5G移动通信系统

提纲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（AdvancedMobilePhoneSystem）•贝尔实验室发明，1978年开发，1982年全美部署•TACS（TotalAccessCommunicationsSystem）•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。1998年，黄宏、宋丹丹小品《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、可进行省内外漫游第二代移动通信系统（2G）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。oppoA209,作者本人自用2G手机。2G•代表制式–GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）•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（GeneralPacketRadioService）•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（EnhancedDataratesforGSMEvolution）•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（InternationalMobileTelecommunications-2000）–Offeratleast144kbps(preferably384kbps)forhigh-mobilityuserswithwide-areacoverageand2Mbpsforlow-mobilityuserswithlocalconvergence.•特点–能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps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。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(WidebandCodeDivisionMultipleAccess)–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(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)–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（HighSpeedDownlinkPacketAccess）•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8-10Mbps•3.75G–HSUPA（HighSpeedUplinkPacketAccess）•因HSDPA上传速度不足（只有384Kbps）而开发•在一个5MHz载波上的传输速率可达10-15Mbps，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…第四代移动通信系统（4G）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。准4G（3.9G）–LTE(LongTermEvolution)•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300Mbit/s的下载速率和75Mbit/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–LTEFDD（频分双工长期演进技术）–LTETDD（时分双工长期演进技术），又称TD-LTE–WiMAX（IEEE802.16e）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•WirelessMAN-Advanced（IEEE802.16m）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TDD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700M100MHz2.3G100MHz2.6G190MHz3.5G4000MHz……4G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-LTE生态系统已成熟在政府的大力支持下、产业链各环节企业的共同推动下，TD-LTE4G快速成熟，已开始大规模商用TD-LTE与FDDLTE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FDDLTE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TD-LTE网络蓬勃发展26个国家部署39张TD-LTE商用网络18张LTEFDD/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累计出货量预测来源:GTI30万130万60万201320142015截止到2014年8月，全球已发展TD-LTE用户4200万根据GSMA的预测，到2020年4GLTE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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TD-LTE用户快速增长单位：十亿100%202020142012全球WiMAX网络加速向TD-LTE转移TDD频谱运营商开始普遍选择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TD-LTE网络部署进程加快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LTE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-LTE终端发展超过预期TD-LTE终端款数统计情况来源：GSA，2014.08TD-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