1.1、通信系统演进介绍.ppt

2020 1 24 1 数字无线传输 宽带无线与多媒体中心王德胜2011 2020 1 24 2 第1章概论 1 1引言 移动通信已成为当代通信领域内发展潜力最大 市场前景最广的热点技术 移动通信用户的增长远远超过了人们的预期 未来的无线便携终端数量会超过目前计算机联网的数量 其业务也从面向语音通信转变为面向多媒体数据通信 2020 1 24 3 展望 高频谱效率 高功率效率 高性价比 高质量的服务体系 扁平 透明 按需区分服务 2020 1 24 4 传输方式变化 交换方式变化 服务内容变化 用户容量增大 覆盖范围与全球漫游 效率提高 1 2从1G到4G的发展 2020 1 24 5 Evolutionofmobilecommunicationsystems 2020 1 24 6 Wirelessdataalreadybeintroducedinsecondgenerationmobile 5 1 3Paradigmshiftfrom1stgenerationtowardsbeyond3G 2020 1 24 7 2020 1 24 8 一体化网络架构 2020 1 24 9 Driversof3GBeyond 3Gevolution butdifficulttoextendtohigherdataratewithCDMAonlytechnology toprovidevariousserviceswithdifferentQoStohaveenoughfrequencyresourcetoaccommodatemoresubscribersDrawbackLowsystemcapacityLowspectrumefficiency 2020 1 24 10 Driversof3GBeyond 2020 1 24 11 Sources NTTDoCoMo 亚洲地区通信网络发展趋势 2020 1 24 12 1 4G系统要为用户提供高频谱效率 高可靠性的数据和语音服务 其空中接口应该能支持100Mbps以上的数据传输速率 2 4G系统应该能有效支持全范围的多速率业务 并能满足用户对于服务质量的不同需求 3 4G系统应该能够融合目前存在的多种无线接入技术 如无线局域网 Bluetooth 3G蜂窝系统等 使用户的终端设备能够在不同的制式之间透明地切换 4 4G系统需要支持个性化服务等等 4G网络的主要需求 2020 1 24 13 2020 1 24 14 移动无线通信的推进 2020 1 24 15 1 3影响无线通信的关键因素 移动时变无线信道的时间选择性 频率选择性衰落以及功率与带宽受限特性构成了阻碍实现高速无线传输的几个主要因素 相应地 对这些不利条件的克服以实现高速 高性能的数字传输则构成了当前移动通信研究的主旋律 MIMO OFDM技术作为下一代移动通信系统的架构受到广泛的关注 目前普遍认为 MIMO与OFDM技术的结合能够有效地对抗上述不利因素 2020 1 24 16 矛盾的解决思路 有效性 可靠性的矛盾统一 从信息论角度看 解决这种矛盾的方法主要是来自于挖掘各种各样的自由度 比如空域 时域 频域以及其它一些来自于系统建模得到的数据结构上的自由度 这种自由度既可以被用来增加系统容量 扩展有效性 也可以被用来增加冗余改善链路质量 提高可靠性 2020 1 24 17 在频域 时域等领域的自由度开发已经取得巨大进展的情况下 在传统的蜂窝移动通信系统中 空域的优势没能得到充分挖掘 上个世纪90年代 Foschini和Telatar等人得出一个研究结论 在独立平坦衰落条件下 多入多出 Multiple InputMultiple Output MIMO 多天线系统的信道容量将随发射和接收天线数而线性增加 在此基础上 Bell实验室建立了著名的垂直分层空时码试验系统 在具有丰富发散的独立同分布瑞利 Rayleigh 平坦准静态 Qua衰落信道下 取得了高达20 40bps Hz的频谱利用率 MIMO与 空域 自由度的发挥 2020 1 24 18 空分复用技术1996年 Bell实验室的Foschini提出D BLAST系统 1997年 Wolniansky Foschini等人提出简化系统V BLAST BLAST系统框图 MIMO信号检测算法研究现状 2020 1 24 19 MIMO空时二维处理技术 发掘空分复用和空间分集自由度 发射机和接收机采用多元天线阵列结构 在发射端设计合适的空时码 空分复用增益 在接收阵列设计接收信号处理算法 以提高数据传输率并 或 改善传输质量 空间分集增益 2020 1 24 20 MIMO技术在一定程度上可以利用传播中的多径分量 也就是说MIMO系统可以抗多径衰落 作为现代通信中对抗无线衰落 提高频谱效率的重要手段之一 它是编码 调制 通信信号处理 阵列处理等技术有机结合的产物 不需要额外的频谱资源和发送功率而显著提高无线系统的信道容量和传输可靠性 2020 1 24 21 目前的MIMO空时系统研究中 大多是基于独立同分布平坦瑞利衰落信道假设展开的 并已取得了长足进步 在实际的无线通信环境中 与不同天线对应的信道通常呈现一定的相关性 这种相关性会造成系统性能的下降 削弱多天线结构带来的好处 降低系统性能 如何针对相关衰落的信道特点和统计特性 克服相关衰落的影响 改进系统的性能具有非常重要的理论和实践意义 2020 1 24 22 OFDM在频谱效率方面发挥优势 2020 1 24 23 OFDM技术是一种并行的传输技术 它利用许多并行频率正交的 低传输速率的数据子载波来实现高数据速率的通信 由于每个码元相对持续时间较长 以及OFDM符号的循环前缀 符号间的干扰可以有效的消除 OFDM技术以其频谱效率高 均衡简单 频率资源分配灵活等优点而在过去的十几年间受到了广泛的研究与应用 OFDM在频谱效率方面发挥优势 2020 1 24 24 OFDM技术主要有以下优点 1 OFDM是抗多径的有效方法 多径通常表现在时域信号中 而OFDM处理的是频域中的信号 因而能够抵抗多径干扰 具有较强的抗信道频率选择性衰落的性能 2 OFDM将信道划分为若干子信道 而每个子信道内部可以认为是平坦衰落的 这是OFDM得以应用的根本性条件 根据每个所划分子信道信噪比的不同 可为其划分不同的传输码率 有效的提高系统容量 为自适应编码提供有效平台 3 可以选用基于IFFT FFT的OFDM快速实现方法 系统的频谱利用率趋于2Baud Hz 频带资源节约50 4 OFDM技术延长了每个信号的信号周期 因此突发干扰仅能影响信号很小的部分 因此具有较强的抗突发干扰能力 2020 1 24 25 MIMO与OFDM技术的结合 OFDM带宽占用率降低了近乎50 而MIMO技术的采用理论上能够使频率效率达到42bits Hz s 多载波和多天线的引入带来了传输策略选择的更多可能 再加上业务的多样性以及空时信道的时变性都使得这种通信体制传输策略显得更加重要 其目的是使系统的吞吐率 服务质量以及服务的公平性等指标达到最优 MIMO OFDM形成主旋律 2020 1 24 26 AcademicAchievements 1 PDMAsystemFullIPArchitecturePDMA PacketDivisionMultipleAccess CombinewithQoSControlUseourpatentatthelinklayerProvidevoice text image videoservicesatthesametimeProvideInternetserviceandotherservicesbycellularwirelessaccess 2020 1 24 27 全IP交换BWM试验网 2020 1 24 28 AcademicAchievements 2 Architectureofourdatalinklayerprotocol 2020 1 24 29 AcademicAchievements 3 Theresearchofwirelesscommunicationgroupcoversthefollow3maintopicsMIMO OFDMandSpace TimeCodingAdaptiveResourceAllocationCrossLayerJointOptimizationPublishedabout120papersAppliedforabout25patents 2020 1 24 30 FuTURE验证系统技术特征 RoF分布式无线小区混合FDD TDD组网GMC OFDM传输技术环境自适应传输技术分布式MIMO结构迭代接收机技术L1 RAU切换技术交织多址复用技术统一硬软件试验平台40 100Mbps大范围覆盖2 10bps Hz的频谱效率低功率 高电磁兼容 FuTURE验证系统 2020 1 24 31 2020 1 24 32 2020 1 24 33 33 2020 1 24 34 上海FuTURE集成外场试验环境 2020 1 24 35 领导感言 2006 11 1 激动人心 耳目一新 非常兴奋 深受鼓舞 科学研究是多数人服从少数人的过程 这三项成果渗透了科学家的心血 没有创新献身 舒舒服服是得不来的 要从体制和机制上做总结 2020 1 24 36 领导感言 2006 11 1 中国的未来在于这批国家的脊梁 2020年进入创新型国家行列 一定能做到 2020 1 24 37 1 4从蜂窝网络到ROF 2020 1 24 38 2020 1 24 39 GSMArchitecture 2020 1 24 40 RoF的体系结构 2020 1 24 41 HowDistributedRadioforB3G ARadiooverFiberSolution TheConcept MakingtheantennasascloseaspossibletotheMTs 2020 1 24 42 SystemstructureofthedistributedradioPossiblehandovermechanism e g L1handover Radioresourcemanagement especiallydynamicalspacialresourceallocation Powerefficiencyevaluation Interferenceanalysis Spectralefficiencyevaluation KeyResearchTopicsonDistributedRadio 2020 1 24 43 B3G网络结构图 2020 1 24 44 十一五 发展重点 总体框架 下一代网络与服务 宽带无线移动通信 B3G 4G E3G 宽带无线接入 短距离无线互联 网络体系架构 动态灵活光网络 新型IP网络 网络服务支撑技术 家庭网络技术 下一代网络试验床 CNGI 3Tnet 网络体系结构业务与应用环境异构系统融合与互通 微电子 光电子 核心软件 信息安全 先进传感 2020 1 24 45 通信网研究重点及目标凝练 Tbit s路由器 Tbit 光传输 新一代信息网 自动交换光网络 ASON 运营支撑 宽带流媒体 光通信 个人通信 网络体系结构 下一代互联网 IPv6 软交换 城域以太网 宽带光接入 通用无线环境 无线宽带分组通信 超长距离光传输 ULH Tbit s光网络 3T网重大专项 节点光交换 新一代蜂窝移动通信 B3G 4443 四大关键技术 4443 四大应用 开展超前研究形成知识产权建立合作机制实现同步发展 研制节点设备建立示范网络开展宽带应用 攻克核心技术研制关键设备实现上网应用 2020 1 24 46 第一期863 十五 十一五 2020年 网络交换 光通信 无线移动通信 2G GSM cdma 3G WCDMA cdma2000 TD SCDMA B3G 4G SDH WDM ULH OXC OADM ASON 新一代宽带信息网络 分组交换可扩展性端 端QoS安全性开放性移动性多业务低成本 BIP ISDN BIN NGBIN 2020 1 24 47 迈向4G的MobileWiMAX WiBro Mobility HighSpeed LowSpeed 802 11b 2 4GHzWLAN 802 11a g CDMA GSM TDMA WPAN HighspeedWLAN MediumSpeed Wi Max 5GHzWLAN Bluetooth RFID ZigBee MANet 1995 2000 2005 100Mbps 14 4kbps 50Mbps 384kbps 144kbps AMPSETACSJTACSNMT PAN DataRates 2010 MobileWiMAX WiBro 3GLTE CDMA2000EV DO DVW CDMA HSDPA 2020 1 24 48 4G网络特征 开放与扁平化结构 低成本