b3g4g通信系統(tǒng)

1、B3G/4G通信系統(tǒng),,引言,隨著人類對未來通信的需求向?qū)拵Щ?、個人化、智能化、移動化的方向發(fā)展，對無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)有移動通信系統(tǒng)無法滿足高速率、大動態(tài)范圍業(yè)務(wù)和多種 QoS 的需求。目前世界各國在推動第三代移動通信系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的同時，已逐漸轉(zhuǎn)入后三代（Beyond3G，后文簡稱 B3G）移動通信技術(shù)的先期研究，在概念和技術(shù)上尋求創(chuàng)新和突破，從而使無線移動通信系統(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移動通信系統(tǒng)的定義,ITU對B3G通信系統(tǒng)初步定義為IMT-2000的已有成分、演進成分和新開發(fā)成分，游牧無線接入系統(tǒng)，以及其它無線系統(tǒng)的無縫功能融合。B3G通信系統(tǒng)作為Beyond IMT-2000，其容量大于IMT-2000等被它涵蓋的無線系統(tǒng)，所涵蓋系統(tǒng)包括：IMT-2000系統(tǒng)、無線接入系統(tǒng)、數(shù)字廣播系統(tǒng)以及兩個新成員——數(shù)據(jù)速率峰值100Mbit/s的蜂窩移動通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)速率

3、峰值1Gbit/s的游牧無線系統(tǒng)。,B3G系統(tǒng)的特點,具有很高的傳輸速率和傳輸質(zhì)量靈活多樣的業(yè)務(wù)功能開放的平臺高度智能化的網(wǎng)絡(luò) 高度可靠的鑒權(quán)及安全機制 高速數(shù)據(jù)率和QoS保證,B3G相對于3G的優(yōu)勢,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) 便于過渡和演進,B3G的目標(biāo),B3G系統(tǒng)將是廣泛適用于各種電信環(huán)境的無線系統(tǒng)的總和，包括蜂窩、固定無線接入、游牧（Nordic）接入系統(tǒng)等。各系統(tǒng)

4、間無縫連接，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IP的發(fā)展趨勢 B3G 適合于分組突發(fā)業(yè)務(wù)，室外移動環(huán)境的峰值速率超過20Mbps，最高達到100Mbps，適用于大動態(tài)范圍業(yè)務(wù)，頻譜利用率遠大于3G系統(tǒng)，達到10bps/Hz 在對 IPv6 多媒體業(yè)務(wù)提供支持的同時，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)和靈活的無線資源管理方式，以擴大容量、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，對非對稱性業(yè)務(wù)和速率變化范圍較大的業(yè)務(wù)提供更好的支持 采用軟件無線電技術(shù) 安全且經(jīng)濟,B3G的技術(shù)需求,為了有效克服或利用無線移動通信的多徑衰落、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) 如何實現(xiàn)多種不同類型業(yè)務(wù)共存時系統(tǒng)資源的有效管理，從而滿足B3G支持各種不同速率和延時等業(yè)務(wù)的QoS要求 如何解決B3G系統(tǒng)針對IP分組優(yōu)化傳輸?shù)膯栴}以及如何

6、實現(xiàn)與IP網(wǎng)絡(luò)的無縫互聯(lián),B3G發(fā)展現(xiàn)狀,歐洲歐洲國家一般認為B3G是一種可以有效使用頻譜的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，并且一定是以IPV6為基礎(chǔ)的，通過在移動通信網(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)、無線本地環(huán)路和無線局域網(wǎng)，并且可以和2G、3G兼容,,諾基亞的觀點是，B3G應(yīng)該能夠讓運營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、無線的統(tǒng)一，是為了提高無線傳輸速率而采用新無線接入技術(shù)的全IP網(wǎng)絡(luò)。其通信系統(tǒng)事業(yè)部行銷暨業(yè)務(wù)副總裁Olli Oittinen表示，目前諾基亞的HSDPA開發(fā)已趨于成熟，在2005年與客戶進行系統(tǒng)測試后，2006年可正式進入商用,,愛立信則把B3G的發(fā)展分為兩個階段。第一階段是把現(xiàn)有的蜂窩、WLAN、WPAN等多種無線通信系統(tǒng)整合，讓用戶可以在任何地方任何時間都能夠享受最好的無線服務(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，用戶可以在多種無線接入網(wǎng)絡(luò)（3G、WLAN、其它新的無線接入系統(tǒng))中選擇最適合的，同時，使用先進的天線技術(shù)，如智能天線、MIMO技術(shù)等。此外，還利用OFDM和多載波技術(shù)來提高系統(tǒng)性能。,,在2004年9月于德國舉辦的教育科研部門討論會“Mobile Internet 2010”西門子公司展示了其最新的移動網(wǎng)絡(luò)研究成果，在測試中，視頻、音樂文件和Microsoft的NetMeeting視頻

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

10、是有線通信系統(tǒng)上的話音業(yè)務(wù)無線化，然后是數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)也轉(zhuǎn)移到無線通信網(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)則是多種無線接入方式的統(tǒng)一。摩托羅拉認為以IPv6核心網(wǎng)為中心，有線無線的接入方式將實現(xiàn)統(tǒng)一?；诖?，摩托羅拉的研究領(lǐng)域幾乎覆蓋了所有的通信領(lǐng)域，包括無線系統(tǒng)設(shè)計、多媒體技術(shù)、用戶中心設(shè)計、無線應(yīng)用、IP網(wǎng)絡(luò)、代理技術(shù)、WLAN、語音技術(shù)和IC設(shè)計等。,,朗訊則利

11、用其信息熱點結(jié)構(gòu)的概念來詮釋B3G移動通信網(wǎng)絡(luò)。他們認為B3G是從3G一步步發(fā)展來的，是現(xiàn)有的移動通信系統(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IP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）所制定的方針來進行的，近幾年已經(jīng)進行了很多項課題研究。mITF的主要目標(biāo)包括B3G移動通信系統(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、面的要求事項和性能提高的方法等。為此，日本的企業(yè)在進行積極的研究，其中NTT DoCoMo最為活躍。,,按照韓國政府制定的B3G通信系統(tǒng)發(fā)展計劃，韓國將從國家層面上積極開發(fā)寬帶移動通信系統(tǒng)、便攜式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能型融合移動終端、多媒體移動終端內(nèi)使用的核心部件、移動終端使用的極低功率的RF/HW/SW模塊等戰(zhàn)略產(chǎn)品。,中國,在我國，B3G的立項早在2000年初就已開始醞釀，2001年11月立項申請被批準(zhǔn)，隨后國家成立了由尤肖虎教授負責(zé)、“

13、863”計劃通信技術(shù)主題專家組領(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，開始了計劃的啟動，稱為FuTURE（Future Technologies for Universal Radio Environment）計劃。旨在解決未來移動無線多媒體系統(tǒng)的一些關(guān)鍵問題和技術(shù)難點，為 B3G系統(tǒng)的開發(fā)積累雄厚的技術(shù)儲備。,目前FuTURE有兩個研究分支：TDD和FDD。TDD和FDD各有優(yōu)缺點，但TD

14、D在支持不對稱業(yè)務(wù)和多跳功能方面更有優(yōu)勢。在接入點（AP）部署多天線陣列進行傳輸，可以增大TDD系統(tǒng)的覆蓋范圍,TDD具有如下優(yōu)點： （1）提供容易識別的上/下行統(tǒng)一頻帶，下行信道估計結(jié)果可以用于上行鏈路（慢衰落和延遲較小情況）； （2）流量的不對稱性可以靈活調(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)改變不對稱程度，故頻譜效率相對獨立于實際網(wǎng)絡(luò)流量的不對稱性； （4）在低速移

15、動條件下，可以利用上行提供的信道特性更好地調(diào)整自適應(yīng)天線以進一步提高容量；,TDD可能存在的缺點如下： （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，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，否則一個基站/扇區(qū)的下行時隙將干擾另一個基站/扇區(qū)的上行時隙；而當(dāng)頻率復(fù)用因子較大時，在一個運營商分配的頻段內(nèi)不用做規(guī)劃，但在不同運營商分配的相鄰頻段上仍然需要做；（3）多運營商能否實現(xiàn)基站同站址取決于系統(tǒng)設(shè)計、同站

16、址的這些運營商之間的頻率重用率和頻率間隔； （4）需要進行鄰頻段隔離；,FDD具有如下優(yōu)點： （1）能夠靈活配置上下行載波從而獲得非對稱容量，當(dāng)所選帶寬比和業(yè)務(wù)不對稱性需求一致時頻率利用率最大； （2）不對稱頻率分配可以依靠兩種方案實現(xiàn)：不對稱載波數(shù)量或者不對稱載波寬度； （3）擴展不對稱性可以通過在已有頻段外增加不對稱頻帶實現(xiàn)。,FDD可能存在的缺點如下： （1）在建設(shè)初期需要對未來的頻譜需求進行估計，運行后對頻譜更多的需求

17、很難立即得到滿足； （2）對靈活的雙工間距的支持增加了終端復(fù)雜性； （3）頻譜效率取決于實際網(wǎng)絡(luò)流量的不對稱性和頻譜分配不對稱性之間的關(guān)系； （4）當(dāng)上下行載波寬度不同時，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),未來的B3G移動通信系統(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)，同時要求這些系統(tǒng)間為無縫交互，用戶能夠依據(jù)終端性能、位置和類型享受多種傳輸機制

18、提供的多種信息。不同的無線接入系統(tǒng)將通過靈活的核心網(wǎng)絡(luò)互連，水平/垂直地切換服務(wù)，在移動性、安全性和QoS方面協(xié)商后提供無縫服務(wù)，由核心網(wǎng)或者接入核心網(wǎng)的服務(wù)器提供。為實現(xiàn)這樣無縫服務(wù)，要開發(fā)高度自適應(yīng)、對稱/非對稱的分組數(shù)據(jù)傳輸解決方案。,B3G移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成示意圖,核心網(wǎng),B3G移動通信系統(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考慮

19、： （1）巨大的地址空間 （2）自動控制 （3）服務(wù)質(zhì)量 （4）移動性,接入網(wǎng),基于IP的無線接入網(wǎng)應(yīng)該具備以下功能： （1）最有效地利用頻譜資源來為某種級別的實時性應(yīng)用提供端到端的IP傳輸。 （2）支持動態(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機制的交互，這個過程可能引入新的參數(shù) （4）最大化頻譜效率，統(tǒng)計復(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)，提高對這些服務(wù)的媒體接入控制和無線鏈路控制 （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，并對它們進行復(fù)用以取得最大頻譜利用率 （9）對于某些“開關(guān)”業(yè)務(wù)（例如WWW 和FTP），支持快速的資源分配和釋放過程 （10）支持最小化包丟失率和延遲的切換過程，以支持無縫的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語聲技術(shù)；軟件無線電技術(shù)；廣帶無線收發(fā)信技術(shù)；移動性、安全性、加密、計費、身份認證管理；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)；動態(tài)可變碼率編碼技術(shù)；移動代理技術(shù)；人-機接口，包括“智能”移動終端技術(shù)；流數(shù)據(jù)通信技術(shù)；應(yīng)用發(fā)展環(huán)境技術(shù)等 先進的無線接入技術(shù)：動態(tài)QoS控制技術(shù)；差錯控制及超高速小區(qū)搜索技術(shù)；多播技術(shù)；IP移動性控制技術(shù)；無縫IP信包傳輸技術(shù)；鏈路自適應(yīng)技術(shù)；光纖無線電技術(shù)