任务1 概述
【本任务要求】
1.识记：WCDMA技术演进过程、TD-SCDMA技术演进过程、cdma 2000技术演进过程。
2.领会：移动通信系统的发展过程、LTE相关工作组。
一、背景介绍
1.移动通信演进过程概述
移动通信从 2G、3G 到 3.9G的发展过程，是从低速语音业务到高速多媒体业务发展的过程。3GPP正逐渐完善R8的LTE标准：2008年12月，R8 LTE RAN1冻结，2008年12月，R8 LTE RAN2、RAN3、RAN4完成功能冻结，2009年3月，R8 LTE标准完成，此协议的完成能够满足LTE系统首次商用的基本功能。
无线通信技术发展和演进过程如图1.1所示。
图1.1 无线通信技术发展和演进图
移动通信技术的发展历程可以分为4个阶段，如表 1.1所示。
表1.1 移动通信系统的发展历程
2.WCDMA、TD-SCDMA与cdma2000制式对比
尽管基于话音业务的移动通信网已经足以满足人们对于话音移动通信的需求，但是随着社会经济的发展，人们对数据通信业务的需求日益增高，已不再满足以话音业务为主的移动通信网所提供的服务。第三代移动通信系统（3G）是在第二代移动通信技术基础上进一步演进的，以宽带码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技术为主，并能同时提供话音和数据业务。
3G 与 2G的主要区别是在传输语音和数据速率上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也考虑与已有第二代系统的良好兼容性。目前国内支持国际电联确定的3个无线接口标准分别是，中国电信运营的cdma 2000、中国联通运营的WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）和中国移动运营的TD-SCDMA（Time-Division Synchronous Code Division Multiple Access）。3种制式的对比如表1.2所示。
TD-SCDMA 由我国信息产业部电信科学技术研究院提出，采用不需配对频谱的时分双工（Time Division Duplexing，TDD）工作方式，以及 FDMA、TDMA、CDMA 相结合的多址接入方式，载波带宽为1.6MHz，对支持上下行不对称业务有优势。TD-SCDMA 系统还采用了智能天线、同步 CDMA、自适应功率控制、联合检测及接力切换等技术，使其具有频谱利用率高、抗干扰能力强、系统容量大等特点。WCDMA 源于欧洲，同时与日本几种技术相融合，是一个宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统。其核心网是基于演进的GSM/GPRS网络技术，载波带宽为5MHz，可支持384kbit/s～2Mbit/s不等的数据传输速率。在同一传输信道中，WCDMA 可以同时提供电路交换和分组交换的服务，提高了无线资源的使用效率。
表1.2 3种制式对比
WCDMA 支持同步/异步基站运行模式、采用上下行快速功率控制、下行发射分集等技术。
cdma2000 由高通公司为主导提出，是在 IS-95 基础上的进一步发展，分两个阶段：cdma2000 1xEV-DO（Data Optimized）和cdma2000 1xEV-DV（ Data and Voice）。
cdma2000的空中接口保持了许多 IS-95 空中接口设计的特征，为了支持高速数据业务，还提出了许多新技术：前向发射分集、前向快速功率控制，增加了快速寻呼信道、上行导频信道等。
第三代移动通信具有如下基本特征。
具有更高的频谱效率、更大的系统容量。
能提供高质量业务，并具有多媒体接口：快速移动环境，最高速率达144kbit/s。
室外到室内或系统环境，最高速率达384kbit/s。
室内环境，最高速率达2Mbit/s。
具有更好的抗干扰能力：这是由于其宽带特性，可以通过扩频通信抵抗干扰。
支持频间无缝切换，从而支持多层次小区结构。
经过2G向3G的过渡、演进，并与固网兼容。
二、LTE简介和标准进展
1.LTE概述
目前 3G 系统仍存在很多不足，如采用电路交换，而不是纯 IP 方式；最大传输速率达不到 2Mbit/s，无法满足用户高带宽要求；多种标准难以实现全球漫游等。正是由于 3G的局限性推动了人们对下一代移动通信系统——4G的研究和期待。
第四代移动通信系统可称为宽带接入和分布式网络，其网络结构将是一个采用全 IP的网络结构。4G 网络采用许多关键技术来支撑，包括：正交频率复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术、多载波调制技术、自适应调制和编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技术、多进多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术和智能天线技术、基于 IP的核心网、软件无线电技术以及网络优化和安全性等。另外，为了与传统的网络互连，需要用网关建立网络的互连，所以 4G 将是一个复杂的多协议网络。
当前，全球无线通信正呈现出移动化、宽带化和 IP 化的趋势，移动通信行业的竞争极为激烈。基于 WCDMA 无线接入技术的3G 移动通信技术已逐渐成熟，正在世界范围内被广泛推广应用。随着宽带无线接入概念的出现，Wi-Fi 和 WiMAX 等无线接入方案迅猛发展，为了维持在移动通信行业中的竞争力和主导地位，第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）在 2004年1月启动了长期演进计划（Long Term Evolution，LTE），以实现 3G 技术向B3G和4G的平滑过渡。LTE 计划是3GPP 最近几年启动的最大科研项目，目标是在相当程度上推动 3G 技术的发展，并满足人们未来 10年左右对于移动通信的技术要求。3GPP 设计的主要目标是满足低时延、低复杂度、低成本的要求，从而实现更高的用户容量、系统吞吐量和端到端的服务质量保证。
3GPP的标准化进程分为两个阶段。SI（Study Item）阶段，预计 2006年6月完成，主要完成目标需求的定义，明确 LTE的概念，完成可行性研究报告；但由于一些问题没有解决，研究阶段推迟到 2006年9月才结束。第二阶段：WI（Work Item）阶段，完成LTE的标准化工作，同时与 LTE 相配合的SAE 项目的SI 也开始进行。
2.TD-LTE标准的提出
TD-LTE（TDD-Long Term Evolution）是TDD 版本的LTE的技术，FDD-LTE（FDD-Long Term Evolution）的技术是FDD版本的LTE技术。TDD和FDD的差别就是TD采用不对称频率，是用时间进行双工的，而 FDD 采用对称频率来进行双工。TD-LTE是我国拥有核心自主知识产权的国际标准，是TD-SCDMA的后续演进技术，是一种专门为移动高宽带应用而设计的无线通信标准，沿用了TD-SCDMA的帧结构。
TD-SCDMA 向 LTE的演进路线为，首先在TD-SCDMA的基础上采用单载波的高速下行分组接入（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）技术，速率达到2.8Mbit/s；而后采用多载波的HSDPA，速率达到7.2Mbit/s；接着到HSPA+阶段，速率将超过10Mbit/s，并继续逐步提高它的上行接入能力。最后从 HSPA+演进到 TD-LTE。TD-LTE的技术优势体现在速率、时延和频谱利用率等多个领域，这使得运营商能够在有限的频谱带宽资源上具备更强大的业务提供能力。另外，在 TD-LTE的标准化过程中，还要考虑和 TD-SCDMA的共存性要求。
3.TD-LTE R8 版本
3GPP于2008年12月发布LTE第一版（Release 8），R8版本为LTE标准的基础版本。目前，R8版本已非常稳定。R8版本重点针对LTE与SAE（System Architecture Evolution，系统架构演进）网络的系统架构、无线传输关键技术、接口协议与功能、基本消息流程、系统安全等方面均进行了细致的研究和标准化。
在无线接入网方面，将系统的峰值数据速率提高至下行 100Mbit/s、上行 50Mbit/s；在核心网方面，引入了纯分组域核心网系统架构，并支持多种非3GPP接入网技术接入统一的核心网。
从2004年概念提出，到2008年发布R8版本，LTE的商用标准文本制定及发布整整经历了 4年时间。对于 TDD的方式而言，在 R8 版本中，明确采用 Type 2 类型作为唯一的TDD 物理层帧结构，并且规定了相关物理层的具体参数，即 TD-LTE 方案，这为今后其后续技术的发展，打下坚实的基础。
4.LTE R9版本
2010年3月发布第二版（Release 9）LTE标准，R9版本为LTE的增强版本。R9版本与R8版本相比，将针对SAE紧急呼叫、增强型MBMS（E-MBMS）、基于控制面的定位业务，及LTE与WiMAX系统间的单射频切换优化等课题进行标准化。
另外，R9 版本还将开展一些新课题的研究与标准化工作，包括公共告警系统（Public Warning System，PWS）、业务管理与迁移（Service Alignment and Migration，SAM）、个性回铃音CRS、多PDN接入及IP流的移动性、Home eNodeB安全性，及LTE技术的进一步演进与增强（LTE-Advanced）等。
5.TD-LTE的未来演进
2008年3月在LTE标准化终于接近于完成之时，一个在LTE基础上继续演进的项目——先进的LTE（LTE-Advanced）项目又在3GPP拉开了序幕。LTE-A是在LTE R8/R9版本的基础上进一步演进和增强的标准，它的一个主要目标是满足国际电联无线电通信部门（ITU-R）关于IMT-A（4G）标准的需求。
同时，为了维持3GPP标准的竞争力，3GPP制定的LTE技术需求指标要高于IMT-A的指标。
LTE 相对于 3G 技术，名为“演进”，实为“革命”，但是LTE-Advanced 将不会成为再一次的“革命”，而是作为LTE 基础上的平滑演进。LTE-Advanced 系统应自然地支持原LTE的全部功能，并支持与LTE的前后向兼容性，即 R8 LTE的终端可以介入未来的LTE-Advanced系统，LTE-Advanced系统也可以接入R8 LTE系统。
在 LTE 基础上，LTE-Advanced的技术发展更多地集中在无线资源管理（Radio Resource Management，RRM）技术和网络层的优化方面，主要使用了如下一些新技术。
载波聚合：核心思想是把连续频谱或若干离散频谱划分为多个成员载波（Component Carrier，CC），允许终端在多个子频带上同时进行数据收发。通过载波聚合，LTE-A 系统可以支持最大100MHz 带宽，系统/ 终端最大峰值速率可达1Gbit/s以上。
增强上下行 MIMO：LTE R8/R9 下行支持最多 4 数据流的单用户 MIMO，上行只支持多用户 MIMO。LTE-A为提高吞吐量和峰值速率，在下行支持最高 8 数据流单用户MIMO，上行支持最高4 数据流单用户MIMO。
中继（Relay）技术：基站不直接将信号发送给 UE，而是先发给一个中继站（Relay Station，RS），然后再由RS将信号转发给UE。无线中继很好地解决了传统直放站的干扰问题，不但可以提升蜂窝网络容量、增强覆盖扩展等性能，更可以提供灵活、快速的部署，弥补回传链路缺失的问题。
协作多点传输技术（Coordinative Multiple Point，CoMP）：是LTE-A中为了实现干扰规避和干扰利用而进行的一项重要研究，包括两种：小区间干扰协调技术（Coordinated Scheduling），也称为“干扰避免”；协作式 MIMO 技术（Joint Processing），也称为“干扰利用”。两种方式通过不同的技术降低小区间干扰，提高小区边缘用户的服务质量和系统的吞吐量。
针对室内和热点场景进行优化：未来移动网络中除了传统的宏蜂窝、微蜂窝，还有微微蜂窝以及家庭基站，这些新节点的引入使得网络拓扑结构更加复杂，形成了多种类型节点共同竞争相同无线资源的全新干扰环境。LTE-Advanced的重点工作之一应该放在优化室内场景方面。
6.TD-LTE与FDD-LTE系统的对比
LTE 系统定义了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种双工方式。FDD是指在对称的频率信道上接收和发送数据，通过保护频段分离发送和接收信道的方式。TDD是指通过时间分离发送和接收信道，发送和接收使用同一载波频率的不同时隙的方式。时间资源在两个方向上分配，因此基站和移动台必须协同一致进行工作。
TDD方式和FDD方式相比有一些独特的技术特点：能灵活配置频率，利用 FDD 系统不易使用的零散频段；TDD 方式不需要对称使用频率，频谱利用率高；具有上下行信道互惠性，能够更好地采用传输预处理技术，如预 RAKE 技术、联合传输（JT）技术、智能天线技术等，能有效降低移动终端的处理复杂性。
但是，TDD双工方式相较于FDD，也存在明显的不足：TDD方式的时间资源在两个方向上分配，因此基站和移动台必须协同一致进行工作，对同步要求高，系统较 FDD 复杂；TDD 系统上行受限，因此 TDD 基站的覆盖范围明显小于 FDD 基站；TDD 系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；另外，TDD 对高速运动物体的支持性不够。