任务1 概述
【工作任务单】
【知识链接1】 移动通信演进历程
1.移动通信演进过程概述
移动通信发展的最终目标是实现任何人可以在任何时候、任何地方与其他任何人以任何方式进行通信。蜂窝移动通信系统从20世纪70年代发展至今，根据其发展历程和发展方向，可以划分为四个阶段，即：第一代，模拟蜂窝通信系统，简称 1G；第二代，数字蜂窝移动通信系统，简称2G；第三代，国际移动通信（IMT-2000），简称3G；第四代，高级国际移动通信（IMT-Advanced），简称4G。
移动通信从2G、3G到4G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。第三代合作伙伴计划（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
2.3G技术演进过程
在1985年，国际电信联盟（ITU）提出了第三代移动通信系统的概念，当时被称为未来公共陆地移动通信系统。后来考虑该系统预计在2000年左右开始商用，且工作于2000MHz的频段，故1996年 ITU 采纳日本等国的建议，将 FPLMTS 更名为国际移动通信系统（IMT-2000）。
目前国际上最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种，它们分别是：cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA。其中，cdma2000和WCDMA 属于频分双工（FDD）方式；TD-SCDMA属于时分双工（TDD）方式，其上、下行工作于同一频率。
3种3G制式的对比见表1-1。
表1-1 3种3G制式的对比
（1）WCDMA技术演进过程
WCDMA的技术演进过程如图1-2所示。
图1-2 WCDMA技术演进过程
（2）TD-SCDMA技术演进过程
TD演进可分为两个阶段，CDMA技术标准阶段和OFDMA技术标准阶段。CDMA技术标准阶段可平滑演进到HSPA+。频谱效率接近LTE。TD-SCDMA技术演进过程如图1-3所示。
图1-3 TD-SCDMA技术演进过程
（3）cdma2000技术演进过程
cdma One是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于cdma One技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准。cdma2000 1x在1.25MHz频谱带宽内，单载扇提供307.2kbit/s 高速分组数据速率，1xEV-DO Rev.0 提供 2.4Mbit/s 下行峰值速率，Rev.A 提供3.1Mbit/s下行峰值速率。cdma 2000技术演进过程如图1-4所示。
3.4G是什么
长期演进计划（Long Term Evolution，LTE）项目启动的背景是：其一，基于CDMA技术的3G标准在通过高速下行分组接入（HSDPA）以及增强型上行链路（Enhanced Uplink）等技术增强之后，可以保证未来几年内的竞争力，但需要考虑如何保证在更长时间内的竞争力。其二，在正交频率复用（OFDM）、多天线、调度、反馈等技术领域的研究成熟度已基本可以支撑标准化和产品开发的需要。其三，基于通信产业对“移动通信宽带化”的认识和应对“宽带接入移动化”挑战的需要，移动通信与宽带无线接入（BWA）技术的逐步融合，应对全球微波互联接入（WiMAX）标准的市场竞争。
图1-4 cdma2000技术演进过程
（1）4G是什么
4G 就是第四代移动通信系统。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：正交频率复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），多载波调制技术，自适应调制和编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技术，多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）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联需要用网关建立网络的互联，所以4G将是一个复杂的多协议网络。
（2）4G有何特征
①传输速率更快：对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbit/s；对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s；
②频谱利用效率更高：4G 在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，无线频谱的利用比第二代和第三代系统有效得多，而且速度相当快，下载速率可达到 5～10Mbit/s；
③网络频谱更宽：每个 4G 信道将会占用 100MHz 或是更多的带宽，而 3G 网络的带宽则在5～20MHz之间。
④容量更大：4G 将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来大幅度地提高系统容量，以满足未来大信息量的需求。
⑤灵活性更强：4G系统采用智能技术，可自适应地进行资源分配，采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。另外，用户将使用各式各样的设备接入到4G系统。
⑥实现更高质量的多媒体通信：4G网络的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中，因此4G也是一种实时的宽带的以及无缝覆盖的多媒体移动通信。
⑦兼容性更平滑：4G系统应具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第三代平稳过渡等特点。
（3）4G牌照下发
4G 牌照是无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的第 4 代移动通信技术（4G）的经营许可权。许可权由中华人民共和国工业和信息化部许可发放。4G 是第四代移动通信及其技术的简称，是集 3G 与 WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。2013年12月4日，工信部正式向三大运营商发布4G牌照，中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照。
【想一想】
1.无线通信技术的发展和演进过程。
2.4G是什么？有何特征？
【知识链接2】 LTE演进需求及网络架构
1.LTE演进需求
（1）LTE项目启动的背景
其一，基于 CDMA 技术的3G 标准在通过高速下行分组接入（HSDPA）以及上行增强（Enhanced Uplink）等技术增强之后，可以保证未来几年内的竞争力，但需要考虑如何保证在更长时间内的竞争力。其二，在OFDM、多天线、调度、反馈等技术领域的研究成熟度已基本可以支撑标准化和产品开发的需要。其三，基于通信产业对“移动通信宽带化”的认识和应对“宽带接入移动化”挑战的需要，移动通信与宽带无线接入（BWA）技术的逐步融合，应对WiMAX标准的市场竞争。
（2）LTE标准进展
LTE项目的时间进展如图1-5所示。3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，长期演进计划（Long Term Evolution，LTE）是关于 UTRAN和UTRA 改进的项目。3GPP标准制定分为LTE研究阶段（Study Item，SI）和LTE工作阶段（Work Item，WI）。LTE研究阶段原定于2006年6月完成，但在2006年9月才最终完成，延迟了3个月；LTE工作阶段原定于2007年6月完成，但直到2008年底才基本完成。
SI又可以称为第1阶段（Stage 1），这个阶段主要是以研究的形式确定LTE的基本框架和主要技术选择，对LTE标准化的可行性作出判断。WI阶段包括第2阶段（Stage 2）和第3阶段（Stage 3）。Stage 2是对Stage 1中初步讨论的系统基本框架进行确认，并进一步丰富系统的细节，形成规范TR36.300。Stage 3则最终完成R8 LTE规范。
LTE SI阶段由于尚未对LTE WI正式立项，故沿用了原来RAN使用的25系列为SI各个研究报告编号，如需求报告（TR25.913）、RAN1 研究报告（TR25.814）、RAN2 研究报告（TR25.813）、RAN3 研究报告（R3.018）等一系列研究报告。2006年9月，RAN 通过 LTE WI立项申请，WI正式开始。3GPP将36系列的规范编号分配给了LTE专用，如LTE物理层总体描述（TS36.201）、复用和信道编码（TS36.212）、物理层提供的服务（TS36.302）、架构描述（TS36.401）等30多个LTE技术规范。
3GPP以工作组（WG）的方式工作，与LTE直接相关的是RAN1/2/3/4/5工作组。
图1-5 LTE项目的时间进展
（3）3GPP组织架构
第 3代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）于1998年12月成立，是一个由无线工业及商贸联合会（ARIB）、中国通信标准化协会（CCSA）、欧洲电信标准研究所（ESTI）、电信行业解决方案联盟（ATIS）、电信技术协会（TTA）和电信技术委员会（TTC）合作成立的通信标准化组织。
按照3GPP成立之初确定的工作范畴，3GPP只能开展与IMT2000相关的研究和标准化工作。2007年7月，3GPP合作伙伴（Organizational Partners，OP）会议专门通过了扩大3GPP工作范围的决议，使3GPP可以开展针对IMT-Advanced的工作，这项工作即先进LTE（LTE-Advanced）。
3GPP的基本组织结构如图1-6所示，主要分为4个技术规范组（Technical Specification Group，TSG）。
图1-6 3GPP组织架构
①TSG GERAN（GSM/EDGE RAN）：负责GSM/EDGE无线接入网技术规范的制定。
②TSG RAN：负责3GPP除GERAN之外的无线接入网技术规范的制定。
③TSG SA（业务与系统方面）：负责3GPP业务与系统方面的技术规范制定。
④TSG CT（核心网及终端）：负责3GPP核心网及终端方面的技术规范定制。
在4个TSG之上，设立了一个项目协调组（PCG），代表OP对4个TSG的工作进行管理和协调。在每个TSG下面，又包含3～5个不等的工作组（WG）负责该TSG各个方面的工作。每个TSG每年一般召开4次会议，每个WG每年也一般开4次会议。
相对WG会议，TSG会议被称为“全会”（Plenary），TSG全会有设立研究和标准化项目的权力，研究项目又称为研究阶段（SI），标准化项目又称为工作阶段（WI）。SI 只输出研究报告（TR），WI 则输出技术规范（TS）。一个重要的课题通常会先经过 SI 阶段的研究，然后再进入WI阶段的标准化制定工作。TSG在设立了SI或WI后，会交由对口的WG去完成，WG在一阶段工作完成后会向TSG全会汇报该SI/WI的进展情况，以便TSG对这些SI/WI进行项目管理。例如，LTE就是一个由RAN1～RAN5各WG共同参与的项目，分成SI阶段和WI阶段。
2.LTE网络架构
（1）LTE网络结构
LTE网络结构如图1-7所示。
图1-7 LTE网络结构
图1-7说明如下：
UTRAN：UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS陆地无线接入网；E-UTRAN：Evolved UTRAN，演进的通用陆地无线接入网；EPC：Evolved Packet Core network，演进型分组核心网；EPS：演进型分组系统；MME：Mobile Managenment Entity，移动管理实体；S-GW：Serving Gateway，服务网关。
E-UTRAN只有一种节点网元eNodeB，简称eNB，R NC+NodeB=eNodeB。
（2）各网元功能
①eNodeB
eNodeB具有现3GPP NodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能、MAC、RLC、PDCP功能、RRC功能、资源调度和无线资源管理、无线接入控制、移动性管理。
②MME
MME的功能主要有：NAS信令以及安全性功能、3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令、空闲模式下UE跟踪和可达性、漫游、鉴权、承载管理功能（包括专用承载的建立）。
③S-GW
支持 UE的移动性切换用户面数据的功能、E-UTRAN 空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持、数据包路由和转发、上下行传输层数据包标记。
④P-GW
基于用户的包过滤、合法监听、IP 地址分配、上下行传输层数据包标记、DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）。
（3）LTE网络结构的特点
①基于 ALL IP的网络扁平化，网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务。
②网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易。
③取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性。
④真正实现网络控制和承载分离。
⑤支持多种制式共接入：2G/3G/LTE/WiMAX。
⑥网络控制的QoS策略控制和计费体系。
【想一想】
1.LTE技术的发展历程。
2.3GPP是一个什么组织？它的组织架构是怎样的？
3.LTE网络结构怎样？有何特点？
【技能实训】 LTE项目进展资料收集
1.实训目标
（1）培养良好的职业道德与习惯，增强团队意识。
（2）能够利用Internet网络进行LTE项目发展情况的资料收集。
（3）能够利用Internet网络进行本地LTE网络规划建设资料的收集。
2.实训设备
能连接Internet网络的计算机一台。
3.实训步骤及注意事项
（1）通过Internet网络了解国际、国内LTE项目发展情况。
（2）通过Internet网络了解本地经济情况、人文情况和网络现状。
（3）通过前面的调查，对资料进行电子归档，并整理成一个文档。
4.实训考核单
