5G移动通信系统简介

Page2前几代移动通信系统简介5G简介5G的关键技术Page3一.前几代移动通信技术（1G，2G，3G，4G）前几代移动通信技术简介Page4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,作者本人自用2G手机。Page5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。Page6简析4G4G通常被用来描述相对于3G的下一代通信网络，但很少有人明确4G的含义，实际上，4G在开始阶段也是由众多自主技术提供商和电信运营商合力推出的，技术和效果也参差不齐。后来，国际电信联盟（ITU）重新定义了4G的标准——符合100Mbps/s传输数据的速度。达到这个标准的通信技术，理论上都可以称之为4G。4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。Page7简析4G第四代移动通信系统的关键技术包括：1.信道传输；2.抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；3.高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；4.大容量、低成本的无线接口和光接口；5.系统管理资源；6.软件无线电、网络结构协议等。第四代移动通信系统主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心。Page81G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？Page9二.5G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.Page105G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.Page115G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。Page125G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。Page135G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，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。Page14三.5G的关键技术5G有以下六大关键技术：高频段传输；新型多天线传输技术；同时同频全双工技术；D2D技术；密集组网和超密集组网技术；新型网络架构。下面就这六大技术进行简要介绍，并挑选一些部分进行重点解析。Page15新型多天线传输技术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。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得到最优配置。多天线技术经历了从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多的用户空分多址（SDMA），显著降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力。Page16D2D技术同时同频全双工技术现有的无线通信系统中,由于技术条件的限制,不能实现同时同频的双向通信,双向链路都是通过时间或频率进行区分的,对应于TDD和FDD方式.由于不能进行同时、同频双向通信,理论上浪费了一半的无线资源(频率和时间)。最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。由于接收和发送信号之间的功率差异非常大,导致严重的自干扰，因此实现全双工技术应用的首要问题是自干扰的抵消。目前为止，全双工技术已被证明可行，但暂时不适用于MIMO系统。Device-to-Device(D2D)通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。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。Page17新型网络架构密集和超密集组网技术在未