第8章_第四代移动通信关键技术要点

14G移动通信系统2基本概念-----什么是4G、B3G?•4G是下一代的移动蜂窝系统，大约在2010年投入使用•4G的12个部分最后答案?ServiceprovidersCostreductionUserservicesWirelesswirelineTechnologytrendsNewnetworkNewairinterfaceWirelessInternet4G是否存在HigherbitratesWhitespace升级限定无线新的网络新的空中接口技术趋势费用的降低更高的数据速率用户服务覆盖空间服务提供者无线网络3基本概念-----4G的直观描述图•是在1G、2G、和3G基础上发展起来的•是与2G和3G共存的（目前：2.5G代表：GPRS、Edge）•传输速率较3G提高10倍、成本降低10倍（2001年）数据速率覆盖面积移动性宏小区高的移动性微小区有限的移动性固定接入64kbps2Mbps200MbpsP-MP(LMDS)Milli-waveLAN2GWLAN4G3G42代、2.5代、3代的主要区别：•2代（GSM)的主要指标参数（传输速率）:9.6kbps---14.4kbps,可移动（任意速度）；仅有语音通信；•2.5代(GPRS)的主要指标参数（传输速率）:最大用户数据率：21.4kbps,采用GMSK一种调制方式(2.75代---Edge）•3代的主要指标参数（传输速率）：144kbps,快速移动状态；384kbps,人行道步行；2Mbps,室内不动。54G系统技术目标和特点（1）4G系统应具有更高的数据率、更好的业务质量（QoS）、更高的频谱利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的传输质量、更高的灵活性；4G系统应能支持非对称性业务，并能支持多种业务；4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势，因此4G系统应当是一个全IP的网络。64G系统的具体技术目标和特点（2）4G系统的容量•4G系统的容量至少为3G系统的10倍•4G系统的频谱效率应当为3G系统的5到10倍•4G系统目标速率为：高速移动用户（250km/h），数据速率为2Mbps;中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbps;低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbps具有不同速率间的自动切换能力,以保证通信质量.74G系统的具体技术目标和特点（3）4G系统是一个无缝网•4G系统应能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，应能实现与无线LAN的无缝连接。并实现高速移动中系统间切换和网络互联.•4G的无缝特性，包含系统、业务和覆盖等多方面的无缝性•4G系统应当是一个综合系统，蜂窝部分提供广域移动性，而WLAN提供热点地区的高速业务，同时也应当包含家庭和办公室的个人LAN.84G系统是一个基于IP的网络•4G应当是一个基于IP的移动网络，可以采用多种无线接入方式，比如IEEE802.11,WCDMA,Bluetooth,HyperLAN等。全IP的核心网可以与无线接入方式独立地发展。4G系统将会采用Ipv6。Ipv6将能在IP网络上实现话音和多媒体业务。（山东大学已建成Ipv6实验网）4G系统将能实现不同QoS的业务•4G系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务。能提供用户定义的个性化服务,按服务级别收费.4G系统的具体技术目标和特点（4）94G系统的关键技术（1）无线接入方式与多址方案•OFDM是4G系统最为合适的多址方案,OFDM也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。(其它观点：MIMO+CDMA)•OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以提供比目前无线数据技术质量更高（速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案•OFDM的主要优点：各个信号间不会相互干扰；对多径衰落和多普勒频移不敏感；用户间和相邻小区间无干扰；可实现低成本的单波段接收机等。OFDM的主要缺点:功率效率不高（PAPR峰值平均功率比,PeaktoAveragePowerRatio)、及频偏问题。•日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为：VSF-OFCDM。VSF表示可变扩频因子，而OFCDM则表示正交频分与码分复用。104G系统的关键技术（2）调制与编码•4G系统将会采用多载波调制（MCM）技术MC-CDMA或OFDM-TDMA,并考虑功率与自适应调制的平衡.•MC-CDMA采用QPSK调制，而OFDM-TDMA采用高电平调制，如M-QAM，需要采用自适应调制，按照实际测量的参数来确定QAM的电平数和符号速率。•4G移动通信系统将采用更高级的信道编码方案，如Turbo码、级连码和LDPC等，从而在极低的Eb/N0下保证足够的性能。NTTDoCoMo的4G实验系统信道编码采用TURBO码。114G系统的关键技术（3）无线链路增强技术•分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能；•多天线技术，如采用2或4天线来实现发射分集，或者采用多输入多输出（MIMO）技术来实现发射和接收分集。（实现的考虑：共用天线的可能性）124G系统的关键技术（4）高效的频谱使用方案•提高频谱效率的方法是将要使用3GHz以上的频段，由于可以使用的带宽更宽，因此将具有更高的传输容量。•3G系统的频谱效率只有2bps/Hz，而4G系统的频谱效率应达到5bps/Hz。•信道分配：主要为分组信道分配、自适应信道分配。分组信道是将信道分组分配给每个及户,可使由于失真及各信道能量的不均衡和频偏所造成的用户间的干扰最小.134G系统的关键技术（5）基于IP的核心网•移动IP技术是真正实现“任何时间、任何地方、与任何人进行任何业务通信”的全球个人通信的关键基础技术，代表着通信技术发展的未来方向。•3G系统不是基于IP的，如CDMA2000基于ANSI-41，而WCDMA基于GSM-MAP。•4G系统应当是一个全IP的网络。实现不同网络间的无缝互连；全IP也是一种低成本的集成目前网络的方法。•4G系统的核心网是一个基于全IP的网络，独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务；能同已有的核心网和PSTN共存。144G系统的关键技术（6）软件无线电（SDR）技术•将硬件作为其通用的基本平台，把尽可能多的无线及个人通信的功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。它是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。•软件无线电技术将会在4G系统得到应用。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。软件无线电技术有助于不同标准和系统的融合。154G系统的关键技术（7）软件无线电（SDR）技术•采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；当终端移动时，可重新配置，如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动系统中时，终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端，从而该终端可获得服务。•采用软件无线电技术实现的移动终端或BS将采用模块化的结构，主要由天线模块、LNA模块、功率放大器模块、ADC\DAC模块、DSP模块和多媒体模块等组成。软件无线电中RF和基带器件都应当是可编程的。164G系统的关键技术（8）高性能的接收机•各种新型的接收机，如：Turbo码接收机等•4G系统对接收机提出特别高的要求，要在5MHz的带宽上传输20Mbps的数据，所需要的SNR为12dB。智能天线与MIMO技术•智能天线和MIMO技术可以降低多址干扰，实现空间分集，因此将会在4G系统中得到应用。基站对各个用户可形成一个定向波束，因此既可降低来自小区内其它用户的多址干扰，也可降低对基站发射功率的要求。174G系统的关键技术（9）多用户检测技术•多用户检测器可以提高系统的容量，将会在4G系统的基站和终端中得到应用。•提出各种性能好、算法简单的多用户检测器算法。18第四代移动通信的最新进展（1）•目前世界发送国家都正在积极进行4G技术规格的研究制定，以期在全球4G规格制定中享有发言权。4G的各项运行标准将由国际电信联盟（ITU）电信标准局决定。新一代无线通信技术在美国及日本等发达国家已经进入密集的研发和市场化阶段。•新的研究包括网络结构、用户切换和漫游等移动环境下的系统实现方案，从而实现用户的大范围移动，这种技术路线是当前国际上设计第四代移动通信系统的主要思路。•阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子已共同建立了旨在推动4G技术开发的世界无线研究论坛。19第四代移动通信的最新进展（2）美国：•AT&T公司已在实验室中研究第四代移动通信技术，其研究目的是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问因特网的速率，这项技术约需五年才能发布。AT&T已推出了4GAccess网络，它能配合目前的EDGE技术进行上传，并利用宽带OFDM技术进行下载。•惠普与日本NTTDoCoMo已联手开发4G通信技术和产品，开发的4G多媒体体系结构有望向移动用户提供高性能多媒体流内容，使媒体流数据能够更好地传输到移动电话和其它手持设备上，该体系结构的基础技术研究2003年完成。20第四代移动通信的最新进展（3）瑞典：•世界上最大的电信基础设施提供商瑞典爱立信公司已开始进行第四代移动通信标准的研究，并着手研制第四代移动通信系统，预计在2011年正式投入运营。爱立信已研究出的“4G眼镜”2011年也将进入市场。•爱立信与美国加利福尼亚大学合作开发4G技术，加利福尼亚大学已经正式成立了加州通信和信息技术学会，将在4G技术、先进天线系统、新一代移动因特网、电力放大器技术和无线访问网络等领域内进行深入研究。21第四代移动通信的最新进展（4）日本：•DoCoMo移动通信公司已进行第四代移动通信的研究，计划在2006年推出第四代移动通信系统，在2010年左右首度推出4G业务。•政府与主要的移动通信业企业已为超高速移动通信技术拟定了基础计划，日本邮电部已向日本电气通信技术审议会提交制定第四代（4G）移动电话规格的提案。•已完成了继第三代移动通信系统“IMT-2000”之后的第四代移动通信系统标准提案，该提案将4G的实用期定在2010年•同韩国在IMT-2000之后的第四代移动通信领域也进行合作，两国将共同建立因特网网络、例行两国之间的有线无线通讯结合环境，并进行超高速卫星通信实验。22第四代移动通信的最新进展（5）韩国：•政府将斥资1350亿韩元，用于4G通信系统的开发。这些资金将主要用于高速信息包传输技术、固定无线通讯设备以及移动软件开发和下一代网络工艺上。•为推进4G移动通信服务系统研发进程，政府成立一个科研开发小组，专门负责该项目的实施。•政府已与移动通信设备公司及服务公司合资成立了下一代移动通信技术开发协会，着手进行4G等未来移动通信服务技术的开始研究。•三星电子的研究中心也开始进行4G移动通信关键技术的研发工作。（2002年11月北京：863-Ericsion年会上已有报道）23第四代移动通信的最新进展（6）中国：•TD-SCDMA标准的提出•清华大学、北京邮电大学、东南大学、电子科技大学、中国科技大学等高校也在不断研究4G的相关理论及关键技术。(如：LAS-CDMA、新的小区结构等）•国家863-317通信主题组：FuTURE计划•大唐、中兴、华为等企业组成的企业联盟24谢谢!