4G通信关键技术.ppt
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4G通信关键技术.ppt
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13G与与4G移移动技技术姓名:
李姓名:
李姓名:
李姓名:
李晓庆晓庆学号:
学号:
学号:
学号:
20131820131823G3G3G目前目前3G3G存在四种存在四种标准:
准:
CDMA2000CDMA2000,WCDMAWCDMA,TD-SCDMATD-SCDMA,WiMAXWiMAX。
TD-SCDMATD-SCDMA-时分同步分同步码分多址分多址TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccessWCDMAWCDMA-宽带码分多址分多址WidebandCodeDivisionMultipleAccessCDMA2000CDMA2000-CodeDivisionMultipleAccess2000WiMAXWiMAX-全球微波互全球微波互联接入接入WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess3TD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMA-TD-SCDMA空中接口采用了四种多址技空中接口采用了四种多址技术:
TDMA,CDMA,FDMA,SDMA(智能天(智能天线)。
)。
综合利用合利用四种技四种技术资源分配源分配时在不同角度上的自由度,得到可以在不同角度上的自由度,得到可以动态调整的最整的最优资源分配源分配4TD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMATD克服呼吸效克服呼吸效应和和远近效近效应:
什么是呼吸效什么是呼吸效应?
在?
在CDMA系系统中,当一个小区内的干中,当一个小区内的干扰信号很信号很强时,基站的,基站的实际有有效覆盖面效覆盖面积就会就会缩小;当一个小区的干小;当一个小区的干扰信号很弱信号很弱时,基站的基站的实际有效覆盖面有效覆盖面积就会增大。
就会增大。
简言之,呼吸效言之,呼吸效应表表现为覆盖半径随用覆盖半径随用户数目的增加而收数目的增加而收缩。
导致呼吸效致呼吸效应的主要原因是的主要原因是CDMA系系统是一个自干是一个自干扰系系统,用,用户增增加加导致干致干扰增加而影响覆盖。
增加而影响覆盖。
对于于TDSCDMA而言,通而言,通过低低带宽FDMA和和TDMA来来抑制系抑制系统的主要干的主要干扰,在,在单时隙中采用隙中采用CDMA技技术提高提高系系统容量,而通容量,而通过联合合检测和智能天和智能天线技技术(SDMA技技术)克服)克服单时隙中多个用隙中多个用户之之间的干的干扰,因而,因而产生呼吸效生呼吸效应的因素的因素显著降低,因而著降低,因而TD系系统不再是一个干不再是一个干扰受限系受限系统(自干(自干扰系系统),覆盖半径不像),覆盖半径不像CDMA那那样因用因用户数数的增加而的增加而显著著缩小,因而可小,因而可认为TD系系统没有呼吸效没有呼吸效应。
5TD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMA智能天智能天线(SmartAntenna)在)在TD-SCDMA系系统中,基站系中,基站系统通通过数字信号数字信号处理技理技术与自适与自适应算法,使智能天算法,使智能天线动态地在覆盖空地在覆盖空间中形成中形成针对特定用特定用户的定向波束,充分利用下行信号能量并最大的定向波束,充分利用下行信号能量并最大程度的抑制干程度的抑制干扰信号。
基站通信号。
基站通过智能天智能天线可在整个小区内跟踪可在整个小区内跟踪终端的移端的移动,这样终端得到的信噪比得到了极大的改善,提高端得到的信噪比得到了极大的改善,提高业务质量。
量。
(SDMA)SDMA是空分复用接入(是空分复用接入(SpaceDivisionMultipleAccess)是一种)是一种卫星通信模式,它利用碟形天星通信模式,它利用碟形天线的方向的方向性来性来优化无化无线频域的使用并减少系域的使用并减少系统成本。
成本。
这种技种技术是利用空是利用空间分割构成不同的信道。
分割构成不同的信道。
处于不同位置的用于不同位置的用户可以在同一可以在同一时间使用使用同一同一频率和同一率和同一码型而不会相互干型而不会相互干扰63GPP3GPP3GPPThe3rdGenerationPartnershipProject(3GPP)是是领先的先的3G技技术规范机构,是由范机构,是由欧洲欧洲的的ETSI,日本日本的的ARIB和和TTC,韩国国的的TTA以及以及美国美国的的T1在在1998年底年底发起成立的,旨在研究制定并推起成立的,旨在研究制定并推广基于演广基于演进的的GSM核心网核心网络的的3G标准,即准,即WCDMA,TD-SCDMA,EDGE等。
等。
中国中国无无线通信通信标准准组(CWTS)于于1999年加入年加入3GPP。
3GPP版本版本为了了满足新的市足新的市场需求,需求,3GPP规范不断增添新特性来增范不断增添新特性来增强自身能力。
自身能力。
为了向开了向开发商提供商提供稳定的定的实施平台并添加新特性,施平台并添加新特性,3GPP使用并行版使用并行版本体制本体制。
73GPP3GPP3GPP3GPP根据无根据无线空口和网空口和网络架构的架构的发展,将其演展,将其演进分分为R99、R4、R5、R6、R7、LTE(R8)等版本。
)等版本。
目前国内移目前国内移动通信运通信运营商商WCDMA网网络在空口和无在空口和无线网网络侧大大约处于于R6版本版本阶段,已部署了段,已部署了HSPA网网络,但核心网部分但核心网部分还未引入未引入IMS、WLAN接入接入以及多媒体广以及多媒体广播与多播播与多播业务。
根据根据TD产业联盟和盟和CCSA的的规划,划,TD-SCDMA技技术和和标准演准演进将分将分为三个三个阶段,在段,在标准上分准上分别对应于于3GPPR4、R5/R6/R7和和LTE(R7/R8)。
目前,国内)。
目前,国内移移动通信运通信运营商商WCDMA网网络在空口和无在空口和无线网网络侧大大约处于第二于第二阶段版本。
段版本。
84G移动通信系统移动通信系统1.基本概念2.技术目标和特点3.关键技术4.国内外的最新进展5.研究队伍、基础与成果6.结束语9基本概念基本概念基本概念基本概念基本概念基本概念-什么是什么是什么是什么是什么是什么是4G4G4G、B3G?
B3G?
B3G?
4G是下一代的移动蜂窝系统,大约在是下一代的移动蜂窝系统,大约在2010年投入使用年投入使用4G的的12个部分个部分最后答案?
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10基本概念基本概念基本概念基本概念基本概念基本概念-4G4G4G的直观描述图的直观描述图的直观描述图的直观描述图的直观描述图的直观描述图是在是在1G、2G、和和3G基础上发展起来的基础上发展起来的是与是与2G和和3G共存的共存的(目前:
(目前:
2.5G代表:
代表:
GPRS、Edge)传输速率较传输速率较3G提高提高10倍、成本降低倍、成本降低10倍倍(2001年)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-waveLAN22GGWLAN44GG33GG114G4G系统技术目标和特点系统技术目标和特点系统技术目标和特点系统技术目标和特点(1111)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。
124444GGGG系统的具体技术目标和特点系统的具体技术目标和特点系统的具体技术目标和特点系统的具体技术目标和特点(2222)u4G系统的容量系统的容量4G系统的容量至少为系统的容量至少为3G系统的系统的10倍倍4G系统的频谱效率应当为系统的频谱效率应当为3G系统的系统的5到到10倍倍44GG系统目标速率为:
系统目标速率为:
高速移动用户(高速移动用户(250250km/hkm/h),),数据速率为数据速率为22Mbps;Mbps;中速移动用户(中速移动用户(6060km/hkm/h),),数据速率为数据速率为2020Mbps;Mbps;低速移动用户(室内或步行者),数据速率为低速移动用户(室内或步行者),数据速率为100100MbpsMbps具有不同速率间的自动切换能力具有不同速率间的自动切换能力,以保证通信质量以保证通信质量.134444GGGG系统的具体技术目标和特点系统的具体技术目标和特点系统的具体技术目标和特点系统的具体技术目标和特点(3333)u4G系统是一个无缝网系统是一个无缝网44GG系统应能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的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,应能实现与无线无缝漫游,应能实现与无线LANLAN的无缝连接。
并实现高速的无缝连接。
并实现高速移动中系统间切换和网络互联移动中系统间切换和网络互联.44GG的无缝特性,包含系统、业务和覆盖等多方面的无缝性的无缝特性,包含系统、业务和覆盖等多方面的无缝性44GG系统应当是一个综合系统,蜂窝部分提供广域移动性,系统应当是一个综合系统,蜂窝部分提供广域移动性,而而WLANWLAN提供热点地区的高速业务,同时也应当包含家庭和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办公室的个人LAN.LAN.14u4G4G系统是一个基于系统是一个基于IPIP的网络的网络4G应当是一个基于应当是一个基于IP的移动网络,可以采用多种无线接入方式,比的移动网络,可以采用多种无线接入方式,比如如IEEE802.11,WCDMA,Bluetooth,HyperLAN等。
全等。
全IP的核心网可的核心网可以与无线接入方式独立地发展。
以与无线接入方式独立地发展。
4G系统将会采用系统将会采用Ipv6。
Ipv6将能在将能在IP网络上实现话音和多媒体业务。
(山东大学已建成网络上实现话音和多媒体业务。
(山东大学已建成Ipv6实验网)实验网)u44GG系统将能实现不同系统将能实现不同QoSQoS的业务的业务44GG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。
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能提供用户定义的个性化服务,按服务级别收费按服务级别收费.44GG系统的具体技术目标和特点(系统的具体技术目标和特点(系统的具体技术目标和特点(系统的具体技术目标和特点(44)1544GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(1111)l无线接入方式与多址方案无线接入方式与多址方案OFDM是是4G系统最为合适的多址方案系统最为合适的多址方案,OFDM也是将来也是将来4G系统最有系统最有可能采用的多址方式。
可能采用的多址方式。
(其它观点:
其它观点:
MIMO+CDMA)MIMO+CDMA)OFDMOFDM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、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,能为时延小)的服务和更好的性能价格比,能为44GG无线网提供更好的方案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。
收机等。
OFDM的主要缺点的主要缺点:
功率效率不高(功率效率不高(PAPR)PAPR)、及频偏问题。
及频偏问题。
日本日本NTTDoCoMo提出的提出的4G移动系统方案的无线接入方式为:
移动系统方案的无线接入方式为:
VSF-OFCDM。
VSFVSF表示可变扩频因子表示可变扩频因子,而而OFCDMOFCDM则表示正交频分与码分复则表示正交频分与码分复用用。
1644GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(2222)l调制与编码调制与编码4G系统将会采用多载波调制(系统将会采用多载波调制(MCM)技术技术MC-CDMA或或OFDM-TDMA,并考虑功率与自适应调并考虑功率与自适应调制的平衡制的平衡.MC-CDMA采用采用QPSK调制,而调制,而OFDM-TDMA采用高电采用高电平调制,如平调制,如M-QAM,需要采用自适应调制,按照实际测,需要采用自适应调制,按照实际测量的参数来确定量的参数来确定QAM的电平数和符号速率。
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、级连码和码、级连码和LDPC等,从而在极低的等,从而在极低的Eb/N0下保证足够下保证足够的性能。
的性能。
NTTDoCoMo的的4G实验系统信道编码采用实验系统信道编码采用TURBO码。
码。
1744GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(3333)l无线链路增强技术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;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,如采用多天线技术,如采用2或或4天线来实现发射分集,或者采用天线来实现发射分集,或者采用多输入多输出(多输入多输出(MIMO)技术来实现发射和接收分集。
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)(实现的考虑:
共用天线的可能性)1844GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(4444)l高效的频谱使用方案高效的频谱使用方案提高频谱效率的方法是将要使用提高频谱效率的方法是将要使用33GHzGHz以上的频段,由于可以上的频段,由于可以使用的带宽更宽,因此将具有更高的传输容量。
以使用的带宽更宽,因此将具有更高的传输容量。
33GG系统的频谱效率只有系统的频谱效率只有22bps/Hzbps/Hz,而而44GG系统的频谱效率应系统的频谱效率应达到达到55bps/Hzbps/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信道是将信道分组分配给每个及户,可使由于失真及各信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道能量的不均衡和频偏所造成的用户间的干扰最小.1944GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(5555)l基于基于IPIP的核心网的核心网移动移动IPIP技术是真正实现技术是真正实现“任何时间、任何地方、与任何人任何时间、任何地方、与任何人进行任何业务通信进行任何业务通信”的全球个人通信的关键基础技术,代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。
表着通信技术发展的未来方向。
3G系统不是基于系统不是基于IP的,如的,如CDMA2000基于基于ANSI-41,而而WCDMA基于基于GSM-MAP。
4G系统应当是一个全系统应当是一个全IP的网络。
实现不同网络间的无缝互的网络。
实现不同网络间的无缝互连;全连;全IP也是一种低成本的集成目前网络的方法。
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系统的核心网是一个基于全IP的网络,独立于各种具体的网络,独立于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的的无线接入方案,能提供端到端的IP业务;能同已有的核业务;能同已有的核心网和心网和PSTN共存。
共存。
2044GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(6666)l软件无线电(软件无线电(SDRSDR)技术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。
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机和基站,能实现各种应用的可变QoS。
软件无线电技术软件无线电技术有助于不同标准和系统的融合。
有助于不同标准和系统的融合。
2144GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(7777)l软件无线电(软件无线电(SDRSDR)技术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。
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采用软件无线电技术实现的移动终端或BSBS将采用模块化的将采用模块化的结构,主要由天线模块、结构,主要由天线模块、LNALNA模块、功率放大器模块、模块、功率放大器模块、ADCDACADCDAC模块、模块、DSPDSP模块和多媒体模块等组成。
软件无线电模块和多媒体模块等组成。
软件无线电中中RFRF和基带器件都应当是可编程的。
和基带器件都应当是可编程的。
2244GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(8888)l高性能的接收机高性能的接收机各种新型的接收机,如:
各种新型的接收机,如:
TurboTurbo码接收机等码接收机等44GG系统对接收机提出特别高的要求,要在系统对接收机提出特别高的要求,要在55MHzMHz的带宽上传的带宽上传输输2020MbpsMbps的数据,所需要的的数据,所需要的SNRSNR为为1212dBdB。
l智能天线与智能天线与MIMOMIMO技术技术智能天线和智能天线和MIMO技术可以降低多址干扰,实现空间分技术可以降低多址干扰,实现空间分集,因此将会在集,因此将会在4G系统中得到应用。
基站对各个用户可形系统中得到应用。
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。
址干扰,也可降低对基站发射功率的要求。
2344GG系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术系统的关键技术(9999)l多用户检测技术多用户检测技术多用户检测器可以提高系统的容量,将会在多用户检测器可以提高系统的容量,将会在4G系统的基系统的基站和终端中得到应用。
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。
提出各种性能好、算法简单的多用户检测器算法。
24第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展(1111)目前世界发送国家都正在积极进行目前世界发送国家都正在积极进行44GG技术规格的研究制定,技术规格的研究制定,以期在全球以期在全球44GG规格制定中享有发言权。
规格制定中享有发言权。
44GG的各项运行标准的各项运行标准将由国际电信联盟(将由国际电信联盟(ITUITU)电信标准局决定。
新一代无线电信标准局决定。
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。
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。
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阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子已共同建立了旨在推动动44GG技术开发的世界无线研究论坛。
技术开发的世界无线研究论坛。
25第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展(2222)美国:
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。
速率,这项技术约需五年才能发布。
AT&T已推出了已推出了4GAccess网络,它能配合目前的网络,它能配合目前的EDGE技术进行上传,并利技术进行上传,并利用宽带用宽带OFDM技术进行下载。
技术进行下载。
惠普与日本惠普与日本NTTDoCoMo已联手开发已联手开发4G通信技术和产品,通信技术和产品,开发的开发的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它手持设备上,该体系结构的基础技术研究2003年完成。
年完成。
26第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展(3333)瑞典:
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,预计在通信系统,预计在2011年正式投入运营。
爱立信已研究出年正式投入运营。
爱立信已研究出的的“4G眼镜眼镜”2011年也将进入市场。
年也将进入市场。
爱立信与美国加利福尼亚大学合作开发爱立信与美国加利福尼亚大学合作开发4G技术,加利福尼技术,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、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。
技术和无线访问网络等领域内进行深入研究。
27第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展第四代移动通信的最新进展(4444)日本:
日本:
DoCoMoDoCoMo移动通信公司已进行第四代移动通信的研究,计划移动通信公司已进行第四代移动通信的研究,计划在在20062006年推出第四代移动通信系统,在年推出第四代移动通信系统,在20102010年左右首度推年左右首度推出出44GG业务。
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
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