移动通信工程系统

上海大学翔英学院SHANGHAIUNIVERSITY企业课程报告1一、课程的理论概述（一）移动通信技术的发展蜂窝移动通信系统从70年代发展至今，根据其发展历程和方向，可以划分为三个阶段：1、模拟移动通信技术（1G）第一代移动通信系统(1G)是在20世纪80年提出，主要技术模拟技术和频分多址(FDMA)技术。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。模拟传输其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。采用频分复用，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约2．4kbit/s。2、数字移动通信技术（2G）第二代移动通信技术(2G)于90年代登上舞台。第二代移动通信系统采用了数字化，数字无线标准主要有：GSM，TDMAIS-136，PDC和CDMAIS-95等。我国第二代移动通信系统主要以GSM和CDMA为主。为了适应数据业务的发展需要，在第二代技术中还诞生了2.5G，也就是GSM系统的GPRS和CDMA系统的IS-95B技术，全面提高了分组数据通信的速率，达到115Kbit/s，最高可达171Kbit/s。改善了语音通话质量，提高了保密性。3、第三代—3G技术第三代移动通信系统(3G)，也称IMT2000，在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主，并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统。其特点是：无缝的全球漫游、高速传输、无缝业务传输。GSM设备采用的是频分多址，而CDMA使用码分扩频技术，先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量，业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电联确定三个无线接口标准，分别是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，我国三大运营商中国移动、中国电信、中国联通采用的3G移动通信技术分别是TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA。其中TD-SCDMA是我国具有自主知识产权的3G移动通信技术。是我国首次向国际电联提出的中国建议，是一种基于CDMA，结合智能天线、软件无线电、高质量语音压缩编码等先进技术的优秀方案。TD-SCDMA即时分的同步码分多址技术，是中国电信行业百年来第一个完整的移动通信技术标准，是可替代UTRA－FDD的方案，得到了中国通信标准化协会（CWTS）及3GPP国际组织的全面支持，是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一。W-CDMA意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA2技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。CDMA2000是由窄带CDMA技术发展而来的宽带CDMA技术，是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。（二）LTE技术1、LTE技术介绍LTE是英文LongTermEvolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。它改进并增强了3G的空中接入技术，以OFDM和MIMO技术为核心，显著增加了频谱效率和数据传输速率，在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。LTE包括FDD和TDD两种模式，即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统，两种模式的区别是TDD采用的是不对称频率，是利用时间来进行双工的，而FDD采用一对频率进行双工。相对于FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率。LTE技术具有高速率、低时延特性，从网络结构上呈现出扁平化、IP化、融合组网三大特点。扁平化的核心就是网络的全IP化，当前不仅要求传输网向IP化的方向发展，而且网络的各个层面都要和EPC（演进分组核心网）平台兼容。融合组网的特点意味着网络平台是融合的，是异构化的，包括2G、3G、4G在内的网络都可以得到协同发展。LTE尽管被宣传为4G无线标准,但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTEAdvanced才满足国际电信联盟对4G的要求，即LTE-A。2、LTE关键技术：(1)OFDM正交频分复用技术将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交，最大限度利用频谱资源。下行链路采用OFDMA技术，上行采用SC-FDMA方式，在保证用户接入方式上的正交性的同时，避免OFDM技术中高峰均比的不足。OFDM技术的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现3低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。（2)MIMO技术基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的宽带内由多个发射天线上同时刻发射，由多个接收天线接收，并根据各个并行数据流的空间特征，利用解调技术，最终恢复原数据流。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能。（3）高阶调制技术LTE系统采用高阶调制技术，上行链路调制方式引入16QAM，下行链路引入64QAM。从而提高峰值速率。二、4G网络建设移动数据流量的激增正在推动移动通信网络演进。当前，在数据流量的爆炸式增长下，4G网络正在全球范围内兴起。2013年12月，我国的4G牌照尘埃落定，正式开启了我国4G商用时代，有力推动了我国TD-LTE网络的建设。但是同时，4G的快速兴起也给运营商的网络建设、网络运营、网络优化、网络维护带来新的挑战。如何根据4G网络的特点以及4G业务开展的需要，开展网络运维工作，成为业界积极探索的方向。LTE时代的到来对通信运维工作提出了更高的要求，电信运营商需要进一步提升网络和服务质量，通信运维企业也需要深入了解LTE网络的特点，并根据LTE网络的业务需要进行技术的储备和人才的培养。4G网络给业务发展带来了新的机遇，但是4G网络的出现，也给通信网络的运营维护和优化提出新的要求。一是工程速度要求快，任务重；二是组网难度大；三是网络结构的集中化导致风险的增加，带来了技术上的更新，并增大了网络优化的难度；四是网络架构复杂度的提高，多种网络制式的并存不仅将提升运营维护的难度，同时还会增加网络干扰。面对网络结构的变化，中国移动的网络运维工作正在向着集中化的方向发展，因为只有运维体系的集中，才能降低成本，提升效率，才能符合技术演进的需要。对于通信运维企业而言，4G网络的兴起也带来了不小的挑战。一方面，网络维护上出现4了更多的技术要求，比如四网协同、网络的IP支持、PTN支持、IMS支持等。另一方面，网络复杂度的提升给通信运维企业的人才培养提出了新的要求。沈赤兵表示，移动通信行业是一个飞速发展的行业，无论是通信运维企业还是电信运营商，都要与时俱进、不断学习，甚至学习的速度比技术发展的速度更快，才能稳立潮头。当前，在网络复杂度不断提升的形势下，通信运维企业只有紧握技术发展的脉搏，着力培养一专多能的技术人员，才能适应技术演进和业务发展的需要。4GLTE网络结构的扁平化，给网络维护工作增加了难度。在扁平化的网络结构下，一个EPC可以管理几千个基站，这种网络的集中化趋势必然会增加维护的复杂度以及难度。同时，四网融合也给网络维护工作带来了一些新的课题。无论是网络干扰还是邻区关系复杂度的几何级增长，网络之间的互操作，都是网络优化和维护工作中需要重点解决的问题。4G网络建设的快速推进，也会导致网络优化问题的出现。由于基站选址的困难，导致网络在实际建设中会出现一些“空洞”，信号重叠覆盖的情况也会经常出现，这就要求对网络进行优化。因此，目前在网络基站建设完成之后，都要进行一系列的网络测试和优化工作。三、移动通信技术的发展趋势近几年移动通信行业发展趋势的是：3G用户数将突破5亿，中国有望跃升为全球4G第二大市场。移动通信行业正呈现出大变革、大融合、大发展的趋势。新技术、新业务的快速发展催生出了多种新业态，不同技术和业务之间的边界也越来越模糊，移动通信业的服务对象更广，服务种类更多，服务能力也更强。以移动互联网为平台，新型业务和应用创新速度不断加快，移动支付等应用也开始深刻改变人们生活。5G通讯的核心技术尚在研发阶段，具体的设备和技术还没有完全成型，且以目前4G通讯技术应用现况为如预期热络的情况来看，要使4G通讯成为主流通讯应用技术还需很长一段过渡时间，专家便预测市场消化并完全吸收4G技术的时间约需十年左右，而接踵而至的还有往后的很多技术。市场不变的趋势是，新技术和新需求将不断出现，移动通信技术演进的步伐不会停止。面对数据流量的激增，4GLTE网络终将无法满足用户对海量高速数据业务的需求，因此对于5G技术的相关研究已经展开。技术更迭步伐的加快，也要求通信运维工作能力的不断提升。对于通信运维产业链各环节的企业而言，只有通过技术能力的持续储备和人才的大力培养，才能够跟上网络演进的步伐，才能够把握新时代的新机遇。当前，国际电信联盟（ITU）积极推进5G需求、技术和频谱等标准化前期研究，主要国5家和企业纷纷启动5G研发与推进工作。我国成立IMT-2020（5G）推进组，全面组织推进国内5G研究，并已取得阶段性研究成果。移动互联网和物联网现在是面向2020年及未来移动通信发展的最主要驱动力，面对移动互联网和物联网业务发展需求，5G系统需要在低成本、低功耗以及安全可靠的前提下，解决包括传输速率提升10－100倍、时延毫秒量级、流量密度提升1000倍等问题。5G研究进展目前还不够明显，可能的技术演进路线主要有三条：一是在现有的LTE/LTE-A上继续演进。二是基于WLAN的演进。由于WLAN具有良好的产业和用户基础，下一代WLAN将进一步提升运营商业务支撑能力，是一种重要的演进方向。三是由于传统的移动通信技术演进都是革命性技术为标志，需要研究有可能出现新的革命性技术路线。四、收获与建议移动通信行业是一个快速增长的行业，新技术、新需求会不断涌现，未来移动通信必将具有这些基本特征：高速率、高质量的数据传输，完全集中的服务。无所不在的移动接入，高智能的多样化的用户设备。随着新问题、新要求的不断出现。随着研究的不断深入，移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。相信在不远的将来，人们将会不受时间、地点限制，可以自由自在地利用移动网络获取和传递信息，从而使人们的学习、工作、生活发生更深刻的变化。移动通信技术的这种快速的增长，必然会带来对有创新精神，有专业技术的移动通信工程师需求的增长，从业难度也很大，如果以后要从事移动通信行业，必须要不断的与时俱进，加强对新技术的学习，要有创新精神，对新技术也要有快速掌握的能力。参考文献[1]，刘宝玲，付长东，张轶凡.3G移动通信系统概述[M]，人民邮电出版社,2008。[2]，丁奇，阳桢.大话移动通信[M]，人民邮电出版社,2011。[3]，刘韬.3G移动通信技术浅析[J]，电脑知识与技术,2011。[4]，谢显忠等.基于TDD的第四代移动通信技术[M]，电子工业出版社，2005。[5]，庞宝茂.移动通信[M]，西安电子科技大学出版社,2009。[6]，赵训威.3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范[M]，人民邮电出版社,2010。