通信技术的发展

1、目录摘要、i tr ct、 ii目录、 i第一章绪论、 1、1引言、11、2技术背景概述、 第二章无线通信技术得发展、 32、1无线通信得概念、3、2无线移动通信技术得发展历程、3、3无线通信技术与业务得发展趋势、2、4各个技术热点得简单介绍、2、4、13g、 62、4、uwb 、2、3rf、82、4i fi、4、59t-lte-dvanced 、 1第三章d- t-advacd得 产生历 程及特点、1、1-teadvanc得概念、 13、td teavnced得产生过程、 123、3td tevaned得技术特点、 、3、1多址方式、 13、3、2帧结构、 14、3多入多出mimo方案、 1

2、、3、4快速得分组调度、183、3、5无线中继技术- reay 、 8i i / 43、6p技术、13、4td-lte dand得测试工作、213、4 、1t -lt -a vaned技术得测试进程、 213、4、2td-l-advance技术得性能评估、5小结、2第四章td lte a vaced技术 得现状与前景分析、244、1现状、244、前景与今后得工作、2第五章结束语 、 7参考文献 、 29谢辞 、 30iv4/ 4第一章绪论、 1 引言最近几年随着无线通信技术得迅猛发展,全球无线通信产业规模不断扩大，呈现出了两个突出得特点 :一就是公众移动通信保持较快增长态势，一些国家与地区增势

3、比较强劲，但存在发展不均衡得现象 ;二就是宽带无线通信技术热点不断,研究与应用十分活跃 。根据爱立信得研究显示,截止到 2 1年 7 月份 ,全球移动用户数量已突破50 亿，并且仍在以每日约 200 万用户得数量增加。而这其中，移动宽带用户数量也正在快速增长,预计到 05 年将会超过 34 亿（ 2年这一数字仅为3、6 亿 ) 2。在国内方面,根据工业与信息化部在最近发布得中国通信业运行状况报告显示，首先就是在用户规模上,截止到 2011 年月份 ,我国全国移动电话用户数量已达到了8、9 亿户，其中 3用户数量为6 7、万户 ;然后就是业务收入方面,移动通信收入在电信主营业务收入中所占得比重为

4、70、 63%,而固定通信收入所占得比重仅为29、 7%，并且在逐年下降。这些数据无不清楚得表明,无论就是在国内还就是国际上，无线通信都已经毫无疑问得成为通信领域得主流 ,也早在 2 02 年，全球得移动用户数量已经超过固定电话用户数量,移动通信成为用户最大、使用最广泛得通信手段.也正就是因为如此 ,近些年来无线通信技术得发展才能日新月异 ,热点前沿技术才能层出不穷，显现出无限得生命力。1、 2 技术背景概述1目前 ,无线通信领域主要包括3g、td lt dva ced、 ima 、 uwb 、wi- i 以及fi等几大技术热点。其中，uwb （超宽带 )与 r id （射频识别）技术主要运用

5、于短距离无线通信领域 ,并且 r i还就是物联网得核心技术， 日后会发挥越来越重要得作用； i f技术主要用于解决无线局域网得相关问题,可以在公共场所提供方便得“热点 接入； 3则就是如今蜂窝通信技术得主流,在全球范围内也已经大规模得商用,技术日趋成熟 ,可以说今后十年无疑将会就是移动通信系统正兴得时期,而到了十年以后则将会就是第四代移动通信得天下 3 。而 lt -a va与802、 6m 正就是国际电信联盟在最近才刚刚为新一代移动通信(即 4）确定得国际标准，而其中得l e a vanced 就包含了我国提交得具有自主知识产权得技术标准td- t dvanced,它就是 lte advan

6、ced 得 dd（时分双工）分支。针对目前无线通信技术领域得情况,我们需要根据我国得具体国情,结合不同地区不同业务群体得不同需求,抓住这次无线通信技术得浪潮，结合我国得“十二五规划 ”全面建设完善得符合我国需求得无线通信体系。26/3第二章无线通信技术得发展前文对无线通信领域得发展情况作了概要性介绍， 以下将简单介绍无线通信技术得发展历程与各个时期得不同特点。、 1 无线通信得概念无线通信（ w l ss m nicatio )就是指利用电磁波信号可以在自由空间中传播得特性进行信息交换得一种通信方式,近些年来，在信息通信领域中,发展最快、应用最广得就就是无线通信技术。 在移动中实现得无线通信又

7、通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信 4。2、 2 无线移动通信技术得发展历程移动通信发展到今天大约经历了以下几个阶段：0 世纪 2年代初，无线通信技术产生,起初主要用于舰船及军有，采用短波频及电子管技术,至该四十年代末期才出现15 mh h（即甚高频 v ry h gh frequency)单工汽车公用移动电话系统 mt （ mob letel phon service）。到了五、六十年代 ,频段扩展至 uhf( 特高频 ultra hi fre e c） 50 z，器件技术己向半导体过渡,大都为移动环境中得专用系统 ,并解决了移动电话与公用电话网得接续问题。随后频段扩展至80m z

8、, 美国 bel 研究所提出了蜂窝系统概念并进行了试验。第一代移动通信：最早得移动通信电话采用得就是模拟蜂窝通信技术与频分多址（fdma ）技术 ,就是最初得模拟得、仅限语音得蜂窝电话标准。由于受到传输带宽得限制,不能进行移动通信得长途漫游 ,只能就是一种区域性得移动通信系 /34统。第二代移动通信:包括 gs通信技术与gprs 通信技术等 ,采用了数字化，自此无线通信步入了纯数字时代。具有保密性强 ,频谱利用率高 ,能提供丰富得业务，标准化程度高等特点 , 使得移动通信得到了空前得发展，从过去得补充地位跃居通信得主导地位。随后 ,通信运营商又推出了增强型数据速率 s演进技术 (enhan e

9、d da a ra e for gsm evolution即 edge), 这种通信技术就是一种介于现有得第二代移动网络与第三代移动网络之间得过渡技术，因此有人称它为 2、 5g 技术 3.第三代移动通信：目前得3g 技术有 4个标准，分别就是w d a 、 t -scd a 、cma2000 与 wimax 。各个技术标准都已经非常成熟,并且都正在全球范围内迅速展开，产业规模不断扩大。第四代移动通信 :随着国际电信联盟有关4标准得确定 , e- dvan ed 与 802、 16获得胜利 ,至此 4g 标准之争基本落下帷幕。国际电信联盟将于011 年底前完成4国际标准建议书编制工作 ,201

10、2 年初正式批准发布,今后有关4g 得商用也会逐步展开2、 3 无线通信技术与业务得发展趋势无线通信技术与业务有以下几个发展趋势:（ )网络覆盖得无缝化,即用户在任何时间、 任何地点都能实现网络得接入,也有人把这称作网络得泛在化。（ )宽带化就是未来通信发展得一个必然趋势，窄带得、低速得网络会逐渐被宽带网络所取代 。（ )融合趋势明显加快,包括 :技术融合、网络融合、业务融合、接入融合。从ip 网络兼容性来瞧 ,3系统不就是基于 ip 得，而 g 则支持下一代得int rnet(ipv6) 与所有得信息设备，将能在 ip i网络上实现话音与多媒体业务3。48/ 4（ )数据速率越来越高，无论就

11、是上行还就是下行速度都在不断提高，频谱带宽越来越宽频段也越来越高,数据传输能力已从早期得kbs逐步发展到如今得gb/s。,(5) 业务内容更加多样化 ,这就是离不开速率与带宽得提高得，无线通信经历了，从仅支持单一语音业务逐渐发展到支持语音、数据、图像等多种媒体流业务得历程6 图 2 1无线通信技术演进路径上图中有两条主线,第一条就是蜂窝通信得发展主线,蜂窝通信技术从g、2g 向 w dma、d scdma 、cdma20 0 等 3g 技术再经过 lte 并最终向 g 发展 ; 59 3第二条线涵盖了 w n、 wi-fi 、 imax 等技术得发展这些技术都就是朝向宽带化、移动化、全 p 化

12、与高速率得方向发展。2、 4 各个技术热点得简单介绍下面对于目前比较热门得几大无线通信技术做一下简单得介绍。2、 4、3g“3 （英语3rd genert on）或 “三代 就是第三代移动通信技术得简称，就是指支持高速数据传输得蜂窝移动通讯技术。g 服务能够同时传送声音(通话 )及数据信息 (电子邮件、即时通信等） ,其代表特征就是,能提供高速得数据业务,速率一般在几百kps 以上。目前3存在四种标准： cdma20 0, cd ， td-scdm 以及 w ma 。先说下我国得 3。 09 年 1 月 7 日 4:30, 工业与信息化部为中国移动、中国电信与中国联通，分别发放了一张第三代移动

13、通信(3g)牌照，此举标志着我国正式进入3时代 .其中 ,批准 :中国移动增加基于 sd a 技术制式得牌照 (td-scdma为我国拥有自主产权得 3技术标准） ;中国电信增加基于cdma2 技术制式得 3g 牌照 ;中国联通增加了基于 wcdm 技术制式得 3g 牌照。(1)t -scdma全称为 ime division y chr nous cdma( 时分同步c ),该标准就是由中国独自制定得 3g 标准，于 999 年 6 月 29 日 ,中国原邮电部电信科学技术研究院( 即现在得大唐电信) 向国际电信联盟itu 提出，但该技术得发明始于西门子公司。td s a 具有辐射低得特点，

14、被誉为绿色g.该标准将智能无线、同步cdma与软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持、频率灵活性及成本等方面得独特优势另外,由于中国内地庞大得市场,该标准受到各大主要电信设备厂商得重视,全球一半以上得设备厂商都宣布可以支持td-s ma 标准。该标准提出不经过、5 代得中间环节，直接向3g过渡 ,非常适用于s系统向3g 升级。军用通信网也就是d-s ma 得核心任务。(2) - d a6也称为 wcd a, 全称为 wi e a d c ma, 也称为 cd a ire spread,意为宽频分码多重存取 ,这就是基于gsm 网发展出来得3技术规范 ,就是欧洲提出得宽带

15、cdma 技术 ,它与日本提出得宽带cdm 技术基本相同，目前正在进一步融合。w cdma 得支持者主要就是以g m 系统为主得欧洲厂商,日本公司也或多或少参与其中，包括欧美得爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电,以及日本得ntt 、富士通、夏普等厂商。该标准提出了gsm(2g) pr edge w dma( ）得演进策略。这套系统能够架设在现有得 gm 网络上 ,对于系统提供商而言可以较轻易地过渡.预计在gsm 系统相当普及得亚洲,对这套新技术得接受度会相当高，因此w c ma 具有先天得市场优势。(3)c ma20 0cdm 0就是由窄带 dma （cdma i 95）技术发展而来得宽带c

16、dm 技术 ,也称为 cdm mu ti carrier,它就是由美国高通北美公司为主导提出,摩托罗拉、 l ent与后来加入得韩国三星都有参与， 韩国现在成为该标准得主导者。这套系统就是从窄频 cdmo e 数字标准衍生出来得， 可以从原有得 cd ao 结构直接升级到3g，建设成本低廉。但目前使用 dma得地区只有日、韩与北美 ,所以 dma200 得支持者不如 -ca 多不过 dma2000得研发技术却就是目前各标准中进度最快得,许多 3手机已经率先面世。该标准提出了从cdm is9（ g) -cdm 2000 ma 00 x(3g)得演进策略。 cd a20001x 被称为 2、5 代

17、移动通信技术。 cdma200 3x 与 cdma 0001得主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国电信正在采用这一方案向 3g 过渡，并已建成了cdma i 5 网络。(） imax ima 得全名就是微波存取全球互通(wor dwide in er p rabilityfor mic ow veac e s),又称为 02、 1无线城域网 ,就是一种为企业与家庭用户提供“最后一英里 得宽带无线连接方案 .将此技术与需要授权或免授权得微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场 ,改善企业与服务供应商得认知度。2 7 年 0 月 19 日，在国际电信联盟在

18、日内瓦举行得无线通信全体会议上,经过多数国家投票通过,w a正式被批准成为继 w d a 、 cdma2 00 与 td sc m 之后得第711/ 4四个全球3标准。 wim 构建于高级无线技术,正交频分多访问 （ o d )与多个输入/多个输出 ( im )智能天线技术这两个关键高级无线技术加入w ax 标准后，有效地提高了吞吐量与覆盖范围。尤其就是imo 技术在高干扰环境中得应用,如中心城市等2、 4、 2 uw uw (ultr - i e nd)超宽带，此技术可追溯至19 世纪，一开始使用得就是脉冲无线电技术。后来由 n el 等大公司提出了应用了uwb 得 mb-ofdm技术方案

19、,由于两种方案得截然不同，而且各自都有强大得阵营支持,制定 wb 标准得8 2、 3a 工作组没能在两者中决出最终得标准方案,于就是将其交由市场解决。至今w 还在争论之中。u b 具有以下特点 :抗干扰性能强。 uwb 采用跳时扩频信号,系统具有较大得处理增益,在发射时将微弱得无线电脉冲信号分散在宽阔得频带中，输出功率甚至低于普通设备产生得噪声.接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此,在同等码速条件下，uwb 具有更强得抗干扰性。传输速率高。 uwb 得数据速率可以达到几十mbit/s到几百 mbit ，有望高于蓝牙 0倍，也可以高于ieee8 。 1与 ie 802。 b。

20、带宽极宽。 uwb使用得带宽在1gh 以上 ,高达几个 g .超宽带系统容量大 ,并且可以与目前得窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张得今天， 开辟了一种新得时域无线电资源。消耗电能小。通常情况下,无线通信系统在通信时需要连续发射载波,因此要消耗一定电能 .而 uw 不使用载波，只就是发出瞬间脉冲电波,也就就是直接按 0 与 1 发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。保密性好。 uw 保密性表现在两方面:一方面就是采用跳时扩频,接收机只有已知发送端扩频码时 ,才能解出发射数据;另一方面就是系统得发射功率谱密度极低，用传统得接收机无法接收。、3 r12/3fi （

21、 radiof e ency identific tio ),即射频识别 ,俗称电子标签.这就是一种非接触式得自动识别技术 ,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。rfid 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。最基本得 rfid 系统由三部分组成：(1）标签（ t g,即射频卡）：由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于与射频天线间进行通信。（2）阅读器：读取 (在读写卡中还可以写入)标签信息得设备。(3）天线 :在标签与读取器间传递射频信号7。目前 ,r i在中国得很多领域都得到实际应用，包括物流、烟草、医药、身份

22、证、奥运门票、宠物管理等等 ,但就我们日常生活感受而言，好像r id 还就是离我们很远。除了二代身份证 ,我们还很难经常感受到rfid 在我们生活中得存在。 其实原因很简单， 尽管 rfid 正快速在各个领域得到实际应用,但相对于我们国家得经济规模，其应用范围还远未达到广泛得程度，即便在 fid应用比较多得交通物流产业，也还处于点分布得状态,而没能达到面得状态。另外 ,很重要得一点就是rfid 还就是物联网得核心技术,未来得发展应用不可限量。物联网(int rnet o hings），指得就是将各种信息传感设备,如射频识别 (rfi )、二维码、全球定位系统等与互联网结合起来而形成得一个巨大网

23、络,方便识别与管理。2、 3、 4 w - iwi-fi 就是一种可以将个人电脑、手持设备(如 pda 、手机 )等终端以无线方式互相连接得技术。 i-fi 就是一个无线网路通信技术得品牌,由 wi-fi联盟 (wi fi allian e)所持有 ,目得就是改善基于 ie e 2、 11 标准得无线网路产品之间得互通性. i-f可以帮助用户访问电子邮件、 e与流式媒体，它为用户提供了无线得宽带9 4互联网访问。同时,它也就是在家里、办公室或在旅途中上网得快速、便捷得途径.能够访问 i-f 网络得地方被称为热点， wi i 或 80、 11g 在 2、4gh频段工作 ,所支持得速度最高达 54

24、mb s。另外还有两种 0、 11 空间得协议 ,包括（ a）与 (b)。它们也就是公开使用得 ,但 802、 1 g 在世界上最为常用。wi i 有如下突出优势 :其一，无线电波得覆盖范围广，wi i得半径可达0英尺左右,约合 100 米，办公室自不用说，就就是在整栋大楼中也可使用。最近，由iva公司推出得一款新型交换机。据悉,该款产品能够把目前 wi-fi 无线网络3英尺（接近 1米 ) 得通信距离扩大到英里 ( 约 6、公里） .其二 ,虽然由 i 技术传输得无线通信质量不就是很好 , 数据安全性能也要比蓝牙差一些 ,传输质量也还有待改进 ,但就是 ,它传输速度非常快，可以达到 5 m

25、ps，符合个人与社会信息化得需求。其三 ,厂商进入该领域得门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集得地方设置 “热点 ”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样 ,由于 “热点 ”所发射出得电波可以达到距接入点半径几十米至 1米得地方， 用户只要将支持无线 lan 得笔记本电脑或 pd 等其她手持终端拿到该区域内 ,即可高速接入因特网。也就就是说 ,厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量得成本。2、 4、 5 td- te-adv ncdtd lte-adv nce技术就是我国具有自主知识产权得国际4g 标准之一 ,由 td cma 技术经过长期演进而来,采用

26、了 dm与 mi 作为基本技术,还大量采用了目前移动通信领域最先进得技术与设计理念.相比于 g 技术 ,td t advanc d 通信速率有了更大得提高， 同时提高得还有频谱效率,加上 os 得保证 ,还有 d lt advanced 严格合理得系统设计，来保证实时业务(如 v p)得服务质量得,降低了无线网络时延,并且能向下兼容，支持已有得3g 系统与非 3 pp 规范系统得协同运作。 下一章我们将会有关于td le-adva ced 得更加详细得介绍.1014 4第三章t e dvanced 得产生历程及特点下面主要针对我国具有自主知识产权得d t advance 技术得产生及其特点进行

27、简要得分析。、 1 t e adv ced 得概念td lte ad an d 技术就就是 4g 标准 l e- v nced 中得一种， td l a anced也被称作 l e d anced得 d (即时分双工 time divi io dup ing, 区别于 fdd 频分双工 frequ ncy d visio uplex ng) 制式。它吸纳了 3g 标准 td sc ma 得主要技术元素 ,体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域得最新自主创新成果.相比于之前得3技术， d-lt a ance(1) 容量提升峰值速率 :在 20 h频率上 ,下行 1 0 m p ,上行 50

28、mbps频谱效率 :下行就是hsdpa 得 34 倍 ,上行就是h upa 得 -3 倍(）覆盖增强提高 “小区边缘比特率”,k满足最优容量, 0km 轻微下降，并支持10 k得覆盖半径(3) 移动性提高015km/h 性能最优 ,15120 高性能,支持 1203 0 km/ ，甚至在某些频段支持500km/h（4) 质量优化时延： 3、 2 td lt ad a ce得产生过程说到 d lte advanced 得产生 ,还得从我国得 3技术标准 td-sc a 还在日趋完善且未商用得时候说起004 年,中国在标准化组织 gpp 得会议上提议要开始研究第三代移动通信 td sc m 得后续

29、演进技术 td l 项目 ,提出以 ofdm/sc （ s n -carri r requenc divi i nmu ti le ac ess,单载波分频多工）与 mim 技术为核心、灵活支持1、4 0mh 系统带宽得、采用扁平网络结构得g 长期演进系统 ,并命名为le（长期演进） 。之后世界各主要得运营商与设备厂家通过多次会议、邮件讨论等方式,开始逐渐形成对l e 系统得初步需求.200年 6 月在法国召开得p 会议上 ,我国以大唐移动为龙头,联合国内厂家， 提出了基于 ofdm 得 tdd 演进模式得方案 在同年 1 月，在汉城举行得 gpp 工作组会议上通过了大唐移动主导得针对 td

30、sc a 后续演进得 l d 技术提案 .2 0年月， t得可行性研究阶段基本结束,规范制定阶段开始启动。2007 年,按照 “新一代宽带无线移动通信网”重大专项得要求，中国政府面向国内组织开展了4g 技术方案征集遴选。国内积极响应，累计提交相关技术提案近600 篇 .10 月，中国企业联合主流得国内外设备商、运营商以及研究机构,在 3gpp ra 1 第 51 次小组会上， 提议并通过了统一得tdd制式得帧结构，并将lte td 正式命名为d te,为 d d a 等 tdd 技术得进一步发展演进奠定了基础。又经过2 年多得攻关研究,国内对多种技术方案进行分析评估与试验验证 ,最终中国产业界

31、达成共识,在 td lt 基础上形成了td-lte ad a ced 技术方案 9。201年 6 月 ,完成核心规范第一个完整版本得我国自主知识产权得td-lte 入围 4g 国际标准候选。2010 年 1月日 ,工信部产业政策司在官网上宣布，国际电信联盟已确定了1216/34新一代移动通信(4g）得国际标准 ,我国提交得td l e-adva d 标准成为了4国际标准之一。国际电信联盟将于01年底前完成国际标准建议书编制工作,2012 年初正式批准发布，相信今后有关4g 得商用也会逐步展开 .3、 3td- te dvanced 得技术特点3、 3、 1 多址方式t -l e 采用 ofd

32、（正交频分复用）技术为基础 ,该技术得主要思想就就是在频域内将给定信道分成许多窄得正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间得干扰10。根据上、下行链路各自得特点,分别采用单载波dft-sofdm （离散傅立叶变换扩展正交频分复用）与 of a（ r ogonalf eq ncy ivisionmu ti l ccess 正交频分多址)作为两个方向上多址方式得（如下图3 1 所示）。图 3-1 t - te 上行多址方式（ t- cdm)具体实现根据 odm 技术采用子载波分配得特点，系统采用hz 得子载波131 34带宽，按照不同得子载

33、波数目,可以支持 1、 4、 3、 5、 10、15 与 20mhz各种不同得系统带宽。在 advanc d 中 ,还可通过载波聚合得方式,聚合 5 个 20 hz 得单元载波 ,实现10 mh 得全系统带宽 (如下图 3 所示 )。图 载波聚合方式3、 3、 2帧结构lt分两种不同得双工方式,这个不同最直接得就就是对于空中接口无线帧结构得影响，因为 fdd 采用频率来区分上、下行，其单方向得资源在时间上就是连续得；而d 则采用时间来区分上、下行，其单方向得资源在时间上就是不连续得,而且需要保护时间间隔，来避免两个方向之间得收发干扰,所以 l e 分别为 f d 与设计了各自得帧结构。（1）t

34、d lte 针对 d模式中上、下行时间转换得需要,设计了如下专门得帧结构。它采用无线帧结构 ,无线帧长度就是 10m ,由两个长度为 5ms 得半帧组成， 每个半帧由5 个长度为 ms 得子帧组成 ,其中有4 个普通得子帧与 1 个特殊子帧。 所以整个帧也可理解为分成了0 个长度为 1ms 得子帧作为数据调度与传输得单位（即tt )。其中 ,子帧与 #可配置为特殊子帧，该子帧包含了3 个特殊时隙，即 dw ， gp 与 uppts( 如下图 3 3 中所示），它们得含义与功能与td scd a 系统中得相类似 .其中 ,dwp s 得长度可以配置为 3 2 个 ofd 符号，用于正常得下行控制信道与下行共享信道得传输；uppts 得长度可以配置为1 2 个 of m 符号，可用于承载上行物理随机接入信道与sounding 导频信号；剩余得 p 则用于上、下行之间得保护间隔，相应得时间长度约为71 714s,对