正式的技術(shù)方案。演進(jìn)版本有EV-DO Rev.0/ Rev.A/ Rev.B。CDMA 2000的演進(jìn)路線如下圖所示。CDMA 2000標(biāo)準(zhǔn)后續(xù)在向4G演進(jìn)的過程中因為各種技術(shù)和利益上的考量而中斷。CDMA EV-DO Rev.B標(biāo)準(zhǔn)在2008年后就基本凍結(jié)。4，第四代蜂窩通信系統(tǒng)第四代蜂窩通信系統(tǒng)

7、是OFDM技術(shù)的時代。OFDM技術(shù)從20世紀(jì)60年代起在美國軍方開始研制的應(yīng)用，但規(guī)模較小。直到20世紀(jì)80年代大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得OFDM信號的解調(diào)和調(diào)制不再是難以實現(xiàn)的技術(shù)障礙，OFDM才開始走向民用通信的舞臺。第四代蜂窩通系統(tǒng)在最初階段有兩個互相競爭的標(biāo)準(zhǔn)組織，WiMax和LTE，兩者都采用了OFDMA作為基本的多址技術(shù)。下面介紹一下兩者的不同主導(dǎo)Wimax標(biāo)準(zhǔn)的是美國，主推公司是Intel，摩托羅拉，還有后來跟風(fēng)的加拿大北電，主要支持的地區(qū)是美國，臺灣，日韓及菲律賓、馬來西亞等。WiMax標(biāo)準(zhǔn)基于IEEE 802.16，是一個基于IP網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)，大帶寬是其先天優(yōu)勢，但其很大的缺點

8、是對移動性的支持不好，當(dāng)用戶從一個WiMax站點移動到另一個WiMax站點時，信號切換是個大問題。所以WiMax的演進(jìn)可以總結(jié)為“寬帶網(wǎng)絡(luò)移動化”。主導(dǎo)LTE標(biāo)準(zhǔn)的是歐盟，主推公司是歐洲的電信巨頭愛立信、諾基亞等。LTE無線空口技術(shù)與3G時代的CDMA技術(shù)有很大不同，但是核心網(wǎng)架構(gòu)及接入網(wǎng)功能的演進(jìn)是一脈相承的。其先天優(yōu)勢是移動性好，用戶可以隨意切換和漫游，但是其數(shù)據(jù)傳輸速率需要進(jìn)一步提升。所以LTE的演進(jìn)路線可以總結(jié)為“移動網(wǎng)絡(luò)寬帶化”。歐盟主推的LTE是LTE-FDD，中國為了能更多的獲得一些自主知識產(chǎn)權(quán)，主推LTE-TDD，因為在3G TD-SCDAM的時代，我國在TDD產(chǎn)業(yè)上還是有一些

9、積累的。但從整體上說，LTE-FDD/TDD的標(biāo)準(zhǔn)在絕大多數(shù)情況下還是一致的，只有較少的技術(shù)點上會有不同。WiMax技術(shù)在2001年即被WiMax論壇提出，發(fā)展到2005年已經(jīng)有一些商用產(chǎn)品，數(shù)據(jù)傳輸速率很高，但是其移動性還是沒有很好的解決。此時LTE標(biāo)準(zhǔn)才剛剛開始最初始版本的study item。雖然在剛開始階段，LTE標(biāo)準(zhǔn)受到WiMax標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)重威脅，但后來由于歐盟和中國的聯(lián)合抵制，WiMax標(biāo)準(zhǔn)還是偃旗息鼓了。在2010年，Intel宣布裁撤WiMax部門，各大公司都?xì)w到LTE旗下，部署了WiMax的國家和地區(qū)后續(xù)都向LTE-TDD演進(jìn)。（因為WiMax是一項基于TDD的技術(shù)）。由此，LTE開始一統(tǒng)4G江湖。下面介紹LTE的發(fā)展歷程。LTE在2004年尾立項，經(jīng)過漫長的4年時間，終于在08年發(fā)布了第一版標(biāo)準(zhǔn)LTE R8。R8版本基本確立了LTE的框架，引入了OFDMA多址接入，采用扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和全I(xiàn)P核心網(wǎng)。之后陸續(xù)發(fā)布了R9/R10/R11/R12/R13版本，當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入R14階段。每一版本的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布都需要經(jīng)過Study Item和Work Item，