LTE
LTE (Long Term Evolution,長期演進) 項目是3G的演進,它改進并增強了3G的空中接入技術(shù),采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。根據(jù)4G牌照發(fā)布的規(guī)定,國內(nèi)三家運營商中國移動、中國電信和中國聯(lián)通,都拿到了TD-LTE制式的4G牌照。主要特點是在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率,相對于3G網(wǎng)絡(luò)大大的提高了小區(qū)的容量,同時將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低:內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms,控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms,從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms。并且這一標準也是3GPP長期演進 (LTE) 項目,是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術(shù)研發(fā)項目,其演進的歷史如下:GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->FDD-LTE長期演進GSM:9K -->GPRS:42K--> EDGE:172K -->WCDMA:364k -->HSDPA/HSUPA:14.4M -->HSDPA+/HSUPA+:42M -->FDD-LTE:300M由于WCDMA網(wǎng)絡(luò)的升級版HSPA和HSPA+均能夠演化到FDD-LTE這一狀態(tài),所以這一4G標準獲得了最大的支持,也將是未來4G標準的主流。TD-LTE與TD-SCDMA實際上沒有關(guān)系不能直接向TD-LTE演進。該網(wǎng)絡(luò)提供媲美固定寬帶的網(wǎng)速和移動網(wǎng)絡(luò)的切換速度,網(wǎng)絡(luò)瀏覽速度大大提升。LTE終端設(shè)備當前有耗電太大和價格昂貴的缺點,按照摩爾定律測算,估計至少還要6年后,才能達到當前3G終端的量產(chǎn)成本。
LTE-Advanced
LTE-Advanced:從字面上看,LTE-Advanced就是LTE技術(shù)的升級版,那么為何兩種標準都能夠成為4G標準呢?LTE-Advanced的正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA,它滿足 ITU-R的IMT-Advanced技術(shù)征集的需求,是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個重要來源。
LTE-Advanced是 一個后向兼容的技術(shù),完全兼容LTE,是演進而不是革命,相當于HSPA和WCDMA這樣的關(guān)系。
LTE-Advanced的相關(guān)特性如下:帶寬:100MHz峰值速率:下行1Gbps,上行500Mbps峰值頻譜效率:下行30bps/Hz,上行15bps/Hz針對室內(nèi)環(huán)境進行優(yōu)化有效支持新頻段和大帶寬應(yīng)用峰值速率大幅提高,頻譜效率有限的改進如果嚴格的講,LTE作為3.9G移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),那么LTE-Advanced作為4G標準更加確切一些。
LTE-Advanced的入圍,包含 TDD和FDD兩種制式,其中TD-SCDMA將能夠進化到TDD制式,而WCDMA網(wǎng)絡(luò)能夠進化到FDD制式。移動主導的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)期望能夠 直接繞過HSPA+網(wǎng)絡(luò)而直接進入到LTE。
WiMax
WiMax:WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互聯(lián)接入,WiMAX的另一個名字是IEEE 802.16。WiMAX的技術(shù)起點較高,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網(wǎng)絡(luò)來說,這的確是一個驚人的進步。WiMAX逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動化,而3G則實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的寬帶化,兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會越來越高,這也是未來移動世界和固定網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢。802.16工作的頻段采用的是無需授權(quán)頻段,范圍在2GHz至66GHz之間,而802.16a則是一種采用2G至11GHz無需授權(quán)頻段的寬帶無線接入系統(tǒng),其頻道帶寬可根據(jù)需求在1.5M至20MHz范圍進行調(diào)整,具有更好高速移動下無縫切換的IEEE 802.16m的技術(shù)正在研發(fā)。因此,802.16所使用的頻譜可能比其它任何無線技術(shù)更豐富,
WiMax具有以下優(yōu)點:(1)對于已知的干擾,窄的信道帶寬有利于避開干擾,而且有利于節(jié)省頻譜資源。(2)靈活的帶寬調(diào)整能力,有利于運營商或用戶協(xié)調(diào)頻譜資源。(3)WiMax所能實現(xiàn)的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的,網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍,只要少數(shù)基站建設(shè)就能實現(xiàn)全城覆蓋,能夠使無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積大大提升。不過WiMax網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積和網(wǎng)絡(luò)的帶寬上優(yōu)勢巨大,但是其移動性卻有著先天的缺陷,無法滿足高速(≧50km/h)下的網(wǎng)絡(luò)的無縫鏈接,從這個意義上講,WiMax還無法達到3G網(wǎng)絡(luò)的水平,嚴格地說并不能算作移動通信技術(shù),而僅僅是無線局域網(wǎng)的技術(shù)。但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技術(shù)上,將能夠有效的解決這些問題,也正是因為有中國移動、英特爾、Sprint各大廠商的積極參與,WiMax成為呼聲僅次于LTE的4G網(wǎng)絡(luò)手機。關(guān)于IEEE 802.16m這一技術(shù),我們將留在最后作詳細的闡述。Wimax當前全球使用用戶大約800萬,其中60%在美國。Wimax其實是最早的4G通信標準,大約出現(xiàn)于2000年。
Wireless MAN
WirelessMAN-Advanced:WirelessMAN- Advanced事實上就是WiMax的升級版,即IEEE 802.16m標準,802.16系列標準在IEEE正式稱為WirelessMAN ,而WirelessMAN-Advanced即為IEEE 802.16m。其中,802.16m最高可以提供1Gbps無線傳輸速率,還將兼容未來的4G無線網(wǎng)絡(luò)。802.16m可在“漫游”模式或高效率/強信號模式下提供1Gbps的下行速率。該標準還支持“高移動”模式,能夠提供1Gbps速率。其優(yōu)勢如下:1.提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋,改建鏈路預算;2.提高頻譜效率;3.提高數(shù)據(jù)和VOIP容量;4.低時延&QoS增強;5.功耗節(jié)省;WirelessMAN-Advanced有5種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)規(guī)格,其中極低速率為16kbps,低數(shù)率數(shù)據(jù)及低速多媒體為144kbps,中速多媒 體為2Mbps,高速多媒體為30Mbps超高速多媒體則達到了30Mbps--1Gbps。但是該標準可能會被率先被軍方所采用,IEEE方面表示軍方 的介入將能夠促使WirelessMAN-Advanced更快的成熟和完善,而且軍方的今天就是民用的明天。不論怎樣,WirelessMAN- Advanced得到ITU的認可并成為4G標準的可能性極大。
國際標準
2012年1月18日下午5時,國際電信聯(lián)盟在2012年無線電通信全會全體會議上,正式審議通過將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術(shù)規(guī)范確立為IMT-Advanced(俗稱“4G”)國際標準,中國主導制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同時并列成為4G國際標準。
4G國際標準工作歷時三年。從2009年初開始,ITU在全世界范圍內(nèi)征集IMT-Advanced候選技術(shù)。2009年10月,ITU共計征集到了六個候選技術(shù),分別來自北美標準化組織IEEE的802.16m、日本3GPP的FDD-LTE-Advance、韓國(基于802.16m)和中國(TD-LTE-Advanced)、歐洲標準化組織3GPP(FDD-LTE-Advance)。
4G國際標準公布有兩項標準分別是LTE-Advance和IEEE,一類是LTE-Advance的FDD部分和中國提交的TD-LTE-Advanced的TDD部分,總基于3GPP的LTE-Advance。另外一類是基于IEEE 802.16m的技術(shù)。ITU在收到候選技術(shù)以后,組織世界各國和國際組織進行了技術(shù)評估。在2010年10月份,在中國重慶,ITU-R下屬的WP5D工作組最終確定了IMT-Advanced的兩大關(guān)鍵技術(shù),即LTE-Advanced和802.16m。中國提交的候選技術(shù)作為LTE-Advanced的一個組成部分,也包含在其中。在確定了關(guān)鍵技術(shù)以后,WP5D工作組繼續(xù)完成了電聯(lián)建議的編寫工作,以及各個標準化組織的確認工作。此后WP5D將文件提交上一級機構(gòu)審核,SG5審核通過以后,再提交給全會討論通過。在此次會議上,TD-LTE正式被確定為4G國際標準,也標志著中國在移動通信標準制定領(lǐng)域再次走到了世界前列,為TD-LTE產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展及國際化提供了重要基礎(chǔ)。日本軟銀、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西sky Brazil、波蘭Aero2等眾多國際運營商已經(jīng)開始商用或者預商用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。印度Augere預計2012年2月開始預商用。審議通過后,將有利于TD-LTE技術(shù)進一步在全球推廣。同時,國際主流的電信設(shè)備制造商基本全部支持TD-LTE,而在芯片領(lǐng)域,TD-LTE已吸引17家廠商加入,其中不乏高通等國際芯片市場的領(lǐng)導者。速率對比無線蜂窩技術(shù):CDMA2000 1x/EVDo;GSM EDGE;TD-SCDMA HSPA;WCDMA HSPA;TD-LTE;FDD-LTE
4G網(wǎng)絡(luò)的下行速率能達到100Mbps~150Mbps,比3G快20倍~30倍,上傳的速度也能達到20Mbps~40Mbps。這種速率能滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。有人曾這樣比較3G和4G的網(wǎng)速,3G的網(wǎng)速相當于“高速公路”,4G的網(wǎng)速相當于“磁懸浮”。
多模多頻芯片
支持LTE/3G多模多頻是LTE終端的明確發(fā)展方向,也是國內(nèi)運營商的發(fā)展思路。目前國內(nèi)某些運營商已經(jīng)公開表示將建設(shè)TDD/FDD融合組網(wǎng),這對多模多頻也提出了很高要求。[12] 中國移動也多次強調(diào),TDD/FDD混合組網(wǎng)、支持5模10頻、5模12頻及Band 41是中國移動發(fā)展LTE智能終端的重點。[13] 關(guān)于多模多頻,業(yè)界普遍認為頻段不統(tǒng)一是當今全球LTE終端設(shè)計的最大障礙——當前,全球2G、3G 和4G LTE網(wǎng)絡(luò)頻段的多樣性對移動終端開發(fā)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。全球2G和3G技術(shù)各采用4到5個不同的頻段,加上4G LTE,網(wǎng)絡(luò)頻段的總量將近40個。要支持多模多頻,首先就需要終端集成能同時支持多種制式和頻段的芯片。芯片標準從4G芯片的發(fā)展來看,4G芯片應(yīng)該具備高度集成、多模多頻、強大的數(shù)據(jù)與多媒體處理能力。全球4G手機大多數(shù)采用高通的芯片。博通、Marvell、英特爾、聯(lián)發(fā)科、聯(lián)芯科技、創(chuàng)毅視訊、展迅、海思等芯片廠商也有4G基帶芯片產(chǎn)品推出,主要運用于MIFI、CPE等數(shù)據(jù)終端中。在2013年8月初最新公布的中國移動2013年度TD-LTE終端采購的芯片使用上,采用高通芯片的比例超過60%,甚至有的預期稱可能會占到中國移動2013年所有采購的4G終端產(chǎn)品的70%左右。高通的LTE芯片強調(diào)高集成度和多模多頻支持,高通所有LTE芯片組均同時支持LTETDD和LTE FDD,而在LTE/3G多模方面,以第三代調(diào)制解調(diào)器Gobi MDM9x25為例,支持LTERel10、HSPA+ Rel10、1x/DO、TD-SCDMA、GSM/EDGE;此外強調(diào)“高集成”和“單芯片”的驍龍800系列處理器也集成了Gobi 9x25調(diào)制解調(diào)方案。而目前有超過150款采用高通第三代調(diào)制解調(diào)方案的智能終端正在研發(fā)中。 此外,2013年年初推出的RF360前端解決方案還首次實現(xiàn)單個終端支持所有LTE制式和頻段的設(shè)計,支持七種網(wǎng)絡(luò)制式(FDD、TD-LTE、WCDMA、EV-DO、CDMA1x、TD-SCDMA和GSM/EDGE)。