b3g4g通信系統(tǒng)

1、B3G/4G通信系統(tǒng),,引言,隨著人類(lèi)對(duì)未來(lái)通信的需求向?qū)拵Щ?、個(gè)人化、智能化、移動(dòng)化的方向發(fā)展，對(duì)無(wú)線鏈路傳輸能力和通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了新的要求。包括 3G在內(nèi)的現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)法滿足高速率、大動(dòng)態(tài)范圍業(yè)務(wù)和多種 QoS 的需求。目前世界各國(guó)在推動(dòng)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，已逐漸轉(zhuǎn)入后三代（Beyond3G，后文簡(jiǎn)稱(chēng) B3G）移動(dòng)通信技術(shù)的先期研究，在概念和技術(shù)上尋求創(chuàng)新和突破，從而使無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜效率、容量和速率有十倍

2、甚至百倍的提高，并提供更豐富的業(yè)務(wù)。,B3G/4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的定義,ITU對(duì)B3G通信系統(tǒng)初步定義為IMT-2000的已有成分、演進(jìn)成分和新開(kāi)發(fā)成分，游牧無(wú)線接入系統(tǒng)，以及其它無(wú)線系統(tǒng)的無(wú)縫功能融合。B3G通信系統(tǒng)作為Beyond IMT-2000，其容量大于IMT-2000等被它涵蓋的無(wú)線系統(tǒng)，所涵蓋系統(tǒng)包括：IMT-2000系統(tǒng)、無(wú)線接入系統(tǒng)、數(shù)字廣播系統(tǒng)以及兩個(gè)新成員——數(shù)據(jù)速率峰值100Mbit/s的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)速率

3、峰值1Gbit/s的游牧無(wú)線系統(tǒng)。,B3G系統(tǒng)的特點(diǎn),具有很高的傳輸速率和傳輸質(zhì)量靈活多樣的業(yè)務(wù)功能開(kāi)放的平臺(tái)高度智能化的網(wǎng)絡(luò) 高度可靠的鑒權(quán)及安全機(jī)制 高速數(shù)據(jù)率和QoS保證,B3G相對(duì)于3G的優(yōu)勢(shì),數(shù)據(jù)傳輸速率 適應(yīng)性和靈活性 標(biāo)準(zhǔn)兼容性 業(yè)務(wù)的多樣性 較好的技術(shù)基礎(chǔ) 便于過(guò)渡和演進(jìn),B3G的目標(biāo),B3G系統(tǒng)將是廣泛適用于各種電信環(huán)境的無(wú)線系統(tǒng)的總和，包括蜂窩、固定無(wú)線接入、游牧（Nordic）接入系統(tǒng)等。各系統(tǒng)

4、間無(wú)縫連接，支持各種空中接口技術(shù) B3G系統(tǒng)基于IPv6核心網(wǎng)互聯(lián)互通，承載與控制全程分離，符合全I(xiàn)P的發(fā)展趨勢(shì) B3G 適合于分組突發(fā)業(yè)務(wù)，室外移動(dòng)環(huán)境的峰值速率超過(guò)20Mbps，最高達(dá)到100Mbps，適用于大動(dòng)態(tài)范圍業(yè)務(wù)，頻譜利用率遠(yuǎn)大于3G系統(tǒng)，達(dá)到10bps/Hz 在對(duì) IPv6 多媒體業(yè)務(wù)提供支持的同時(shí)，發(fā)送功率比3G系統(tǒng)下降10dB,,采用新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和靈活的無(wú)線資源管理方式，以擴(kuò)大容量、提高頻譜利用率 提供更

5、大的容量，更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS），更高的安全性，對(duì)非對(duì)稱(chēng)性業(yè)務(wù)和速率變化范圍較大的業(yè)務(wù)提供更好的支持 采用軟件無(wú)線電技術(shù) 安全且經(jīng)濟(jì),B3G的技術(shù)需求,為了有效克服或利用無(wú)線移動(dòng)通信的多徑衰落、多普勒頻移、多址干擾等不利因素，保證物理鏈路的可靠傳輸，物理層將采用何種技術(shù) 如何實(shí)現(xiàn)多種不同類(lèi)型業(yè)務(wù)共存時(shí)系統(tǒng)資源的有效管理，從而滿足B3G支持各種不同速率和延時(shí)等業(yè)務(wù)的QoS要求 如何解決B3G系統(tǒng)針對(duì)IP分組優(yōu)化傳輸?shù)膯?wèn)題以及如何

6、實(shí)現(xiàn)與IP網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫互聯(lián),B3G發(fā)展現(xiàn)狀,歐洲歐洲國(guó)家一般認(rèn)為B3G是一種可以有效使用頻譜的無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，并且一定是以IPV6為基礎(chǔ)的，通過(guò)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6把現(xiàn)有的各種不同的網(wǎng)絡(luò)融合在一起。B3G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)融合衛(wèi)星和平流層通信系統(tǒng)、數(shù)字廣播電視系統(tǒng)、各種蜂窩和準(zhǔn)蜂窩系統(tǒng)、無(wú)線本地環(huán)路和無(wú)線局域網(wǎng)，并且可以和2G、3G兼容,,諾基亞的觀點(diǎn)是，B3G應(yīng)該能夠讓運(yùn)營(yíng)商在投資最小的情況下最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)性能。B3G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是有

7、線、無(wú)線的統(tǒng)一，是為了提高無(wú)線傳輸速率而采用新無(wú)線接入技術(shù)的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)。其通信系統(tǒng)事業(yè)部行銷(xiāo)暨業(yè)務(wù)副總裁Olli Oittinen表示，目前諾基亞的HSDPA開(kāi)發(fā)已趨于成熟，在2005年與客戶(hù)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試后，2006年可正式進(jìn)入商用,,愛(ài)立信則把B3G的發(fā)展分為兩個(gè)階段。第一階段是把現(xiàn)有的蜂窩、WLAN、WPAN等多種無(wú)線通信系統(tǒng)整合，讓用戶(hù)可以在任何地方任何時(shí)間都能夠享受最好的無(wú)線服務(wù)。最終的B3G應(yīng)該是以IPv6為基礎(chǔ)的共同核心網(wǎng)，

8、多種無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)共存的網(wǎng)絡(luò)。為了提高頻譜使用效率，用戶(hù)可以在多種無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（3G、WLAN、其它新的無(wú)線接入系統(tǒng))中選擇最適合的，同時(shí)，使用先進(jìn)的天線技術(shù)，如智能天線、MIMO技術(shù)等。此外，還利用OFDM和多載波技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)性能。,,在2004年9月于德國(guó)舉辦的教育科研部門(mén)討論會(huì)“Mobile Internet 2010”西門(mén)子公司展示了其最新的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)研究成果，在測(cè)試中，視頻、音樂(lè)文件和Microsoft的NetMeeting視頻

9、會(huì)議在無(wú)線模式下，可達(dá)到360MBit/s的傳輸速度。這個(gè)速度是目前最快的DSL連接速度的100倍，西門(mén)子公司是第一個(gè)將OFDM和Multi-hop技術(shù)結(jié)合使用的公司。,,2005年3月，無(wú)線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商北電網(wǎng)絡(luò)公司稱(chēng)，在剛完成的測(cè)試中B3G技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)高達(dá)37Mbit/s。北電網(wǎng)絡(luò)采用了OFDM結(jié)合MIMO技術(shù)，測(cè)試是在5MHz頻段上進(jìn)行的。,北美,摩托羅拉參照有線通信的發(fā)展歷程來(lái)推測(cè)下一代無(wú)線通信的發(fā)展并認(rèn)為：首先

10、是有線通信系統(tǒng)上的話音業(yè)務(wù)無(wú)線化，然后是數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)也轉(zhuǎn)移到無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)上，最后，有線通信網(wǎng)絡(luò)上所有的內(nèi)容服務(wù)，也在向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)移。B3G網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)是IPv6網(wǎng)絡(luò)，接入系統(tǒng)則是多種無(wú)線接入方式的統(tǒng)一。摩托羅拉認(rèn)為以IPv6核心網(wǎng)為中心，有線無(wú)線的接入方式將實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。基于此，摩托羅拉的研究領(lǐng)域幾乎覆蓋了所有的通信領(lǐng)域，包括無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多媒體技術(shù)、用戶(hù)中心設(shè)計(jì)、無(wú)線應(yīng)用、IP網(wǎng)絡(luò)、代理技術(shù)、WLAN、語(yǔ)音技術(shù)和IC設(shè)計(jì)等。,,朗訊則利

11、用其信息熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)的概念來(lái)詮釋B3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。他們認(rèn)為B3G是從3G一步步發(fā)展來(lái)的，是現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)和WLAN的結(jié)合。B3G是由基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和多種技術(shù)共存的系統(tǒng)。為此，朗訊在積極研究全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)、智能天線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù),亞洲,日本的B3G研究是圍繞mITF（Mobile IT Forum）所制定的方針來(lái)進(jìn)行的，近幾年已經(jīng)進(jìn)行了很多項(xiàng)課題研究。mITF的主要目標(biāo)包括B3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的構(gòu)造、B3G通信系統(tǒng)的核心技術(shù)分析與研究、技術(shù)層

12、面的要求事項(xiàng)和性能提高的方法等。為此，日本的企業(yè)在進(jìn)行積極的研究，其中NTT DoCoMo最為活躍。,,按照韓國(guó)政府制定的B3G通信系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃，韓國(guó)將從國(guó)家層面上積極開(kāi)發(fā)寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)、便攜式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能型融合移動(dòng)終端、多媒體移動(dòng)終端內(nèi)使用的核心部件、移動(dòng)終端使用的極低功率的RF/HW/SW模塊等戰(zhàn)略產(chǎn)品。,中國(guó),在我國(guó)，B3G的立項(xiàng)早在2000年初就已開(kāi)始醞釀，2001年11月立項(xiàng)申請(qǐng)被批準(zhǔn)，隨后國(guó)家成立了由尤肖虎教授負(fù)責(zé)、“

13、863”計(jì)劃通信技術(shù)主題專(zhuān)家組領(lǐng)導(dǎo)的總體組，并于2001年底和2002年6月發(fā)布了兩次課題指南，成立了一系列課題組，開(kāi)始了計(jì)劃的啟動(dòng)，稱(chēng)為FuTURE（Future Technologies for Universal Radio Environment）計(jì)劃。旨在解決未來(lái)移動(dòng)無(wú)線多媒體系統(tǒng)的一些關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)，為 B3G系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)積累雄厚的技術(shù)儲(chǔ)備。,目前FuTURE有兩個(gè)研究分支：TDD和FDD。TDD和FDD各有優(yōu)缺點(diǎn)，但TD

14、D在支持不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)和多跳功能方面更有優(yōu)勢(shì)。在接入點(diǎn)（AP）部署多天線陣列進(jìn)行傳輸，可以增大TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍,TDD具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）提供容易識(shí)別的上/下行統(tǒng)一頻帶，下行信道估計(jì)結(jié)果可以用于上行鏈路（慢衰落和延遲較小情況）； （2）流量的不對(duì)稱(chēng)性可以靈活調(diào)整，只需考慮同頻帶（同小區(qū)）和臨頻帶（臨小區(qū)）干擾情況； （3）因TDD可以在一定范圍內(nèi)改變不對(duì)稱(chēng)程度，故頻譜效率相對(duì)獨(dú)立于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)流量的不對(duì)稱(chēng)性； （4）在低速移

15、動(dòng)條件下，可以利用上行提供的信道特性更好地調(diào)整自適應(yīng)天線以進(jìn)一步提高容量；,TDD可能存在的缺點(diǎn)如下： （1）鄰頻干擾包括上行和下行干擾； （2）當(dāng)頻率重用因子較小時(shí)，相鄰小區(qū)上/下行鏈路的同步和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是必須的，否則一個(gè)基站/扇區(qū)的下行時(shí)隙將干擾另一個(gè)基站/扇區(qū)的上行時(shí)隙；而當(dāng)頻率復(fù)用因子較大時(shí)，在一個(gè)運(yùn)營(yíng)商分配的頻段內(nèi)不用做規(guī)劃，但在不同運(yùn)營(yíng)商分配的相鄰頻段上仍然需要做；（3）多運(yùn)營(yíng)商能否實(shí)現(xiàn)基站同站址取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、同站

16、址的這些運(yùn)營(yíng)商之間的頻率重用率和頻率間隔； （4）需要進(jìn)行鄰頻段隔離；,FDD具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）能夠靈活配置上下行載波從而獲得非對(duì)稱(chēng)容量，當(dāng)所選帶寬比和業(yè)務(wù)不對(duì)稱(chēng)性需求一致時(shí)頻率利用率最大； （2）不對(duì)稱(chēng)頻率分配可以依靠?jī)煞N方案實(shí)現(xiàn)：不對(duì)稱(chēng)載波數(shù)量或者不對(duì)稱(chēng)載波寬度； （3）擴(kuò)展不對(duì)稱(chēng)性可以通過(guò)在已有頻段外增加不對(duì)稱(chēng)頻帶實(shí)現(xiàn)。,FDD可能存在的缺點(diǎn)如下： （1）在建設(shè)初期需要對(duì)未來(lái)的頻譜需求進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)行后對(duì)頻譜更多的需求

17、很難立即得到滿足； （2）對(duì)靈活的雙工間距的支持增加了終端復(fù)雜性； （3）頻譜效率取決于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)流量的不對(duì)稱(chēng)性和頻譜分配不對(duì)稱(chēng)性之間的關(guān)系； （4）當(dāng)上下行載波寬度不同時(shí)，需要不同帶寬的信道,B3G通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 整體架構(gòu),未來(lái)的B3G移動(dòng)通信系統(tǒng)將整合蜂窩、RLAN（Radio Local Area Network）、數(shù)字廣播、衛(wèi)星及其它接入系統(tǒng)，同時(shí)要求這些系統(tǒng)間為無(wú)縫交互，用戶(hù)能夠依據(jù)終端性能、位置和類(lèi)型享受多種傳輸機(jī)制

18、提供的多種信息。不同的無(wú)線接入系統(tǒng)將通過(guò)靈活的核心網(wǎng)絡(luò)互連，水平/垂直地切換服務(wù)，在移動(dòng)性、安全性和QoS方面協(xié)商后提供無(wú)縫服務(wù)，由核心網(wǎng)或者接入核心網(wǎng)的服務(wù)器提供。為實(shí)現(xiàn)這樣無(wú)縫服務(wù)，要開(kāi)發(fā)高度自適應(yīng)、對(duì)稱(chēng)/非對(duì)稱(chēng)的分組數(shù)據(jù)傳輸解決方案。,B3G移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成示意圖,核心網(wǎng),B3G移動(dòng)通信系統(tǒng)將采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，通過(guò)比較，IPv6比IPv4更適合于成為B3G網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IPv6協(xié)議主要基于以下幾點(diǎn)考慮

19、： （1）巨大的地址空間 （2）自動(dòng)控制 （3）服務(wù)質(zhì)量 （4）移動(dòng)性,接入網(wǎng),基于IP的無(wú)線接入網(wǎng)應(yīng)該具備以下功能： （1）最有效地利用頻譜資源來(lái)為某種級(jí)別的實(shí)時(shí)性應(yīng)用提供端到端的IP傳輸。 （2）支持動(dòng)態(tài)小區(qū)內(nèi)以及上/下行鏈路的資源分配，以適應(yīng)多變的IP業(yè)務(wù) （3）支持接入網(wǎng)和核心網(wǎng)分別定義的QoS機(jī)制的交互，這個(gè)過(guò)程可能引入新的參數(shù) （4）最大化頻譜效率，統(tǒng)計(jì)復(fù)用可以用于支持混合業(yè)務(wù)，信源/信道編碼技術(shù)應(yīng)該向著適應(yīng)

20、多種IP多媒體應(yīng)用的方向發(fā)展,（5）協(xié)議棧應(yīng)該能夠支持不同QoS要求的服務(wù)，提高對(duì)這些服務(wù)的媒體接入控制和無(wú)線鏈路控制 （6）最優(yōu)化物理層技術(shù)以保證要求嚴(yán)格的業(yè)務(wù)質(zhì)量 （7）支持多種廣播、多播業(yè)務(wù) （8）能夠在空中接口區(qū)分業(yè)務(wù)種類(lèi)，并對(duì)它們進(jìn)行復(fù)用以取得最大頻譜利用率 （9）對(duì)于某些“開(kāi)關(guān)”業(yè)務(wù)（例如WWW 和FTP），支持快速的資源分配和釋放過(guò)程 （10）支持最小化包丟失率和延遲的切換過(guò)程，以支持無(wú)縫的IP分組傳輸,B3G關(guān)

21、鍵技術(shù),與系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)：IP語(yǔ)聲技術(shù)；軟件無(wú)線電技術(shù)；廣帶無(wú)線收發(fā)信技術(shù)；移動(dòng)性、安全性、加密、計(jì)費(fèi)、身份認(rèn)證管理；多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 與應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)：下一代編碼/壓縮技術(shù)；動(dòng)態(tài)可變碼率編碼技術(shù)；移動(dòng)代理技術(shù)；人-機(jī)接口，包括“智能”移動(dòng)終端技術(shù)；流數(shù)據(jù)通信技術(shù)；應(yīng)用發(fā)展環(huán)境技術(shù)等 先進(jìn)的無(wú)線接入技術(shù)：動(dòng)態(tài)QoS控制技術(shù)；差錯(cuò)控制及超高速小區(qū)搜索技術(shù)；多播技術(shù)；IP移動(dòng)性控制技術(shù)；無(wú)縫IP信包傳輸技術(shù)；鏈路自適應(yīng)技術(shù)；光纖無(wú)線電技術(shù)