移动通信系统信道编码设计

2.1.1　移动通信技术

移动通信是无线通信的一种主要的应用，其特点是移动性，即支持通信终端在移动状态下进行正常的通信。移动通信对移动性的支持主要分为室内环境、低速状态以及高速运动状态。一般来讲，不同的状态下，移动系统的传输速率是不同的。移动通信的发展根据采用技术和驱动业务的不同可以分为第一代移动通信技术(1G)、第二代移动通信技术(2G)、第三代移动通信技术(3G)以及未来的移动通信技术LTE(Long Term Eoolution)、4G等。其中第一代移动通信技术主要以模拟技术为基础，业务为语音业务，缺点是传输速率较低、业务单一、频谱使用效率低下，现在几乎没有现网使用。

第二代移动通信技术(2G)的主要代表技术有基于TDMA多址方式的GSM系统和基于CDMA的IS－95系统。2G系统提供的主要业务是语音业务和低速的数据业务，其系统传输速率为9600bit/s。

在2G的基础上，还有向3G演进的所谓2.5G技术。此技术和2G相比可以提供13k到100K的数据业务，支持无线上网、无线数据传输等数据业务，此类业务是移动通信目前主要的增值业务，其业务增长的速率远远超过了语音业务增长率。2.5G的代表技术主要有GSM系统的GPRS技术以及EDGE技术，最高可提供120K的业务速率，还有CDMA系统的CDMA1x技术，可提供153.6K的数据传输速率。

第三代移动通信技术IMT2000于2000年制定，最初包括三个标准，即WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)标准、TD－SCDMA标准以及CDMA2000标准。后来，又增加了基于正交频分复用(OFDM)技术的WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)标准。

IMT2000的标准主要是以CDMA技术为多址接入技术，即不同的用户采用不同的地址码识别，同时采用了高维调制技术、先进的功率控制技术等保证有较高的频谱使用效率。IMT对3G规定的传输速率为在室内环境(静止状态)下为2Mbit/s，步行环境(低速)下为384Kbit/s，车速环境(中高速)下为144Kbit/s。这样就可以保证中高速的数据业务的传输。以WCDMA、TD－SCDMA技术为基础的系统演化了3.5G技术，即HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)技术、HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)技术以及HSPA+技术。其中，采用HSDPA技术的WCDMA下行速率最高可以达到14Mbit/s，采用HSUPA技术的WCDMA上行速率最高可以达到5.76Mbit/s，采用HSPA+技术的WCDMA系统的最大速率上行可以达到42Mbit/s、下行达到84Mbit/s。作为WCDMA系统的演进方案LTE通常被称作3.9G技术，要求下行速率超过100Mbit/s、上行速率最高可以达到50Mbit/s。

WiMAX又称IEEE802.16标准。WiMAX能提供面向互联网的高速连接。据称，该技术能提供覆盖48.27km(30英里)范围的高速互联网连接。使用这种技术，用户可以在50km以内的范围以非常快的速度进行数据传递。目前，WiMAX的传输速率可以达到34Mbit/s，第二代的WiMAX则具有更高的传输速率。2010年10月5日至9日在东京举行的日本CEATEC2010电子展览大会上，日本的WiMAX运营商UQ通信(UQ Communications)展示了WiMAX2，其最大速率为330Mbit/s，可在36秒内完成下载一部2小时电影、在97秒内下载32本内容的百科全书。

移动通信的发展使得新业务的开展成为可能，第3代移动通信系统的建设被认为是移动支付快速扩展的前提和基础，它必将为移动支付业务打下坚实的基础。移动通信的发展具体见图2－1:

图2－1　移动通信的发展

随着无线通信技术的发展，无线通信的应用也不断地创新，具体见表2－1。

表2－1　无线通信技术的发展以及应用

由于第一代移动通信技术是模拟技术，而真正大规模商用化的移动通信则是数字移动通信技术，所以下面就重点介绍几种不同代表制式的数字移动通信技术。

2.1.1.1　第二代移动通信系统

1.GSM通信系统

(1)GSM的起源和发展

GSM是第二代移动通信技术，也是首个数字移动通信技术标准。1982年，北欧四国向欧洲邮电议会CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的欧洲公共电信业务规范，建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统，以解决当时欧洲各国由于采用不同模拟制式蜂窝系统造成的互不兼容而导致的无法漫游的问题。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会(ETSI)技术委员会下的移动特别小组GSM(Group Special Mobile)来制定有关的标准和建议书。

1987年5月，GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址(TDMA)、规则脉冲激励线性预测(RPE－LTP)话音编码和高斯滤波最小移频键控(GMSK)调制方式达成一致意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录MoU(Memorandum of Understanding)，相互达成履行规范的协议。与此同时，还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。

1990年完成的GSM900规范共产生大约130项的全面建议书，不同建议书分组成为一套12系列，如表2－2。1991年，欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”(Globa1 system for Mobile communications)。同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。该系统与GSM900具有同样的基本功能特性，因而该规范只占GSM建议的很小部分，仅将GSM900和DCSI800之间的差别加以描述，绝大部分都是通用的，这两个系统均可通称为GSM系统。

表2－2　GSM标准

在发展的过程中，GSM系统的功能不断得到丰富，从而能够提供更多样的服务。由GSM系统首先引入的短信息服务提供了一种新颖、便捷、廉价的通讯方式。1994年，GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务。1999年，WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网。2000年后开始商用的通用分组无线服务使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯。2003年EDGE技术开始商用，提供了接近3G的数据通讯能力。目前，3GPP组织还在发展GSM标准，以便利用已经大量部署好的GSM基础设施平滑地向3G技术演进。

(2)GSM的网络结构

GSM系统的网络结构如图2－2所示。GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台MS、基站子系统BSS和网络子系统NSS。基站子系统由基站收发器(Base Transceiver Station，BTS)和基站控制器(Base Station Controllers，BSC)组成;网络子系统由移动交换中心(Mobile Switch Center，MSC)、操作维护中心(Operation Maintenan cecenter，OMC)、原籍位置寄存器(Home Location Register，HLR)、访问位置寄存器(Visitor Location Register，VLR)、鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR)等组成。一个MSC可管理多达几十个基站控制器，一个基站控制器最多可控制256个BTS。由MS、BS和网络子系统构成公用陆地移动通信网PLMN(Public Land Mobile Networks)，该网络由MSC与公用交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)和公用数据网(PDN)进行互连。

图2－2　GSM系统网络结构

移动台通过无线接口接入GSM系统，具有无线传输与处理功能。此外，移动台必须提供与使用者之间的接口，比如，为完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和各种按键，或者提供与其他一些终端设备(TE)之间的接口，如与个人计算机或传真机之间的接口。移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块(Subscriber Identity Model，SIM)，亦称SIM卡。它基本上是一张符合ISO(开放系统互连)标准的智能磁卡，其中包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常紧急的呼叫时，才可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务，因为GSM系统是通过SIM卡来识别移动用户的。

基站子系统是GSM系统的基本组成部分。它是移动台和交换网之间的桥梁，它通过无线接口与移动台相接，进行无线数据发送、接收及无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统中的移动交换中心相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。基站子系统主要由基站收发信机和基站控制器构成。基站收发信机可以直接与基站控制器相连接，也可以通过基站接口设备采用远端控制的连接方式与基站控制器相连接。

网络子系统对GSM移动用户之间通信和移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用，其主要功能包括交换、移动性管理与安全性管理等。网络子系统由很多功能实体构成，它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统7号协议。网络子系统的实体单元包括:①移动交换中心，它是网络的核心，它提供交换功能并面向下列功能实体，如基站子系统、原籍位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心(OMC)和固定网(公用电话网、综合业务数字网等)，从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来;②原籍位置寄存器HLR，它是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据，静态数据有移动用户号码、访问能力、用户类别和补充业务等，此外，HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据;③访问位置寄存器VLR，存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被删除，VLR可看作是一个动态用户的数据库;④鉴权中心AUC，GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等;⑤移动设备识别寄存器EIR，存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于合法准许使用的，还是不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性;⑥操作维护中心OMC，网络操作维护中心负责对全网进行监控与操作。

(3)GSM信道分类

GSM的信道可以分为两大类，即控制信道和业务信道，具体见图2－3所示。

控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号，主要分为三种:广播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)。

图2－3　GSM信道分类

①广播信道。广播信道用于基站向移动台广播公用的信息，传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息，具体包括频率校正信道、同步信道以及广播控制信道，用于传输供移动台校正其工作频率的信息、供移动台进行同步和对基站进行识别的信息以及传输系统公用控制信息。

②公用控制信道。用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。公用控制信道又分为寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH，上行信道即移动台到基站的信道)和准许接入信道(AGCH，下行信道即基站到移动台的信道)，用于传输基站寻呼移动台的信息、移动台随机提出入网申请以及基站对移动台的入网申请作出应答。

③专用控制信道。包括独立专用控制信道(SDCCH)、慢速辅助控制信道(SACCH)以及快速辅助控制信道(FACCH)，主要用于在呼叫接续阶段以及在通信进行当中移动台和基站之间传输必需的控制信息。传输的内容包括用于在分配业务信道之前传送有关信令、需要周期性地传输一些信息以及在没有分配SDCCH的情况下传送应由SDCCH传送的信息。

业务信道主要传输数字话音或数据，其次还有少量的随路控制信令。

2.GPRS系统

GPRS系统在GSM的基础上增加了分组传送。和GSM网络改造相比，GPRS系统增加了两个主要网络单元，即GPRS服务支持节点(General GPRS Supporting Node，SGSN)和GPRS网关支持节点(Gateway GPRS Supporting Node，GGSN)。SGSN的工作是对移动终端进行定位和跟踪，并发送和接收移动终端的分组。GGSN将SGSN发送和接收的GSM分组按照其他分组协议(如IP)发送到其他网络。GPRS网络的逻辑结构如图2－4所示。

图2－4　GPRS网络结构

增强型GPRS中采用了增强数据传输技术(EDGE)。EDGE的突发结构、符号速率和GSM相同，它和GSM在调制方式上有较大的区别，它采用8－PSK调制技术来代替原来的GMSK调制，因此GPRS的传输速率和GSM相比提高了3倍，即将GSM中每时隙的总速率从22.8kbit/s提高到69.2kbit/s。

相对于GPRS来讲，在增强型GPRS中还引入了“链路质量控制(Link Quality Control，LQC)”的概念。一是通过估计信道的质量，选择最合适的调制和编码方式;二是通过逐步增加冗余度的方法来兼顾传输效率和可靠性。在传输开始时，使用高码率的信道编码来传输信息。

3.IS－95CDMA蜂窝系统

在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的编码序列来区分的，即是靠信号的不同波形来区分的。在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的，网络结构类似于图2－2所示的GSM系统。为了实现双工通信(同时进行两个方向的通信)，正向传输和反向传输可以使用不同的频率或者不同的时间，这就是频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。

IS－95有两种标准，即IS－95A和IS－95B。该系统是世界上首个CDMA的商用系统。

(1)IS－95的信道构成

IS－95系统的信道主要包括两大类，即前向信道和反向信道，具体见图2－5。

其中前向信道有四种:

①导频信道，传输由基站连续发送的导频信号。导频信号令移动台可迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行越区切换。

图2－5　IS－95信道组成

②同步信道，主要传输同步信息。在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。

③寻呼信道，在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移动台通常在建立同步后选择一个寻呼信道来监听系统发出的寻呼信息和其他指令。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。寻呼信道可以有七个。

④正向业务信道，共有四种传输速率(9600、4800、2400以及1200bit/s)。业务速率可以逐帧(即每20ms)改变，以动态地适应通信者的话音特征。正向业务信道最多可以有63个。

反向信道有两种:

①接入信道，当移动台没有使用业务信道时，接入信道提供移动台到基站的传输通路，在其中发起呼叫，并对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，以相互传送指令、应答和其他有关的信息。不过，接入信道是一种分时隙的随机接入信道，允许多个用户同时抢占同一接入信道。每个寻呼信道所支持的接入信道数最多可达32个。

②反向业务信道，共有四种传输速率(9600、4800、2400以及1200bit/s)。业务速率可以逐帧(即每20ms)改变，以动态地适应通信者的话音特征。

(2)CDMA系统的特点

①CDMA蜂窝系统与模拟蜂窝系统或TDMA数字蜂窝系统相比具有更大的理论通信容量。

②CDMA蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外增加少数用户只会引起话音质量的轻微下降，而不会出现阻塞现象。

(3)CDMA蜂窝系统具有软切换功能，即在越区切换的起始阶段，由原小区的基站与新小区的基站同时为过区的移动台服务，直到该移动台与新基站之间建立起可靠的通信链路后，原基站才中断它和该移动台的联系。CDMA蜂窝系统的软切换功能既可以保证过区切换的可靠性(防止切换错误时反复要求切换)，又可以使通信中的用户不易察觉。

(4)CDMA蜂窝系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系统所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。

2.1.1.2　第三代移动通信系统

随着移动通信的快速发展，数据业务量急剧上升，用户对速率的需求也越来越迫切，这推动了第三代移动通信的发展。2000年3月，ITU制定了IMT2000的3G移动通信标准，主要包括WCDMA、CDMA2000、TD－SCDMA三种制式。根据规定要求，在静止状态下要达到2Mbit/s的传输速率。2007年又增加了一个新的3G标准WiMAX。

1.WCDMA系统

(1)WCDMA的网络架构以及系统参数

通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)是采用WCDMA无线接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。

UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括UMTS的陆地无线接入网络(UMTS Terrestrial Radio Access Network，UTRAN)和核心网络(Core Network，CN)，具体如图2－6所示。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换(Circuit Switched，CS)域和分组交换(Packet Switched，PS)域。

图2－6　WCDMA的网络结构示意图

用户设备(UE)+UTRAN+CN构成一个完整的WCDMA移动通信系统。

WCDMA是一种直接序列扩频码分多址(DS－CDMA)系统。WCDMA无线接口的基本参数如表2－3所示。

表2－3　WCDMA系统参数

续表

根据WCDMA传输方式或所传输数据的特性，传输信道分为专用信道(DCH)和公共信道。公共传输信道又分为广播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)、寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)、公共分组信道(CPCH)和下行共享信道(DSCH)。其中，RACH、CPCH为上行公共信道，BCH、FACH、PCH和DSCH为下行公共信道。

(2)WCDMA技术的演进

3GPP关于WCDMA网络技术标准的演进主要分为R99、R4、R5、R6和R7等几个主要阶段，见表2－4。无线网络的演进主要是通过采用高阶调制方式和各种有效的纠错机制等技术，不断增强空中接口的数据吞吐能力，而核心网络主要利用控制与承载、业务与应用相分离的思路，逐步从传统的TDM组网方式向全IP组网方式演进，最终使无线网络和核心网络全部走向IP化，在整个技术演进过程中保证了业务的连续性、完善的QoS机制和网络的安全性。

表2－4　WCDMA演进的阶段

其中，R99核心网络在网络结构上与GSM保持一致，R99在新的工作频段上引入了基于每载频5MHz带宽的CDMA无线接入网络，无线接入网络主要由NodeB(负责基带处理、扩频处理)和RNC(负责接入系统控制与管理)组成，同时引入了适于分组数据传输的协议和机制，数据速率可支持144kbit/s、384kbit/s，理论上可达2Mbit/s。WCDMAR4与R99相比无线接入网的网络结构没有改变，其区别主要在于引入了TDSCDMA技术，同时对一些接口协议的特性和功能进行了增强，在电路域核心网中主要引入了基于软交换架构的分层架构，将呼叫控制与承载层相分离，主要实现了语音、数据、信令承载统一，这样可以有效降低承载网络的运营和维护成本。而在核心网中采用压缩语音的分组传送方式，可以节省传输带宽，降低传输建设成本，提高了组网的灵活性。WCDMAR5在无线网络中主要引入基于IP的RAN和HSDPA的功能，尤其引人关注的是HSDPA支持高速下行分组数据接入，理论峰值数据速率可高达14.4Mbit/s。在核心网，R5协议引入了IP多媒体子系统，简称IMS。WCDMAR6在无线网络中主要引入HSUPA的功能，HSUPA是上行链路方向(从移动终端到无线接入网络的方向)针对分组业务的优化和演进，上行用户的峰值传输速率可以提高2～5倍，达到5.76Mbit/s，HSUPA还可以使小区上行的吞吐量比R99的WCDMA多出20～50%。从WCDMAR7开始，HSPA技术进一步演进到HSPA+，引入了更高阶的调制方式和MIMO。同时，基于OFDM和MIMO的LTE技术也逐渐完成了标准化。

LTE项目是3G的演进，LTE是3G与4G技术之间的一个过渡，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO技术。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，不仅改善了小区边缘用户的性能，还提高了小区容量和降低了系统延迟。

HSPA+技术的宗旨是要保持和UMTS第6版本(R6)的后向兼容性，同时在5MHz带宽下要达到和LTE相仿的性能。这样，希望在近期内以较小的代价改进系统、提高系统性能的HSPA运营商就可以采用HSPA+技术进行演进。

HSPA+系统的峰值速率可由原来的14Mbit/s提高到25Mbit/s。另外，通过对HSPA+进一步改进，可以将系统峰值速率提高到42Mbit/s左右。

2.CDMA2000系统

CDMA2000系统是第三代移动通信的重要标准之一，由3GPP2制定。它提供了与IS－95的后向兼容，同时又能满足ITU关于第三代移动通信基本性能的要求。后向兼容意味着CDMA2000系统可以支持IS－95移动台，即CDMA2000移动台可以工作于IS－95系统。

CDMA2000在系统的许多方面，如网络结构、同步方式、帧结构、扩频方式和码片速率等都与IS－95系统有许多类似之处。但为了灵活支持多种业务，提供可靠的服务质量和更高的系统容量，CDMA2000系统也采用了许多新技术和性能更优异的信号处理方式，增加了许多新的信道。

CDMA2000空中接口中的物理信道分为前向/反向专用物理信道(F/R－DPHCH)

前向/反向专用物理信道是以专用和点对点的方式在基站和单个移动台之间运载信息的，具体的信道如图2－7所示。前向/反向公共物理信道是以共享和点对多点的方式在基站和多个移动台之间运载信息的，具体的信道如图2－8所示。

图2－7　CDMA2000前向/反向物理专用信道示意图

图2－8　CDMA2000前向/反向公共物理信道示意图

3.TD－SCDMA系统

根据不同的双工方式，基于CDMA技术的第三代移动通信分为TDD和FDD两个阵营。前面介绍的WCDMA和CDMA2000均为FDD，而CDMATDD包括欧洲的UTRAN TDD和我国提出的TD－SCDMA技术。在IMT2000中，TDD拥有自己独立的频谱(1785～1805MHz)，并部分采用了智能天线或上行同步技术，适合高密度低速接入、小范围覆盖、不对称数据传输。2001年3月，3GPP通过R4版本，由我国大唐电信提出的TD－SCDMA被接纳为正式标准，和WCDMA标准的核心网一致，TD－SCDMA主要的区别在于无线接入侧。

2002年10月，国家原信息产业部中规定了3G的工作频段:主要工作频段FDD方式，1920～1980MHz、2110～2170MHz;主要工作频段TDD方式，1880～1920MHz、2010～2025MHz;补充工作频段FDD方式，1755～1785MHz、1850～1880MHz;补充工作频段TDD方式，2300～2400MHz，与无线电定位业务共用，见图2－9。

图2－9　中国3G主要工作频段示意图

TD－SCDMA的内容是写在3GPP的R4(Release4)中的，在R99中只包含了3.84McpsTDD。TD－SCDMA是在R4之后的版本才被纳入3GPP的，此时TDD包括了3.84Mchip/s和1.28Mchip/s两个参数，后者即码片速率1.28Mchip/s的就是TDSCDMA。R4相对于R99，提供了更加强大的功能，诸如安全、定位等方面的考虑。在R4架构下，MSC分离为MSC－Server(MSC服务器)和CS－MGW(电路域－媒体网关)。标准的兼容性决定了1.28McpsTDD能够提供R99中所需要的全部功能。基于R4核心网的TD－SCDMA网络结构及接口如图2－10所示。

图2－10　基于R4的TD－SCDMA网络结构

4.WiMAX技术

采用WiMAX技术，可以在大城市之间建立无线网络，因为WiMAX能为50km范围内的固定站点提供无线宽带接入服务，这个网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，WiMAX也能为5～15km范围内的移动设备提供同样的接入服务。所以，WiMAX能将Wi－Fi热点连接到互联网，实现最后1km的宽带接入。它于2007年3月被接纳为ITU的3G通信标准，双工方式为TDD，使用OFDM技术。

WiMAX工作频段可在2～66GHz(对于IEEE802.16标准:2～11GHz;对于IEEE802.16a标准:10～66GHz)，信道带宽可在1.5～20MHz范围内灵活调整，有利于在所分配的信道带宽内充分利用频谱资源。WiMAX采用宏小区方式，最大覆盖范围达50km，当信道带宽为20MHz时，支持高达70Mbit/s的共享数据传输速率，此时，最大覆盖范围为3～5km。同时，它还可采用多扇区技术来提高系统容量，一个扇区可同时支持60多个采用E1/T1的企业用户或数百个家庭用户。

WiMAX采用了OFDM、收/发分集、自适应调制等多种先进技术实现非视距NLOS和阻挡视距ONLOS传输，有效提高了城市内无线传输的效能。物理层支持TDD/DMTA和FDD/TDMA两种无线双工多址方式，以适应不同国家或地区电信体制要求。支持单载波(SC)、OFDM(256点)、OFDMA(2048点)三种调制方式，可根据需要灵活选择。物理层可以根据传输信道性能变化，动态调整调制方式和物理层参数，以保证较好的传输质量。

WiMAX网络结构比较简单，如图2－11所示。

图2－11　WiMAX技术的网络结构示意图

对于WiMAX和其他3G技术的关系，目前有一种观点认为WiMAX将成为3G网络的终结者或替代者。那么WiMAX真能起到这种作用吗?WiMAX只是一种频谱效率比较高的无线接入网络技术，而3G网络是一个完整的网络体系结构。表2－5对WCDMA和WiMAX技术进行了比较。

表2－5　WiMAX与WCDMA技术的比较

续表

2.1.1.3　LTE系统

由于通信市场中对通信系统的数据传输速率的要求不断提高及用户业务类型的不断更新，传统3G技术很明显已不能满足市场需求，因此研究新的的空中接口技术就十分必要而且迫切。LTE系统是上节所述的3G移动通信系统的演进技术，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO技术。3GPP组织在2005年12月举行的TSG RAN#30会议上，确定了LTE上行物理层使用单载波频分复用技术(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA)、下行物理层使用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)。在2005年6月的加拿大魁北克会议上，确立了LTE的主要性能需求指标:支持1.25MHz～20MHz的带宽;峰值数据传输速率上行达到50Mbit/s，下行达到100Mbit/s;能够支持成对的和非成对频谱的使用;频谱利用率，下行链路要求达到5bit/s/Hz(是R6HSDPA的3到4倍)，上行链路要求达到2.5bit/s/Hz(是R6HSUPA的2到3倍);单向用户面延时不能大于5ms，控制面延时不大于100ms;会议中特别提出了提高处于小区边缘用户的吞吐量;在支持简单的临频共存的同时，还要支持高速移动的用户的基本业务需求。不同移动标准的传输速率见表2－6。

表2－6　多种制式理论峰值速率对比

在网络架构上，LTE系统取消了以往UMTS标准采用的无线网络控制器(RNC)节点，从而在网络架构方面形成了一个全新的扁平化结构。LTE总体网络架构如图2.1所示，E－UTRAN由eNodeB构成，eNodeB之间由X2接口互联，每个eNodeB通过S1接口与核心网CN(SAE中称为EPC)相连，用户UE通过LTE－Uu口与基站eNodeB相连，具体见图2－12。

图2－12　LTE系统的网络架构

其中S1接口将eNodeB链接到EPC，其分为两个接口，一个用于控制平面，另一个用于用户平面;X2接口用户eNodeB间的链接，其控制平面和用户平面协议与S1相同。