5G移动通信系统课件

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1、1G-4G介绍移动互联发展趋势5G简介5G的关键技术5G新型网络架构1G：模拟语音20世纪80年代初提出，完成于20世纪90年代初主要技术模拟技术和频分多址(FDMA)技术特点2.4kbps传输速率只提供区域性语音业务，容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务；设备成本高，质量大，体积大代表制式AMPS（Advanced Mobile Phone System）贝尔实验室发明，1978年开发，1982年全美部署TACS（Total Access Communications System）我国1987年确定以TACS制式作为我国模拟制式蜂窝移动电话的标准 第第1代

2、移动通信系统（代移动通信系统（1G）是）是模拟式通模拟式通信系统信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟，模拟式是代表在无线传输采用模拟式的式的FM调制，将介于调制，将介于300Hz到到3400Hz的语的语音转换到高频的载波频率音转换到高频的载波频率MHz上。上。一部大哥大在当时的售价为一部大哥大在当时的售价为21000元，元，除了手机价格昂贵之外，手机网络资费的价除了手机价格昂贵之外，手机网络资费的价格也让普通老百姓难以消费。当时的入网费格也让普通老百姓难以消费。当时的入网费高达高达6000元，而每分钟通话的资费也有元，而每分钟通话的资费也有0.5元。元。不过由于模拟通信系统有着很多缺陷，不过

3、由于模拟通信系统有着很多缺陷，经常出现串号、盗号等现象，给运营商和用经常出现串号、盗号等现象，给运营商和用户带来了不少烦恼。于是在户带来了不少烦恼。于是在1999年年A网和网和B网被正式关闭。网被正式关闭。1998年，年，黄宏、宋黄宏、宋丹丹小品丹丹小品回家回家2G：数字语音20世纪90年代相对于1G的改进：模拟-数字 语音信号数字化处理压缩带来容量上收益 对语音和控制信号进行加密增强安全性 催生了诸如短信等新业务展开主要技术 时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）特点 保密性强、频谱利用率高、提供丰富的业务（比如，低速率的数据业务）、标准化程度高、可进行省内外漫游 从从1G跨入跨入2G的

4、分水岭则是的分水岭则是从模拟调制进从模拟调制进入到数字调制入到数字调制，相比于第，相比于第1代移动通信，第二代移动通信，第二代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也在增加，同时能够提高多种业务服务。从这一在增加，同时能够提高多种业务服务。从这一代开始手机也可以上网了。第一款支持代开始手机也可以上网了。第一款支持WAP的的GSM手机是诺基亚手机是诺基亚7110，它的出现标志着，它的出现标志着手机上网时代的开始，而那个时代手机上网时代的开始，而那个时代GSM的网的网速仅有速仅有9.6KB/s。数字网有以下优点：数字网有以下优点：1.频谱利用率高，有利于提高系

5、统容量；频谱利用率高，有利于提高系统容量；2.提供多种业务服务，提高通信系统通用性；提供多种业务服务，提高通信系统通用性；3.抗噪声、抗干扰、抗多径衰落能力强；抗噪声、抗干扰、抗多径衰落能力强；4.能实现更有效、灵活的网络管理和控制；能实现更有效、灵活的网络管理和控制；5.便于实现通信的安全保密；便于实现通信的安全保密；6.可降低设备成本。可降低设备成本。oppo A209,作者本人自作者本人自用用2G手机。手机。2G 代表制式 GSM（Global System for Mobile Communications）1991年在欧洲投入使用，现全球广泛应用 使用FDMA、TDMA技术 工作频率

6、900-1800MHz，提供9.6kbps的传输速率 电话业务、紧急呼叫业务、短信业务、可视图文接入等 CDMA 20世纪90年代中后期发展商用 以扩频通信为基础的调制和多址连接技术 8kbps(IS-95A)、64kbps(IS-95B)通信具有隐蔽性、保密性、抗干扰；通话质量好、掉线少、辐射低、健康环保2G-3G过渡 2.5G GPRS（General Packet Radio Service）基于GSM的无线分组交换技术 提供端到端、广域的无线IP连接 网络容量只有再需要时进行分配，不需要时就释放 传输速率150Kbps(比GSM快15倍)2.75G EDGE（Enhanced Data

7、 rates for GSM Evolution）基于GSM/GPRS网络的数据增强型移动通信技术 传输速度384kbps3G：数字语音和数据IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000）Offer at least 144kbps(preferably 384kbps)for high-mobility users with wide-area coverage and 2 Mbps for low-mobility users with local convergence.特点 能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps

8、以上 实现实时视频、高速多媒体和移动Internet访问业务 扩大高质量话音业务容量 国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）发布了官方第）发布了官方第3代代移动通信（移动通信（3G）标准）标准IMT-2000（国际移动（国际移动通信通信2000标准）。标准）。3G存在四种标准制式，存在四种标准制式，分别是分别是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。在。在3G的众多标准之中，的众多标准之中，CDMA这这个字眼曝光率最高，个字眼曝光率最高，CDMA（码分多址（码分多址)是第是第三代移动通信系统的技术基础。三代移动通信系统的技术基础。中国在中国在2009年的年的1月月7日颁发了日

9、颁发了3张张3G牌牌照，分别是中国移动的照，分别是中国移动的TD-SCDMA，中国联，中国联通的通的WCDMA和中国电信的和中国电信的WCDMA2000。3G代表制式ITU开始目标之一是开发一种可以全球通用的无线通讯系统，但是实际最终的结果是出现了多种不同的制式 W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)以GSM为主，加入GPRS的分组交换实体技术，能够兼容GSM系统的所有业务CDMA2000 采用MC-CDMA（多载波CDMA）多址访问技术，不仅可以使用原有CDMA系统的各种接口，还可以使用新的接口标准。TD-SCDMA(Time Divis

10、ion-Synchronous Code Division Multiple Access)集CDMA、TDMA、FDMA、SDMA多种多址方式于一体，采用了一系列高新技术（智能天线、联合检测、接力切换等）频谱利用率高、系统容量大、系统成本低且适合开展数据业务3G-4G过渡 3.5G HSPDA（High Speed Downlink Packet Access）属于W-CDMA技术的延伸 在W-CDMA下行链路中提供分组数据业务，在一个5MHz载波上的传输速率可达8-10 Mbps 3.75G HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）因HSDPA上传速度不

11、足（只有384Kbps）而开发 在一个5MHz载波上的传输速率可达10-15 Mbps，上传速度达 5.76Mbps4G集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等IMT-Advanced 基于全IP分组交换网络 低速和静态传输速率达到1Gbps，高速移动状态下达到100Mbps 提供高品质的服务QoS，支持新一代的多媒体传输特点 不支持传统的电路交换的电话业务，而是全互联网协议（IP）的通信 通信速度快、网络频谱宽、频率效率高、高质量通话、费用便宜 4G包括包括TD-LTE和和FDD-LTE两种制式，是两种制式，是集集3G与与WLAN于一体，并能够快速传输数据、于一

12、体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。高质量、音频、视频和图像等。4G能够以能够以100Mbps以上以上的速度下载（大约是的速度下载（大约是12.5MB/s18.75MB/s的下行速度），比目前的下行速度），比目前的家用宽带的家用宽带ADSL（4兆）快兆）快20倍，并能够满倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，显，4G有着不可比拟的优越性。有着不可比拟的优越性。2013年

13、年12月月4日，工业和信息化部向中国移动、日，工业和信息化部向中国移动、中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通信业务牌照（即信业务牌照（即4G牌照），中国移动、中国牌照），中国移动、中国电信、中国联通三家均获得电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照，此牌照，此举标志着中国电信产业正式进入了举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。时代。准4G（3.9G）LTE(Long Term Evolution)2008年第四季度提出，2011年北美首次商用 基于旧有的GSM/EDGE和UMTS/HSPA网络技术，并使用调制技术提升网络容量及速度 有能力提供300

14、Mbit/s的下载速率和75 Mbit/s的上传速率 全IP基础网络结构 不再支持用于支撑GSM、UMTS和CDMA2000网络下语音传输的电路交换技术，它只能进行全IP网络下的分组交换 分支 LTE FDD（频分双工长期演进技术）LTE TDD（时分双工长期演进技术），又称TD-LTE WiMAX（IEEE 802.16e）4G技术标准 LTE-Advanced LTE的增强版本，完全向后兼容LTE，通常通过在LTE上通过软件升级即可 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps TD-LTE-Advanced 我国具有自主知识产权的新一代移动通信技术 吸纳了TD-SCDMA的主要技术元素

15、WirelessMAN-Advanced（IEEE 802.16m）TDD标准里程碑IMT-20002000年5月TD-SCDMA被国际电联批准为3G国际标准1998-2000年提出LTE-TDD技术方案2005-2006年融合形成TD-LTE国际标准2007-2008年提出LTE-Advanced技术方案2009-2010年2012年1月，LTE-Advanced被确立成为国际4G标准2011-2012年TD-LTE已成为4G主流标准IMT-2020WiMAX全球已分配大量的全球已分配大量的TDDTDD频谱频谱80%02120+100+中国、美国、印度等全球120多个国家与地区已发放TDD频

16、谱国家与地区参与分配全球人口覆盖率TDD频谱资源100多家运营商已获取TDD频谱许可证，其中超过50%是3.5GHz频段随着WiMAX2.1和TD-LTE全面融合，未来将会有更多的WiMAX运营商参与进来运营商获取02600MHz覆盖全球80%，超过50亿的人口TDD频谱资源超600MHz，但大多为高频段700M 100MHz2.3G 100MHz2.6G 190MHz3.5G 4000MHzn4G新分配频谱和5G（6G以上的高频谱）的分配将会以TDD技术为主TD-LTETD-LTE生态系统已成熟生态系统已成熟n在政府的大力支持下、产业链各环节企业的共同推动下，TD-LTE 4G快速成熟，已开

17、始大规模商用TD-LTE与FDD LTE同步、同平台发展TD-LTE手机于2014年初实现规模商用，且已推出五模千元智能机TD-LTE基本与FDD LTE同步、同平台融合发展TD-LTE处于商用初期阶段，全球共39个商用网络测试仪表（36家）系统供应商（10家）终端芯片（85家）运营商(60家）当前全球当前全球TD-LTETD-LTE网络蓬勃发展网络蓬勃发展26个国家部署39张TD-LTE商用网络18张LTE FDD/TDD融合网络48张TD-LTE商用网络计划/正在部署60万TD-LTE基站39个TD-LTE的商用网络已部署48个TD-LTE商用网络计划/正在部署 来源：GSATD-LTE累

18、计出货量预测来源:GTI30万130万60万201320142020n 截止到2014年8月，全球已发展TD-LTE用户4200万n 根据GSMA的预测，到2020年4G LTE的连接数将增至25亿，占总连接数提升至28%，其中较大比例的连接数增长来自我国TD-LTE网络n TDD网络数在2012年仅占1%，在2014年将提升到18%LTE分制式网络数占比LTE全球连接数及所占比例 来源：GSMA全球全球TD-LTETD-LTE用户快速增长用户快速增长单位：十亿100%202020142012全球全球WiMAXWiMAX网络加速向网络加速向TD-LTETD-LTE转移转移TDD频谱运营商开始普

19、遍选择TD-LTE主流WiMAX运营商明确演进到TD-LTEWiMAX论坛已正式将TD-LTE-A列为演进方向TD-LTE成为全球TDD技术的共同演进方向Wimax现有150个国家477个网络，2500万用户将升级到Wimax2.1，即TD-LTE国内国内TD-LTETD-LTE网络部署进程加快网络部署进程加快n国内三家运营商正加快TD-LTE的建设步伐，预计年底前覆盖全国300多以上的城市2014.036月底12月底100城市250城市344城市41万基站超50万基站2013.1215城市7月底300城市47万基站300个城市25个重点城市2014.035.1712月底6月27日16城市LT

20、E混合组网试验8月底增至40个56个重点城市300个城市2014.02100个城市16城市LTE混合组网试验增至40个6月27日8月底12月底TD-LTETD-LTE终端发展超过预期终端发展超过预期TD-LTE终端款数统计情况来源：GSA，2014.08nTD-LTE终端于2014年初实现规模商用，截止8月终端款数实现增长翻番，并达到908款，终端厂家也达到200多家n2014年18月4G TD-LTE手机出货量累计6747万部，每月4G手机出货占比在不断提升，8月占比达到38.4%，远高于3G占比，并不断逼近2G占比2014年1月8月国内手机出货量情况来源：CATR，2014.0813414

21、520133158364991305001000150020002500300035002014.022014.032014.042014.052014.062014.072014.08本月新增上月累计国内国内TD-LTETD-LTE用户发展迅猛用户发展迅猛2014年2-8月中移动TD-LTE用户数（万）n 中移动已发展TD-LTE 4G用户2956.8万用户，月均增长率高达50%，年底有望实现5000万目标n 中电信4G业务从7月正式推出，至今只是一个月时间，用户已经达到60万来源:中移动官方发布信息134.0279.3479.8810.91394.32043.72956.8TD-LTETD

22、-LTE终端降低客户终端降低客户4G4G的使用门槛的使用门槛TD-LTE支持多模多频，以适应全球漫游的需求和解决终端通用性的问题全球化多样化新体验低成本TD-LTE终端产品进一步丰富，包括手机、路由器等支持VoLTE高清化语音通信，目前已有多款手机支持iPhone6已支持六模20频共530款 千元机占一半以上 平均单价由5101元下降到1826元 三模、四模终端价格下降至399元TD-LTETD-LTE更适合移动互联网业务更适合移动互联网业务TD-LTE特性 数据传输实时性强频谱资源灵活配置系统传输速率高系统时隙动态调配nTD-LTE具有上下时隙动态配比，频谱灵活配置、高带宽和低时延等特点，适

23、合移动互联应用多样化的需求更适应上下行时隙动态配比动态TDD更能满足移动应用低时延要求更能满足不同传输带宽的需求更适合移动高速数据业务需求UL：50MbpsDL：100MbpsTD-LTETD-LTE助力移动互联变革传统产业助力移动互联变革传统产业n 2013年，中国智能手机用户存量和增量全球第一n 信息技术改造传统产业3.2万亿信息消费巨大市场机遇n信息技术变革传统产业，信息消费市场巨大1G-4G介绍移动互联发展趋势5G简介5G的关键技术5G新型网络架构26信息通信技术进入移动互联网络时代信息通信技术进入移动互联网络时代带来社会与生活的深刻改变带来社会与生活的深刻改变-在计算机、芯片、互联网

24、和移动通信网络的共同推动下，移动互联网络时代来临 大型计算机（1960）小型和微型计算机（1970）互联网（窄带）（1980）互联网（宽带）（1990）移动互联网（2002）随着移动宽带网络发展和智能手机普及，进入移动互联时代个人电脑20101958发明IC1969发明internet19791989发明万维网20023G商用大哥大发明计算机19461966发明光纤4G商用19742009国内3G商用国内4G商用发明数据用户线19892007Iphone信息通信发展历程2013趋势趋势1 1：移动通信网络向随时、随地、随需：移动通信网络向随时、随地、随需接入演进接入演进移动通信网络融合多种技术

25、、多种业务，实现更高速、更高效、更智能无线宽带化实现按需接入融合化实现互联互通普遍覆盖化实现无缝覆盖软件化实现集中管理，随需扩展扁平化实现紧贴服务 2002年 2005年 2010年 2018年384Kbps2Mbps100Mbps1Gbps智能终端推动应用服务快速创新，移动互联网以6个月为周期快速迭代 -桌面互联网/PC：以18个月为周期进行硬件和软件升级 -移动互联网/智能终端：产业周期趋近于6个月趋势2：智能终端引领移动互联的发展2013年智能终端出货量是PC 4倍智能手机 38.4%智能电视 55%联网汽车智能路由13亿平板电脑 50.6%智能手表 500%2013年各类智能终端形态不

26、断延伸，已形成至少13亿部且仍高速增长的市场单核，528Mhz单核，1Ghz双核，1.2Ghz四核，1.6Ghz65nm45nm32nm28nm操作系统2007年2012年应用服务快速创新八核，2Ghz2013年趋势趋势3 3：移动通信带动芯片产业革命：移动通信带动芯片产业革命1991年，芬兰首次商用GSM系统，ARM公司成立；1994年，中国商用GSM传感和新能源？时间60-70年代1972-2011年计算机崛起2012-?移动通信和互联网兴起1958年发明了IC；1963年发明了CMOS1972年Intel 8008 应用家用电脑Mark-8；1979年8088应用到第一台PC消费及军工电

27、子计算机移动通信传感集成电路产业快速发展，将进入”后摩尔时代“-集成电路按“摩尔定律”发展延续至今，正步入后20纳米时代，即”后摩尔时代”-摩尔定律不是自然规律而是对持续创新的期望，如果汽油的性能能够以同样的速度发展，1 升汽油能够使飞行器环绕地球旅行573圈 移动芯片制程工艺升级节奏不断加快，与计算机CPU的差距越来越小甚至超越（3年 2年 1年）。趋势趋势4 4：基于移动互联网络的应用无处不在：基于移动互联网络的应用无处不在移动、宽带、泛在的移动互联网络，引发信息通信新技术变革 -移动互联网络与其它技术融合，催生信息通信新技术变革 -基于移动互联网络的新应用“无所不在、无所不能”新机遇：物

28、联网、智慧城市、可穿戴设备、新型车载终端、机器人客服、脑电波控制新机遇：在线医疗、在线教育、互动视频、增强现实游戏、在线旅游、语音搜索移动互联网络引发信息通信新技术变革云计算4GIPV6 人体传感 人工智能增强现实海量数据运算能力及存储能力海量数据挖掘，信息的精确匹配无处不在的移动高速传输IP地址升级，让一切物体实现联网人体数据实时记录，手势、眼球控制成为可能语音识别、脑电波识别、智能机器人得以广泛应用让一切虚幻变成现实大数据l个性化产品与服务；l消费便捷；l服务快速；工业企业 市场范围无限扩张；个性化服务；信息流；网民与用户重合度高；信息化程度高，多维交流成本低。互联网企业未来市场需求特征规

29、模化生产；标准化实物产品；实物流；难以获取消费偏好；管理层级多，复杂性高企业跨界融合趋势趋势5 5：移动互联网推动传统产业价值重构：移动互联网推动传统产业价值重构移动互联网时代背景下的思维方式的打破将深刻印象已有平衡，对传统方式、原则、标准、产业链的从方式到方法的深刻变革，也将对资源、载体、竞争与效率的新挑战，未来都将面临这一变革和思维重筑，再造新的价值链连接转型。移动通信技术具有代际演进的规律 -全球移动通信经过1G、2G和3G三个发展阶段，正从3G向4G演进 -当前各国正在积极推进5G技术研究趋势趋势6 6：数据流量增长将推动移动通信技术：数据流量增长将推动移动通信技术持续演进持续演进19

30、80s1990s2000s现在短信社交应用在线、互动、游戏语音移动互联网和物联网为5G发展提供广阔发展空间-预计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，我国将增长300倍以上-预计到2020年，全球移动终端数量将超过100亿，其中我国将超过20亿-预计到2020年全球物联网设备连接数为500亿，其中我国将超过100亿 虚拟现实、“零”时延感知1G-4G介绍移动互联发展趋势5G简介5G的关键技术5G新型网络架构大唐持续引领后续标准演进大唐持续引领后续标准演进推动成立IMT-2000，负责需求组多议题、频谱需求和候选频段的研究牵头863项目-5G无线传输关键技术5G预研牵头863

31、项目-5G无线传输关键技术牵头四个技术专题研究方向，积极参与IMT2020需求组、频谱组工作IMT.Technology TrendIMT.VisionIMT.Above 6GHzWRC-155GIC，METIS/5GPPPIMT-20205G ForumAH-2020ITU-R M.2012IMT.TrafficWRC15 AI 1.1n 5G 定义和关键技术n 业界开始广泛研究5Gn ITU通过4G标准n 4G开始商用5G白皮书n 5G 愿景和需求2010-20122012-20132013-20142014-20202020.5G来临!大唐联合产业界共同展望大唐联合产业界共同展望5G5G

32、3GPP3GPP的的5G5G路线考虑路线考虑Rel-8 SI Rel-8 WI2005.032006.09Rel-92009.032010.03Rel-10 SIRel-10 WI2008.03Rel-112012.122009.122011.03Rel-12Rel-132012.092014.09LTERel-8/9Rel-10/11Rel-12/13Rel-14/15LTE-A4G5G4.5G?20052010200820122012201620162020需求5G之花业务数据、连接和用户体验频率400MHz-6GHz6GHz-60GHz时间2020年及以后5G5G技术的关键特征技术的关键

33、特征5G IMT-2020技术愿景演进融合创新高效率，低成本，高价值的5G网络，需要业务层/网络层/接入层的有效融合传统蜂窝场景能力和体验持续提升，需要LTE-A系统的持续演进和增强技术新的场景和新的应用领域，需要创新的技术和系统设计信息、通信、消费电子融合多个无线接入网络融合多层网络融合MobileCore NetworkRelay cellPico cellPico cellPico cellHNBMacroRelay BackhaulD2D link计算能力和通信能力融合5G技术展望融合小区边缘性能提升:多小区协作,先进干扰抵消技术多天线提升频谱效率:大规模MIMO,3D-波束赋形超密集

34、部署:LTE-Hi 及其演进更多应用场景和业务：M2M,D2D,V2X灵活网络部署和高可靠性:移动中继,终端中继,终端直通,智能网络技术:基于环境和服务的感知SON;多网络的 SON5G技术展望演进新型网络架构:n分布式无线技术和集中式计算n以用户为中心的智能移动互联网架构n 软件无线电(SDR)+软件定义网络(SDN)+基于内容分发网络(CDN)灵活频谱资源使用:n认知无线电技术n动态频谱共享技术n高频谱(mmWave)新无线传输技术:n新型多址接入技术n全双工技术n基于低时延、高可靠的无线接入体系AccessAccessAccessSDNControllersdfCore Op BMobi

35、le InternetCore Op CTraditional OperatorsAccess Abstraction5G5G技术展望技术展望创新创新1G-4G介绍移动互联发展趋势5G简介5G的关键技术5G新型网络架构43移动通信系统发展中的颠覆性技术 移动通信系统每一次更新换代都有颠覆性技术引领1G2G3G4G5G大区制到蜂大区制到蜂窝，窝，FDMA接入接入模拟到数字，模拟到数字，TDMA接入接入单一话音到多单一话音到多媒体，媒体，CDMA接入接入OFDM-MIMO，空域资源空域资源利用利用？：频谱，？：频谱，接入，组网接入，组网容量容量话音业务话音业务和容量和容量多媒体业多媒体业务和容量务

36、和容量高速高质高速高质多媒体业多媒体业务和容量务和容量容量，能容量，能耗，业务耗，业务v 移动通信系统每一次更新换代移动通信系统每一次更新换代都都解决了当时的最主要需求解决了当时的最主要需求441G：模拟蜂窝+FDMAPowerFrequencyTimeFDMA 至交换中心 MS 1 MS 2 3080 公里 高功率天线 MTSOv 高功率（高功率（200200250w250w）的发射天线）的发射天线v 几百甚至上千平方公里的范围的覆盖几百甚至上千平方公里的范围的覆盖 v 每个大区的可用信道数很少每个大区的可用信道数很少 v 蜂窝系统是一种革命性的变革蜂窝系统是一种革命性的变革 v 提高了频谱

37、利用率和系统的服务质量提高了频谱利用率和系统的服务质量 v FDMA：每个用户占用一个频率：每个用户占用一个频率v 特点：特点：以频率复用为基础，以频带划分小区以频率复用为基础，以频带划分小区 频率受限，需要严格的频率规划频率受限，需要严格的频率规划 以频道区分用户地址以频道区分用户地址大区制大区制蜂窝蜂窝最主要需求：最主要需求：系统容量系统容量452G：数字技术+TDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMA数字化技术数字化技术，如数字语音编码技术，是，如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破移动通信的主要突破v 意义意义：提高通话质量（数字化信道编码纠错）提高通话质量（

38、数字化信道编码纠错）提高频谱利用率（低码率编码）提高频谱利用率（低码率编码）提高系统容量（低码率，语音激活技术）提高系统容量（低码率，语音激活技术）TDMA:每个用户占用一个时隙，提高系统容量特点：以频率复用为基础，小区内以时隙以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户区分用户 每个时隙传输一路数字信号，软件每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置对时隙动态配置最主要需求：高质量话音，系统容量最主要需求：高质量话音，系统容量463G：Turbo码+CDMATurbo码 90年代以前，主流的前向纠错技术是年代以前，主流的前向纠错技术是线性分组码和卷积码线性分组码和卷积码，其性能，其性能与与Sha

39、nnon在在1948年提出的理论可达限之间存在较大距离。年提出的理论可达限之间存在较大距离。1993年，年，C.Berrou等人提出了等人提出了Turbo码，彻底颠覆了所有人们认为成码，彻底颠覆了所有人们认为成功的纠错码所要具备的因素功的纠错码所要具备的因素。在复杂度可控的译码器的协助下。在复杂度可控的译码器的协助下,达到达到了近了近Shannon限的性能。限的性能。Turbo码在码在3G的应用，使得的应用，使得3G能够支持多媒体业务能够支持多媒体业务，打破了，打破了2G只支只支持话音和短消息业务的局限。持话音和短消息业务的局限。FrequencyCDMAPowerTimev CDMA：每个用

40、户使用一个码型，：每个用户使用一个码型，频率频率/时间共享时间共享v 特点特点 每个码传输一路数字信号每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率每个用户共享时间和频率 软容量、软切换，系统容量大软容量、软切换，系统容量大最主要需求：多媒体业务，系统容量最主要需求：多媒体业务，系统容量474G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量47u MIMO：多根发射天线与多根发射天线与多根接收天线多根接收天线p 打破利用时、频、码三维打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，有资源传输数据的局限，有效开发了新的效开发了

41、新的空域资源空域资源。p 基于基于MIMO的的SDMA进一进一步提高频谱效率。步提高频谱效率。u OFDM：多多个低速数据流个低速数据流同时调制在相互正交同时调制在相互正交的子的子载波上传送载波上传送，适用于无线，适用于无线宽带信道下的高速传输。宽带信道下的高速传输。与与CDMA相比，相比，OFDM传送数据的传送数据的速度更快速度更快，并且能够更好地对抗无，并且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应。线传输环境中的多径效应。48容量需求和频谱短缺矛盾突出容量需求：根据预测，随着智能终端普及和数据业务增长，移动通信业务量未来每年会以近一倍的速度增长，未来10年数据业务将增长1000倍。频谱短缺：

42、FCC预测，2014年移动数据业务的增长将导致巨大的频谱赤字，达300MHz。Source:FCC 2010频谱短缺和容量需求的矛盾需频谱短缺和容量需求的矛盾需要技术和策略的突破要技术和策略的突破495G：颠覆性技术在哪里？需要技术和策略需要技术和策略突破突破5G：解：解决三个主决三个主要问题？要问题？容量不足容量不足能耗高能耗高提升用户体验提升用户体验频谱利用无线接入无线传输无线组网业务与终端产生颠覆产生颠覆性技术的性技术的五个方向五个方向50问题1：容量不足 移动通信的发展史表明，容量不足一直是无线通信系统发展中的主要问题 5G面临更大容量需求和频谱赤字：根据预测，至根据预测，至2020年

43、无线网络容量增长达年无线网络容量增长达1000倍倍 如何满足1000倍的容量增长需求？（1）更多频谱更多频谱3（或（或10 ,4 ）（2）更高频谱效率更高频谱效率6(或或 10,12)无线接入无线接入 无线传输无线传输（3）更多基站更多基站（更小小区）（更小小区）50(或或10,10)解决思路更多频谱10新频段技术更高频谱效率10无线传输和接入更多基站（更小小区）10无线网络架构革新新技术新频谱新体制蜂窝WLAN广播卫星新频段q优良频率资源匮缺q网络独立，建设成本巨大q通信效率提升遭遇“收益递减法则”q再过10年怎么办！？需要技术和体制的革新解决思路更多频谱10新频段技术异构协同10无线网络架

44、构革新蜂窝WLAN广播卫星新频段互联网异构协同：建立高效、开放、可扩展、可信、智能的无线网络体制需要技术和体制的革新高效协作用户新技术新频谱新体制更高频谱效率10无线传输和接入总体规划新技术新频谱新体制新频段通信技术新型无线通信网络架构高效无线通信技术更多频谱300MHz新频段技术异构协同60无线网络架构革新更高频谱效率6无线传输和接入54提高容量（1）更多频谱 新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区 615GHz空间隔离性好空间隔离性好 60GHz毫米波毫米波有较高的频宽，但穿透性较差有较高的频宽，但穿透性较差 白频谱 可见光通信 频谱共享智能频谱利用重点建议：智重点建议：智能频谱利用能频

45、谱利用基础：新频谱电波特基础：新频谱电波特性的测量与建模性的测量与建模55传统静态频谱分配策略与挑战v 传统静态频谱分配策略传统静态频谱分配策略 行政指派或拍卖方式，静态使用行政指派或拍卖方式，静态使用。v 面临的挑战面临的挑战 挑战挑战1 1：频谱利用存在：频谱利用存在不均衡问题不均衡问题 挑战挑战2 2：存在时：存在时-频频-空空多维频谱空洞多维频谱空洞 挑战挑战3 3：频谱利用效率较低频谱利用效率较低现有频谱分配殆尽北邮频谱北邮频谱测量结果测量结果显示北京显示北京频谱利用频谱利用存在存在空洞空洞英国广播英国广播电视频段电视频段频谱利用频谱利用存在存在不均不均衡问题衡问题美国芝加哥美国芝加

46、哥地区地区30MHz-30MHz-3GHz3GHz频谱利频谱利用率较低用率较低，仅为仅为5.2%5.2%56动态频谱分配策略打破传统静态频谱分配方法的局打破传统静态频谱分配方法的局限，结合限，结合时时-频频-空多维频谱的动空多维频谱的动态分配态分配，促进频谱资源利用能够，促进频谱资源利用能够智能化，以使其使用更高效灵活智能化，以使其使用更高效灵活，从而提高从而提高频谱利用效率频谱利用效率。频谱紧缺频谱浪费频谱紧缺与频谱频谱紧缺与频谱浪费是浪费是一对矛盾，一对矛盾，如何提升频谱利如何提升频谱利用效率？用效率？频谱利用频谱利用不均衡不均衡，存在频谱，存在频谱空洞空洞，频谱，频谱利用效率低利用效率低

47、解决方法动态频谱57 频谱分配从静态转变为动态方式将面临多方面挑战动态频谱分配策略面临的挑战政策监管部门政策监管部门电信运营商电信运营商设备制造商设备制造商频谱分配政策由频谱分配政策由固定分配固定分配与行政与行政指派向指派向动态频谱动态频谱分配分配政策转变，政策转变，将将面临政策和法面临政策和法规制定的挑战规制定的挑战频谱管理将更加频谱管理将更加智能与灵活智能与灵活，设，设备认证管理及非备认证管理及非法设备核查能力法设备核查能力提升的挑战提升的挑战如何智能、高如何智能、高效效协调协调授权的授权的静态频谱和动静态频谱和动态分配的态分配的频谱频谱使用使用如何对具备动如何对具备动态频谱功能的态频谱功

48、能的终端设备终端设备进行进行网络接入过程网络接入过程的有效的有效管理和管理和控制控制如何升级现有如何升级现有核心网、接入核心网、接入网设备以网设备以支持支持认知等新功能认知等新功能如何对终端和如何对终端和基站的基站的射频模射频模块进行工作频块进行工作频段的扩展段的扩展、如、如何设计何设计高性能高性能的滤波器的滤波器58提高容量（2）更高频谱效率：多址接入 多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一 1G：频分多址（：频分多址（FDMA）2G：时分多址（：时分多址（TDMA）3G：码分多址（：码分多址（CDMA）4G：空分多址（：空分多址（OFDMA+SDMA）4G以OFDM-MIMO为核心的OF

49、DMA和SDMA具有很强的生命力 新型无线接入的尝试：非正交？趋势：单一资源到趋势：单一资源到多维资源联合使用多维资源联合使用,提高资源利用率提高资源利用率频率频率时间时间功率功率FDMA频率频率时间时间功率功率TDMACDMA时间时间频率频率功率功率1G2G3G4Gv 大规模MIMO信道建模与分析信道信息获取（相应导频设计）协调多用户联合资源调配能耗问题天线配置、基站选址导频污染高效传输方法（如预编码方案）v 3D MIMO电磁波的传输平面增加俯仰角，进一步扩展空间自由度v 无线网络的干扰管理和容量研究构建多维干扰状态模型分析干扰和网络容量的关系智能动态干扰管理机制大规模MIMO3D MIM

50、O提高容量（提高容量（2）无线传输新技术无线传输新技术60基于电磁波角动量特性的新型无线传输技术v无线传输的媒介是电磁波，而无线传输的媒介是电磁波，而新的电磁波物理特新的电磁波物理特性性的利用可能带来无线通信的时代变革的利用可能带来无线通信的时代变革v电磁涡旋起源于1992年荷兰物理学家L.Allen对光子携带轨道角动量的发现。英国格拉斯哥大学天文物理系Gibson等人在2004年提出将轨道角动量应用于光通信，并证实了能够充分利用不同的OAM状态实现多信道独立调制同频传输。2G3G4G后后4G9.6K2M1G10GT？61电磁涡旋波的产生v 电磁涡旋波可由调制后携带信息的普通波通过波束扭转方法

51、得到。v 将电磁涡旋波恢复为普通调制信号的过程可以理解为“逆涡旋”q国内外研究进展验证演示系统v 瑞典物理研究所的Bo Thid教授和意大利帕多瓦大学Fabrizio Tamburini教授等人在2010-2011年对电磁涡旋技术用于无线传输进行了实验。该实验采用抛物面天线和八木天线发收，成功的在意大利威尼斯的河两岸实现了442m的无线传输，验证了电磁涡旋无线传输技术的可行性。实验场景图q电磁涡旋应用于无线通信的挑战v 传播环境要求严格：当无线传播中出现大气湍流、阻挡物等不利传播条件时，会改变波束扭转角度，对电磁涡旋造成影响。v 高效的电磁涡旋波产生与接收：如何设计发射和接收电磁涡旋波天线将会

52、是一个挑战。v 发送和接收电磁涡旋波的方向性要求严格：v 电磁涡旋波状态的高效检测：如何对大量的电磁涡旋波状态进行有效分离和检测，是应用于无线通信所面临的核心挑战之一。应用前景应用前景q固定无线通信：如无线中继间通信。q深空通信或近地通信：如卫星间通信。q移动通信：如能解决电磁涡旋波的方向性、天线、大气湍流、多径、电磁涡旋波操控性和高效产生和接收等问题，则其可以用于移动通信。全双工通信技术在现有基础上，理论上信道容量提升1倍多天线对消方案 时分双工上下行链路同频，分时 频分双工上下行链路分频，同时 全双工上下行链路同频，同时目前国外已建立试验平台，国内开展研究较少信息密度均匀高度不均匀下的异构

53、无线网络提高容量（3）更多基站（更小小区）68信息密度概念信息密度概念信息密度：单位面积发送，接收或经过的信息量，分别指导容量分布，资源分配和路由的研究网络分布与用户信息密度匹配，实现资源精准匹配。定义“无线组网信息密度”概念，即“在任何一个点为中心的邻域覆盖范围内，用户可以通过该点透明地传输数据的速率”。未来的组网架构要支持增长如此巨大的业务量，其基本特征必然是异构的多网接入，它将是“密度不均匀性”的组网架构。p 信息密度非均匀新组网架构面临的主要问题69距离业务量容量覆盖宏蜂窝微小区WLAN60GHz宏蜂窝微小区WLAN60GHz3G4G新频谱微小区WLAN60GHz宏蜂窝信息密度非均匀下

54、的异构信息密度非均匀下的异构无线组网新技术无线组网新技术问题1:异构无线网络如何协同工作问题2:复杂环境下信道如何建模问题3:异构非均匀业务需求环境下如何高效传输？70特征提高容量的关键技术网元构成实质密度均匀的蜂窝小区小区变小/分裂/方向性天线/无线资源管理同构，控制与业务平面一体业务单一密度准均匀的协作式组网（群小区，CoMP）小区变小/多天线/小区边缘协作/无线资源管理/协作天线管理同构为主，控制与业务平面一体优先提高小区边缘速率来提高全网速率密度不均匀的多域异构小区大小区、小小区并存/多单天线并存/小区边缘协作与热点并存/蜂窝通信与无线接入并存/多域资源管理异构融合，将控制与业务平面分

55、离保证小区边缘速率，通过热点覆盖大幅度提高全网速率无线组网演进三个重要阶段无线组网演进三个重要阶段71后4G：颠覆性技术在哪里？需要技术和策略需要技术和策略突破突破后后4G：解决三个解决三个主要问题？主要问题？容量不足容量不足能耗高能耗高提升用户体验提升用户体验频谱利用无线接入无线传输无线组网业务与终端产生颠覆产生颠覆性技术的性技术的五个方向五个方向科技部863 5G立项国际上面向国际上面向5G的研究计划已逐步启动：的研究计划已逐步启动：2020年无线网络容量增长达年无线网络容量增长达5001000倍，产业需求巨大倍，产业需求巨大 ITU-R已于已于2010年完成年完成4G系统的标准制定，系统

56、的标准制定，5G系统的研究已系统的研究已提上日程；提上日程；3GPP已于已于2012年底开始针对下一代移动通信系统年底开始针对下一代移动通信系统的的Release12版本研究，提前谋求版本研究，提前谋求5G布局布局 欧盟将投资总计欧盟将投资总计2700万欧元资助研究万欧元资助研究2020年及未来的下一代年及未来的下一代无线移动通信系统无线移动通信系统METIS计划计划 美国国家宽带计划，到美国国家宽带计划，到2020年超过年超过1亿的美国家庭可以获得至亿的美国家庭可以获得至少少50Mbps/100Mbps的宽带接入速度，预算将超的宽带接入速度，预算将超72亿美元亿美元 因此，必须引领下一代移动

57、通信技术发展，以满足产业需求，因此，必须引领下一代移动通信技术发展，以满足产业需求，实现我国实现我国“十二五十二五”规划对发展新一代信息技术的战略要求。规划对发展新一代信息技术的战略要求。73核心问题：无线带宽瓶颈 移动通信的发展史表明，容量不足一直是无线通信系统发展中的主要问题 5G面临更大容量需求和频谱赤字：根据预测，至根据预测，至2020年无线网络容量增长达年无线网络容量增长达5001000倍倍解决思路更多频谱10新频段技术异构协同10无线网络架构革新蜂窝WLAN广播卫星新频段互联网异构协同：建立高效、开放、可扩展、可信、智能的无线网络体制需要技术和体制的革新高效协作用户新技术新频谱新体

58、制更高频谱效率10无线传输和接入指南综述 指南内容 面向2020年之后的第五代移动通信（5G）应用需求，研究5G网络系统体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术，完成性能评估及原型系统设计，支持业务总速率达10Gbps，空中接口频谱效率和功率效率较4G均有10倍的提升；针对移动终端本地互联与社交化内容分发的融合趋势，研究计算存储资源整合、交互协议和控制等技术，有效统计复用容量提升不少于50倍。下设5个研究课题方向：课题设置示意新技术新频谱新体制新频段通信技术新型无线通信网络架构高效无线通信技术课题课题3.5G无线总无线总体技术研发体技术研发课题课题1.5G无线

59、网络关无线网络关键技术研发键技术研发课题课题2.5G无线无线传输关键传输关键技术研发技术研发课题课题4.5G无线技术测试验无线技术测试验证平台研发（总体课题）证平台研发（总体课题）解决的问题解决的问题1G主要解决语音通信的问题;2G可支持窄带的分组数据通信，最高理论速率为236kbps;3G在2G的基础上，发展了诸如图像、音乐、视频流的高带宽多媒体通信，并提高了语音通话安全性，解决了部分移动互联网相关网络及高速数据传输问题，最高理论速率为14.4Mbps;4G是专为移动互联网而设计的通信技术，从网速、容量、稳定性上相比之前的技术都有了跳跃性的提升，传输速度可达100Mbit/s,甚至更高。那么

60、，5G将为我们带来什么？5G第五代移动通信技术，也是4G之后的延伸，目前正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织的公开规格或官方文件有提到5G。按照业内初步估计，包括5G在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在3个维度上同时进行:1)通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G的基础上提高10倍以上;2)通过引入新的体系结构(如超密集小区结构等)和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高25倍左右;3)进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波与可见光等),使未来无线移动通信的频率资源扩展4倍左右.有消息报道韩国成功研发第五代移动通信技术，手机在利用该技术后无线下载速度可以达到每秒3.6

61、G华为在2013年11月宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新，并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络5G 5G有以下特点：1)5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验,网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标.2)与传统的移动通信系统理念不同,5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码 等经典技术作为核心目标,而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点,力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高.3)室内移动通信业务已占据应用的主导地位,

62、5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统 优先设计目标,从而改变传统移动通信系统“以大范围覆盖为主、兼顾室内”的设计理念.4)高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统,但由于受到高频段无线电波穿透能力的限 制,无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用.5)可“软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向,运营商可根据业务流量的动态变化 实时调整网络资源,有效地降低网络运营的成本和能源的消耗.5G与4G的对比 总的来说，5G相比4G有着很大的优势：在容量方面，5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍；在传输速率方面，典型用户数据速率提升10到100倍，峰

63、值传输速率可达10Gbps（4G为100Mbps），端到端时延缩短5倍；在可接入性方面：可联网设备的数量增加10到100倍；在可靠性方面：低功率MMC（机器型设备）的电池续航时间增加10倍。由此可见，5G将在方方面面全面超越4G，实现真正意义的融合性网络。5G的发展现状欧盟宣布成立METIS，投资2700万欧元用于5G技术应用研究。据了解，METIS由29个成员组成，其中包括爱立信、华为、法国电信等主要设备商和运营商，欧洲众多的学术机构以及宝马集团。中国工业和信息化部科技司司长闻库此前表示，工信部已成立工作小组进行5G研发，中国移动研究院等国内组织也有相关部门在推进。作为国家无线电管理技术机构

64、，国家无线电监测中心正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。目前，监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构（SOA）的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。面向5G关键技术评估工作，监测中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境，从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。三星已开展5G技术试验，透过64根天线，以28GHz频段进行最快达1.056Gbps的速度进行无线传输，最远传输距离可达2公里，其速度几乎是4G的百倍以上。移动通信传统工作频段主要

65、集中在移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。容量和传输速率等方面的需求。高频段在移动通信中的应用是未来的发高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增带宽、小型化的天线和设备、

66、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。监测中心目前正在积极开展高频段需求监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。得到最优配置。多天线技术经历了从无源到有源，从二多天线技术经历了从无源到有源，从二维（维（2D）到三维（）到三维（3D），从高阶），从高阶MIMO到大到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方技术重要的研究方向之一。向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持由于引入