1、第1章 概述,主要内容如下： 移动通信的标准化组织 移动通信技术标准 第三代移动通信系统的频谱分配 第三代移动通信系统的业务特点 第三代移动通信的演进(4G) 第五代移动通信,1.1 移动通信的标准化,1.1.1 第三代移动通信标准化组织 1第三代移动通信的目标（1）全球统一频谱、标准，实现全球无缝漫游。（2）更高的频谱效率，更低的建设成本。,（3）能提供较高的服务质量和保密性能。 （4）能提供足够的系统容量，方便2G系统的过渡和演进。,（5）能提供多种业务，适应多种环境。快速移动环境中最高传输速率可达144kbit/s，室外到室内或步行环境中最高传输速率达到384kbit/s，室内环境中最高
2、传输速率达到2Mbit/s。,2第三代移动通信的特征,相比于第二代移动通信，第三代移动通信具有如下特征：（1）3G系统具有大容量语音、高速数据和图像传输的能力。IMT-2000提供给用户的基本服务包括高质量的语音传输、消息服务、多媒体业务、Internet访问、Web浏览、视频会议和移动商务等。,（2）3G系统可以基于第二代移动通信系统平滑过渡和演进。（3）3G系统采用了新的通信技术。3G系统普遍采用了无线宽带传输、复杂的编解码方案、高阶的调制解调算法、功率控制技术、新的切换算法、智能天线、分集技术等。,3第三代移动通信的标准化组织,（1）3GPP 3GPP的组织机构。3GPP的组织机构如图1
3、-1所示。,图1-1 3GPP组织机构, 3GPP工作。3GPP的主要工作是研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即制定以GSM移动应用部分（GSM Mobile Application Part，GSM MAP）为核心网，通用陆地无线接入（Universal Terrestrial Radio Access，UTRA）为无线接口的标准。,（2）3GPP2, 3GPP2的组织。3GPP2的组织机构如图1-2所示。,图1-2 3GPP2组织机构, 3GPP2工作。3GPP2的主要工作是制定以ANSI/IS-41为核心网、cdma2000为无线接口的3G标准。 ANSI（America
4、n National Standards Institute）是美国国家标准学会，IS-41协议是CDMA第二代数字蜂窝移动通信系统的核心网移动性管理协议。,3GPP2的标准化工作受到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。3GPP2 的标准化演进采用和3GPP类似的演进路径，面向数据通信的方向演进。,1.1.2 第三代移动通信技术标准,1第三代移动通信标准的提出1999年11月5日在芬兰赫尔辛基召开的ITU TG8/1第18次会议上最终确定了5种技术标准作为第三代移动通信的基础，如表1-1所示。,表1-1 IMT-2000无线接口的5种技术标准,采用码分多址接入技术（CDMA）的3
5、种候选方案成为第三代移动通信的主流标准。3种主流标准的工作方式分别为频分双工直扩（FDD-DS）、频分双工多载波（FDD-MC）和时分双工（TDD），对应的标准分别为WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA/UTRA-TDD。,23大主流技术标准性能对比,3G的3大主流技术的网络基础、核心网、空中接口、码片速率、载频间隔、扩频方式、同步和功控速度等主要技术特点如表1-2所示。,表1-2 3G的主流标准性能对比,1.1.3 移动通信标准化进程,13GPP技术规范的版本划分 （1）R99版本R99版本的功能于2000年3月份确定，是3GPP制定完成的第一个3G正式版本，有时称为UMTS标准，
6、后续版本不再以年份命名。,（2）R4版本,R4版本功能于2001年3月确定。与R99版本相比，R4版本在无线接入网络结构方面无明显变化，重要的改变是在核心网电路域方面，此外增加了一些接口协议的增强功能和特性。,（3）R5版本,R5版本功能于2002年6月份确定。R5版本在无线接入网方面做了如下改进。 提出高速下行分组接入（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）技术，使下行数据理论峰值速率可达14.4Mbit/s。, Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可选择传输方式，保证无线接入网能实现全IP化。 R5版本在核心网（Core Network，CN）
7、方面，在R4基础上增加了IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS），完成了IMS子系统基本功能的描述。,（4）R6版本,R6版本功能于2004年12月确定。与R5版本相比，R6版本的网络结构没有太大的变动，主要是对已有功能的增强，增加了一些新的功能特性。,（5）R7版本,R7版本在完成了一些R6版本未完成的工作（如MIMO技术的标准化）外，又增加了一些新的功能特性，或对已有的功能特性进行增强。另外，R7版本中还花费大量精力开展了LTE的可行性研究和HSPA演进的研究。在R7版本中研究和标准化的主要内容包括以下方面。, 无线接入方面新技术的研究，包括干扰消除技术、
8、下行符号周期减小和高阶调制、延迟降低技术，用于HSDPA的MIMO技术，采用OFDM增强HSDPA和HSUPA的可行性研究。, 与IMS应用相关的研究，包括通过CS域承载IMS话音，支持IMS紧急呼叫，通过IMS支持电话会议组与信息组管理，为实时通信增强和优化IMS，基于WLAN的IMS话音与GSM网络的电路域的互通等。, 业务的增强，包括位置业务的增强，在通用3GPP IP接入系统中支持短信息业务（SMS）和多媒体信息业务（MMS），MBMS增强可视电话（Video Telephony）业务研究等。, 长期演进（LTE）的可行性研究。 FDD HSPA演进工作范围研究。 引入了先进全球导航卫
9、星系统（Advanced Global Navigation Satellite System，AGNSS）的概念，分析了辅助GPS（Assisted GPS，AGPS）的最小性能。,（6）R8版本,R8版本中开展了两项非常重要的演进标准化项目LTE和SAE，SAE指3G系统架构的演进。在完成LTE和SAE规范制定的同时，R8还进行了一系列其他的增强和完善工作。,（7）R9版本,R9版本研究和标准化工作主要包括以下内容。 网络互通方面包括对移动网络和WLAN之间的无缝漫游和业务连续性的需求研究；对WiMAX/LTE移动性的支持；对WiMAX/UMTS移动性的支持。, 业务方面包括对IMS紧急呼
10、叫的扩展性的支持， 对GPRS系统和EPS（Evolved Packet System）系统中IMS紧急呼叫的支持，对EPS系统中增强话音业务的需求研究。, Home Node B和Home eNode B安全性的研究。 LTE-advanced的研究等。,（8）R10版本,R10版本的LTE-A标准支持100MHz带宽，峰值速率超过1Gbps，于2010年9月被国际电信联盟（ITU）正式接受为IMT-Advanced（4G）国际标准。,R10是LTE-A第一个版本，引入了载波聚合、中继Relay技术、异构网干扰消除等技术，并在LTE技术上增强了多天线技术，进一步提升了系统性能，最大支持100
11、Mhz带宽，支持88天线配置，系统峰值吞吐量提高到1Gbps以上。其标准化工作于2011年3月完成。,（9）R11版本,R11版本在R10版本基础上进一步支持了协作多点传输CoMP技术，通过同小区不同扇区间协调调度或多个扇区协同传输提高系统吞吐量，特别是小区边缘用户的吞吐量。,同时，设计了新的控制信道，实现了更高的多天线传输增益，并降低了异构网络中控制信道间干扰。通过对载波聚合技术的增强，支持了时隙配置不同的多个TDD载波间的聚合。,（10）R12版本,R12版本是LTE-A最新版本，主要标准化工作已完成。R12版本针对室内外热点等场景进行了优化，称为Small Cell，国内称为LTE-Hi
12、或小小区增强。,LTE-Hi技术可以提升系统频谱效率和运维效率，采用的关键技术包括更高阶调制（256QAM）、小区快速开关和小区发现、基于空中接口的基站间同步增强、宏微融合的双连接技术、业务自适应的TDD动态时隙配置等。,23GPP2技术规范的发展历程,cdma2000相关标准主要由3GPP2制定。cdma2000标准体系主要分为无线网和核心网两大部分，无线网与核心网技术的演进是分阶段、各自独立进行的，而WCDMA/TD-SCDMA的演进则是无线网和核心网同时进行的。3GPP2制定的标准侧重于无线技术，3GPP制定的标准则包括无线侧和核心侧。,1.2 第三代移动通信频谱分配,第三代移动通信系统
13、频谱安排如图1-3所示。,图1-3 WRC2000频谱安排,1.3 第三代移动通信业务,1根据应用层QoS的3G业务分类按照应用层QoS的业务分类，3GPP定义了4种基本业务类型，各种业务类型的区别主要是对时延灵敏度有不同要求。,（1）会话类业务,会话类业务可以认为是对称的或近似对称的，对端到端的延时要求比较严格，通常由电路域CS承载。例如对于语音业务通常要求时延最大不能超过400ms。,（2）流类业务,流类业务与会话类业务相比，区别在于对端到端的延时要求降低。流类业务对呼叫等待通常有较高的容忍度，可以提供呼叫排队机制。,（3）交互类业务,交互类业务是指用户从服务器请求数据的一类业务，需要终端
14、用户的请求响应。交互类业务对时延有较大的容忍度。系统可以在忙时保存用户请求，等到信道空闲时响应。,（4）背景类业务,背景类业务与交互类业务主要用于传统的IP应用，两者都定义了一定的误码率要求。两者区别在于前者更多地用于后台业务，不需要接收端在一定时间内收到响应消息；而后者主要用于交互式场合，需要响应消息。,2根据用户体验的3G业务分类,（1）通信类业务 （2）娱乐类业务 （3）资讯类业务 （4）Internet业务 （5）金融业务 （6）位置服务 （7）监控服务,1.4 第三代移动通信演进(4G),1.4.1 第三代移动通信的演进路径 1第三代移动通信的演进路径3G的演进如图1-6所示。,图1
15、-6 3G的演进路径,2LTE移动通信系统,表1-3 R8版本的LTE关键性能指标,1.4.2 IMT-Advanced(4G),1ITU-Advanced的标准化进程 2LTE-Advanced主要目标,LTE-A系统的几个主要目标如下： 在LTE系统设计的基础上进行平滑演进，使LTE与LTE-A之间实现两者的相互兼容。任何一个系统的用户都能够在这两个系统接入使用。, 进一步增强系统性能。LTE-A系统能够全面满足ITU提出的IMT-Advanced的技术性能要求，提供更快的峰值速率和更高的频谱效率，同时显著提升小区边缘性能。, 可以灵活配置系统使用的频谱和带宽，充分利用现有的离散频谱，将其
16、整合为最大100MHz的带宽供系统使用。这些整合的离散频谱可以在一个频带内连续或者不连续，甚至是频带间的频段，这些频段的带宽同时也是LTE系统支持的传输带宽。 网络自动化、自组织能力功能需要进一步加强。,1.5 第五代移动通信 (5G),15G的研发现状 25G的概念5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能力指标为 “Gbps用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。,35G主要场景与关键性能指标,表1-5 5G主要场景与关键性能指标,45G关键技术,5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面。在无线技术领域，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型网络架构已取得广泛共识。,此外，基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）、滤波器组多载波（FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通（D2D）、多元低密度奇偶检验（Q-ary LDPC）码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。,
