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(word完整版)中国移动通信系统第四代技术——TD-LTE
中国移动通信系统第四代技术-—TD-LTE
从GSM、GPRS到第4代移动通信技术,需要不断演进，而且这些技术可以同时存在。人们都知道最早的移动通信电话用的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能提供区域性语音业务，而且通话效果差、保密性能也不好,用户的接听范围也是很有限.随着移动电话迅猛发展,用户增长迅速，传统的通信模式已经不能满足人们通信的需求,在这种情况下就出现了GSM通信技术,该技术用的是窄带TDMA,允许在一个射频(即‘蜂窝’)同时进行8组通话.它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国采纳。GSM是1991年开始投入使用的.到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高,接口开放,功能强大等优点。不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s，和以前固定电话拨号上网的速度相当，而当时的internet几乎只提供纯文本的信息。数字移动通信手机是第二代（2G），一般采用GSM或CDMA技术。第二代手机除了可提供所谓“全球通"话音业务外，已经可以提供低速的数据业务了，也就是收发短消息之类。虽然从理论上讲，2G手机用户在全球范围都可以进行移动通信,但是由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容,给手机用户带来诸多不便。
　　针对GSM通信出现的缺陷,人们在2000年又推出了一种新的通信技术GPRS，该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步，GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X。25分组数据接入服务。
　　在这之后,通信运营商们又要推出EDGE技术,这种通信技术是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半"技术，它有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，它允许高达384KbPs的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务.
　　在新兴通信技术的不断推动之下，象征着3G通信的TD-CDMA、WCDMA等技术标准逐渐成为通信技术的主流。该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率,在这样的条件下，计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递.WCDMA通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图像数据、与互联网快速连接，此外WCDMA和MPEG—4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。
早在2004年11月份3GPP魁北克的会议上，3GPP决定开始3G系统的长期演进（Long Term Evolution）的研究项目。世界主要的运营商和设备厂家通过会议、邮件讨论等方式，开始形成对LTE系统的初步需求.

作为一种先进的技术，LTE需要系统在提高峰值数据速率、小区边缘速率、频谱利用率，并着眼于降低运营和建网成本方面进行进一步改进，同时为使用户能够获得“Always Online”的体验，需要降低控制和用户平面的时延。该系统必须能够和现有系统（2G/2。5G/3G）共存。　在无线接入网（RAN)侧，将由CDMA技术改变为能够更有效对抗宽带系统多径干扰的 OFDM（正交频分调制)技术.OFDM技术源于20世纪60年代，其后不断完善和发展，90年代后随着信号处理技术的发展，在数字广播、DSL和无线局域网等领域得到广泛应用。OFDM技术具有抗多径干扰、实现简单、灵活支持不同带宽、频谱利用率高、支持高效自适应调度等优点,是公认的未来4G储备技术。为进一步提高频谱效率，MIMO（多输入/多输出）技术也成为LTE的必选技术。MIMO技术利用多天线系统的空间信道特性，能同时传输多个数据流，从而有效提高数据速率和频谱效率。
为了降低控制和用户平面的时延，满足低时延（控制面延迟小于100ms,用户面时延小于 5ms）的要求,目前的NodeB—RNC—CN的结构必须得到简化，RNC作为物理实体将不复存在，NodeB将具有RNC（无线网络控制器）的部分功能,成为 eNodeB，eNodeB间通过X2接口进行网状互联，接入到CN中。这种系统的变化必将影响到网络架构的改变，SAE(系统架构的演进)也在进行中， 3GPP同时也在为RAN/CN的平滑演进进行规划。
作为LTE的需求，TDD系统的演进与FDD系统的演进是同步进行的.
2005年6月在法国召开的3GPP会议上，以大唐移动为龙头，联合国内厂家，提出了基于OFDM的TDD演进模式的方案，在同年11月，在汉城举行的3GPP工作组会议通过了大唐移动主导的针对TD—SCDMA后续演进的LTE TDD技术提案.
由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到FDD-LTE这一状态，包括中国自主的TD—SCDMA网络也将绕过HSPA直接向TD-LTE演进，所以这一是未来4G标准的主流。该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度，网络浏览速度大大提升。
到2006年6月，LTE的可行性研究阶段基本结束，规范制定阶段开始启动。
在2007年9月，3GPP RAN37次会议上，几家国际运营商联合提出了支持TYPE2的TDD帧结构，同年11月在济州工作组会议上通过了LTE TDD融合技术提案，基于TD的帧结构统一了延续已有标准的两种TDD（TD-SCDMA LCR/HCR）模式。在RAN 38次全会上融合帧结构方案获得通过，被正式写入3GPP标准中.
TYPE2每个无线帧包括两个5ms的半帧，每个半帧由8个长度为0.5ms的时隙和3个特殊时隙（DwPTS/GP/UpPTS）组成。3个特殊时隙总长度为1ms.每两个时隙组成一个子帧。
系统特点：
1。灵活支持1.4,3，5，10,15,20MHz带宽；
2.下行使用OFDMA,最高速率达到100Mbits/s,满足高速数据传输的要求；
3.上行使用OFDM衍生技术SC—FDMA（单载波频分复用),在保证系统性能的同时能有效降低峰均比（PAPR），减小终端发射功率，延长使用时间，上行最大速率达到50Mbits/s；
4.充分利用信道对称性等TDD的特性，在简化系统设计的同时提高系统性能；
5。系统的高层总体上与FDD系统保持一致；
6.将智能天线与MIMO技术相结合，提高系统在不同应用场景的性能；
7.应用智能天线技术降低小区间干扰，提高小区边缘用户的服务质量;
8.进行时间/空间/频率三维的快速无线资源调度，保证系统吞吐量和服务质量。

下图对多种制式理论峰值速率进行对比：
无线蜂窝技术：CDMA2000 1x/EVDo;GSM EDGE；TD—SCDMA HSPA;WCDMA HSPA；TD—LTE
无线蜂窝制式
GSM
(EDGE）
CDMA 2000
（1x）
CDMA 2000
（EVDO RA）
TD—SCDMA
(HSPA）
WCDMA
(HSPA)
TD-LTE
下行速率
236kbps
153kbps
3.1Mbps
2。8Mbps
14.4Mbps
100Mbps
上行速率
118kbps
153kbps
1。8Mbps
2。2Mbps
5。76Mbps
50Mbps
4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它们的核心建设技术根本就是不同的,3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以OFDM为核心，不过考虑到与3G通信的过渡性，第四代移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术，CDMA技术会在第四代移动通信系统中，与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用，甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也会结合两项技术的优点,一部分会是以CDMA的延伸技术。
4G形成互补将与2G/3G共存，4G网络建设好后，原有的2G、3G网络是否就可以停止运作了？有中国移动技术专家否认了这一观点。据相关专家介绍,日后中国移动的4G电话终端大都采取双模的方式,即在运作数据业务的时候采用4G网络，但接听电话，手机终端就会切换到2G网络上.这意味着，即使4G网络上马，目前的2G网络仍会作为承载语音和短信业务的最重要通道。
2010年5月25日，爱立信和瑞典运营商TeliaSonera在斯德哥尔摩启动全球首个LTE商用站点，标志着在实现移动数字高速公路方面迈出了重要一步.
中国移动TD-LTE规模试验网部署项目采取“6+1"方案，投资约15亿人民币建网覆盖上海、杭州、南京、广州、深圳、厦门6个城市,每个城市将部署约200个基站,并在北京建TD-LTE演示网。

下面将以广州亚运会TD-LTE演示网为例进行分析：

TD-LTE演示网所采用的硬件架构：
RRU3211
BBU3900
APM30
BBC

DBS3900 TDLTE采用分布式架构，基本功能模块有两种：基带控制单元BBU3900和射频拉远单元RRU3211，BBU3900与RRU3211之间采用CPRI接口光纤进行通信.
TD-LTE配套设备是BBU3900和RRU3211的支撑部分，为BBU3900提供安装空间，为BBU3900和RRU3211提供供电支持。配套设备包括APM30H、BBC，通过两种基本模块与配套设备灵活组合，形成丰富多样的站点解决方案，满足客户需求.
BBU3900采用盒式结构，可安装在19英寸宽、2U高的狭小空间里，支持室内挂墙、标准机柜安装 ，功能如下：
1、提供eNodeB与MME/S—GW连接的物理接口，处理相关传输协议栈;
2、提供与RRU3211通信的CPRI接口，完成上下行基带信号处理；
3、集中管理整个基站系统，包括操作维护和信令处理；
4、提供与LMT（Local Maintenance Terminal)或M2000连接的维护通道；
5、提供时钟接口、告警监控接口、USB接口；
RRU安装方式和典型场景如下：

华为DBS3900 TD-LTE eNodeB 尺寸规格
尺寸（高×宽×深）
BBU3900：86mm×442mm×310mm
RRU3211：120mm×480mm×356mm（不带壳）
重量（kg)
BBU3900：≤12kg(满配置)
RRU3211:≤20kg（不带壳）
输入电源
BBU3900：—48V DC(—38.4V DC～-57V DC），+24V DC （+21.6V DC～+29V DC）
RRU3211:—48V DC(-36V DC～—57V DC)
传输接口
2个FE/GE电口, 或2个FE/GE光口, 或1个FE/GE电口+1个FE/GE光口
时钟同步
GPS 精度优于±1。5 us
温度
BBU3900：—20℃～+55℃
RRU3211：—40℃～+50℃（1120 W/m²的太阳辐射），—40℃~+55℃（无太阳辐射）

SAE组网架构：
MME
SAE GW
eNodeB
S6a
S11
eNodeB
S1-MME
CPE
MME
SAE GW
S6a
S11

S1-U
HSS
数据卡
HSS
SGSN
BSC/RNC
BTS
2G/3G网络
GGSN
HLR
机房1
机房2
亚运会LTE/SAE
与2/3G独立组网
CMNET
信息专网

设备功能介绍：
1、MME设备功能
Ø 接入控制功能:支持鉴权、GUTI分配、用户设备识别、信令及其数据的加密和完整性保护功能。
Ø 移动性管理功能：支持移动定时器管理、附着、去附着、跟踪区更新、切换,pruge清除、业务请求功能。
Ø 会话管理功能：支持EPS承载的建立、修改、释放、接入侧承载的释放和建立功能.
Ø 网元选择功能：支持S-GW、P—GW、MME的选择功能.
2、Serving-GW设备功能
Ø 会话管理功能：支持EPS承载的建立、修改、释放、网络侧触发业务请求的承载建立功能。
Ø 路由选择及其数据转发功能：在eNodeB和P—GW之间转发GTP—U数据报；eNodeB间切换时，通过“end marker”协助实现数据包重排。
Ø QoS控制功能：支持EPS主要QoS参数，如QCI，ARP等；支持终端和网络发起的QoS修改;支持bear—level的GBR管理和beare—level的DSCP marking功能。
3、PDN—GW设备功能
Ø IP地址分配功能：支持通过本地资源池分配IPv4地址功能。
Ø 会话管理功能：支持EPS承载的建立、修改、释放功能。
Ø 路由选择及其数据转发功能:下行数据包进行GTP封装并转发到S—GW，上行包解封装后通过SGi接口路由到外部网络.
Ø QoS控制功能：支持EPS主要QoS参数,如QCI，ARP等；支持QoS更新的承载修改；支持基于APN配置的默认承载QoS修改；支持本地配置PCC，以及基于本地静态PCC发起专有承载的建立；支持终端或者网络侧发起的专有承载建立和修改，QoS由EPC决定；支持bear-level的GBR管理和beare—level的DSCP marking;支持non-GBR的APN-AMBR管理等功能。
4、HSS设备功能
Ø EPS数据管理功能:用户信息、EPS APN签约信息、鉴权参数的管理,以及开户、销户、HSS和MME数据一致性管理等。
Ø 用户鉴权功能:鉴权参数的生成，鉴权流程等。
Ø 移动性管理功能:MME地址的存储、用户附着、位置更新、去附着、Purge等管理.
Ø HSS备份和恢复功能：数据的容灾备份等功能。
目前包含以上介绍的广州亚运会TD-LTE演示网在内杭州、广州、深圳等城市TD-LTE试验网络相继完工。目前TD-LTE已经实现高速上网、高清视频通话、在线对战游戏、高清视频点播、车载视频监控、网络会议系统、即摄即传移动采访车等十多项基于TD-LTE技术的全新业务，并将向社会开放体验。
而在基站布局方面，目前北京、上海、广州、南京、杭州、深圳、厦门七城市TD-LTE基站数已超过1000个.由于TD-LTE与TD-SCDMA基站将实现共享，相信不久的将来4G的建设将在全国各城市大范围展开.

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