5G通信简介

5G通信简介姓名：程俊达学号：16721492目录CONTENT01|前代通信简介02|5G简介03|技术简介04|愿景01PARTONE前代通信简介前代通信（1G2G3G4G）4前几代移动通信技术简介前代通信（1G2G）第二代移动通信系统（2G）第一代移动通信系统（1G）第1代移动通信系统（1G）是模拟式通信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM调制，将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上。一部大哥大在当时的售价为21000元，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。当时的入网费高达6000元，而每分钟通话的资费也有0.5元。不过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，给运营商和用户带来了不少烦恼。于是在1999年A网和B网被正式关闭。从1G跨入2G的分水岭则是从模拟调制进入到数字调制，相比于第1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WAP的GSM手机是诺基亚7110，它的出现标志着手机上网时代的开始，而那个时代GSM的网速仅有9.6KB/s。数字网有以下优点：1.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；3.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；5.便于实现通信的安全保密；6.可降低设备成本。1998年，黄宏、宋丹丹小品《回家》oppoA209前代通信（3G4G）第四代移动通信系统（4G）第三代移动通信系统（3G）国际电信联盟（ITU）发布了官方第3代移动通信（3G）标准IMT-2000（国际移动通信2000标准）。3G存在四种标准制式，分别是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。在3G的众多标准之中，CDMA这个字眼曝光率最高，CDMA（码分多址)是第三代移动通信系统的技术基础。中国在2009年的1月7日颁发了3张3G牌照，分别是中国移动的TD-SCDMA，中国联通的WCDMA和中国电信的WCDMA2000。4G包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，是集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。4G能够以100Mbps以上的速度下载（大约是12.5MB/s~18.75MB/s的下行速度），比目前的家用宽带ADSL（4兆）快20倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL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。很明显，4G有着不可比拟的优越性。2013年12月4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信业务牌照（即4G牌照），中国移动、中国电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照，此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。前代通信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，5G将为我们带来什么？02PARTTWO5G简介5G简介•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（像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R）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.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,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4G·在4G技术支持100Mbps~150Mbps的下行网络带宽·仍处在3GHz一下的频段范围内·开启了全球移动通信标准全面融合的趋势；但仍存在TD-LTE与LTE-FDD的标准之争·是专为移动互联网而设计的通信技术，是单一的无线接入技术。5G·将可提供超级容量的带宽，短距离传输速率是10Gbps；·高频段频谱资源将更多地应用于5G；·超高容量、超可靠性、随时随地可接入性，有望解决“流量风暴”；·在通信、智能性、资源利用率、无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验都比4G有了数以倍计的增加；·全球5G技术有望共用一个标准；·5G并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术集成后的解决方案总称。所以说5G是一个真正意义上的融合网络。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。发展现况•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。•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。•诺基亚与加拿大运营商BellCanada合作，完成加拿大首次5G网络技术的测试。测试中使用了73GHz范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有4G网络的6倍。鉴于两者的合作，外界分析加拿大很有可能将在5年内启动5G网络的全面部署。03PARTTHREE技术简介主要技术15高频段传输新型多天线传输5G通信关键技术同时同频全双工密集网络覆盖技术D2D技术新型网络架构高频段传输•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。•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。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增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。高频段传输增加带宽是增加容量和传输速率最直接的方法6GHz以下频谱资源稀缺6GHz以上频谱资源丰富1GHz[MHz]410-430,470-694/698,694/698-7901-2GHz[MHz]1300-1400,1427-1525/1527,1695-1700/17102-3GHz[MHz]2025-2100,2200-2290,2700-31003-5GHz[MHz]3300-3400,3400-4200,4400-50005-6GHz[MHz]5150-5925,5850-6245新型多天线传输技术−何为大规模天线：大量天线为相对少的用户提供同传服务10倍100倍能量效率发射能量−−大规模天线——有效提高谱效率•系统容量和能量效率大幅度提升•上行和下行发射能量都将减少•用户间信道正交，干扰和噪声将被消除•信道的统计特性趋于稳定优势•信道状态信息获取（导频污染问题）•信道测量与建模（不同场景信道）•发射机和接收机设计（降低复杂度）•天线单元及阵列设计（低能耗天线）挑战大规模天线被公认为5G关键技术之一系统容量−−大规模天线应用场景：中心式天线系统适用于宏蜂窝小区，中心基站使用大规模天线微小区为大部分用户提供服务，而大规模天线基站为微小区范围外的用户提供服务，同时对微小区进行控制和调度（demo:NTTdocomo）新型多天线传输技术同时同频全双工•同时同频全双工技术：是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工（FDD）和时分双工（TDD）模式，是通信节点实现双向通信的关键之一。同时同频全双工•全双工技术面临的挑战采用同时同频全双工无线系统，由于接收和发送的信号功率差异很大，会导致严重的自干扰，因此同时同频全双工系统的应用关键在于干扰的有效消除。D2D技术•传统的蜂窝通信系统的组网方式：以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。如图所示：D2D技术•D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。•目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。蜂窝网中的D2D通信示意图如下：关键技术简介新型网络架构密集网络覆盖技术在未来的5G通信中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达100个以上。其中，干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。目前，LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。其本质是通过实现减少基站机房数量，减少能耗，采用协作化、虚拟化技术，实现资源共享和动态调度，提高频谱效率，以达到低成本，高带宽和灵活度的运营。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，