未来移动通信的发展趋势及关键技术2021优秀课件

未来移动通信的开展趋势及关键技术未来移动通信的开展趋势及关键技术1目录移动通信开展历程移动通信关键技术未来移动通信技术目录移动通信开展历程2移动通信开展历程Clickheretoaddyourtitle01移动通信开展历程Clickheretoaddyour3世界无线通信开展百年历程马可尼发明无线通信贝尔德发明电视机雷达技术在二战期间诞生摩托罗拉发明手机19061926194119731985199420022004模拟移动通信商用数字移动通信商用全球移动通信用户15亿宽带3G移动通信商用世界无线通信开展百年历程马可尼发明无线通信贝尔德发明电视机雷4我国移动通信开展历程197019801990200020212021年代后第三代第一代：模拟移动通信中国购置使用TACS/AMPS…第二代：数字移动通信中国在技术成熟后期介入制造GSM/CDMA中国97年起开始跟踪研发3G同时提出TD-SCDMA第三代：宽带移动通信话音〔数字〕中低速率数据业务话音业务〔模拟〕多媒体业务中国FuTURE高分辨业务日本、韩国、欧盟研究方案我国移动通信开展历程197019805移动通信开展历程3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案1G(1980s)AMPSTACSNMSOthers语音业务2G(1992-2000)CDMAIS95GSMTDMAIS136PDC语音业务2.5G(2000-2004)CDMA20001xGPRSEGPRS数据业务3G(2004-至今)UMTS/WCDMACDMA2000-EVDOTD-SCDMAWiMAX宽带业务技术业务多媒体移动通信开展历程3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方6我国移动通信开展迅速、规模巨大我国移动通信开展迅速、规模巨大7移动通信关键技术Clickheretoaddyourtitle02移动通信关键技术Clickheretoaddyour8FDMA〔1G模拟时代〕频率时间功率FDMAFDMA〔1G模拟时代〕频率时间功率FDMA91G：模拟蜂窝+FDMAPowerFrequencyTimeFDMA高功率〔200－250w〕的发射天线几百甚至上千平方公里的范围的覆盖每个大区的可用信道数很少蜂窝系统是一种革命性的变革提高了频谱利用率和系统的效劳质量大区制蜂窝最主要需求：系统容量1G：模拟蜂窝+FDMAPowerFrequencyTime10FDMA+TDMA〔2G数字时代〕频率时间功率TDMAFDMA+TDMA〔2G数字时代〕频率时间功率TDMA11FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA数字化技术，如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破意义： 提高通话质量〔数字化＋信道编码纠错〕 提高频谱利用率〔低码率编码〕 提高系统容量〔低码率，语音激活技术〕TDMA:每个用户占用一个时隙，提高系统容量特点：以频率复用为根底，小区内以时隙区分用户每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置最主要需求：高质量话音，系统容量FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA数字化12FDMA+TDMA+CDMA〔3G时代〕功率时间CDMA频率FDMA+TDMA+CDMA〔3G时代〕功率时间CDMA频率133G：Turbo码+CDMATurbo码1993年，C.Berrou等人提出了Turbo码，彻底颠覆了所有人们认为成功的纠错码所要具备的因素。在复杂度可控的译码器的协助下,到达了近Shannon限的性能。Turbo码在3G的应用，使得3G能够支持多媒体业务，打破了2G只支持话音和短消息业务的局限。FrequencyCDMAPowerTimeCDMA：每个用户使用一个码型，频率/时间共享特点每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率软容量、软切换，系统容量大最主要需求：多媒体业务，系统容量3G：Turbo码+CDMATurbo码FrequencyC144G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量MIMO：多根发射天线与多根接收天线打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，有效开发了新的空域资源。基于MIMO的SDMA进一步提高频谱效率。OFDM：多个低速数据流同时调制在相互正交的子载波上传送，适用于无线宽带信道下的高速传输。与CDMA相比，OFDM传送数据的速度更快，并且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应。4G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA最主要需求：高质量15未来移动通信技术Clickheretoaddyourtitle03未来移动通信技术Clickheretoaddyour16移动通信系统开展中的颠覆性技术移动通信系统每一次更新换代都有颠覆性技术引领1G2G3G4G5G模拟到数字，TDMA接入单一话音到多媒体，CDMA接入OFDM-MIMO，空域资源利用？：频谱，接入，组网容量话音业务和容量多媒体业务和容量高速高质多媒体业务和容量容量，能耗，业务移动通信系统每一次更新换代都解决了当时的最主要需求移动通信系统开展中的颠覆性技术移动通信系统每一次更新换代都有175G：颠覆性技术在哪里？需要技术和策略突破5G：解决三个主要问题？容量不足能耗高提升用户体验频谱利用无线接入无线传输无线组网业务与终端产生颠覆性技术的五个方向5G：颠覆性技术在哪里？需要技术和策略突破5G：解决三个主要18问题1：容量缺乏移动通信的开展史说明，容量缺乏一直是无线通信系统开展中的主要问题5G面临更大容量需求和频谱赤字：根据预测，至2021年无线网络容量增长达1000倍如何满足1000倍的容量增长需求？〔1〕更多频谱→~3×〔或10×,4×〕〔2〕更高频谱效率→~6×(或10×,12×)无线接入无线传输〔3〕更多基站〔更小小区〕→~50×(或10×,10×)问题1：容量缺乏移动通信的开展史说明，容量缺乏一直是无线通信19解决思路更多频谱→~10×新频段技术更高频谱效率→~10×无线传输和接入更多基站（更小小区）→~10×无线网络架构革新新技术新频谱新体制蜂窝WLAN广播卫星新频段优良频率资源匮缺网络独立，建设成本巨大通信效率提升遭遇“收益递减法则”再过10年怎么办！？需要技术和体制的革新解决思路更多频谱→~10×更高频谱效率→~10×更多基站（更20解决思路更多频谱→~10×新频段技术异构协同→~>10×无线网络架构革新蜂窝WLAN广播卫星新频段互联网异构协同：建立高效、开放、可扩展、可信、智能的无线网络体制需要技术和体制的革新高效协作用户新技术新频谱新体制更高频谱效率→~10×无线传输和接入解决思路更多频谱→~10×异构协同→~>10×蜂窝WLAN广21总体规划新技术新频谱新体制新频段通信技术新型无线通信网络架构高效无线通信技术更多频谱→~300MHz×新频段技术异构协同→~>60×无线网络架构革新更高频谱效率→~6×无线传输和接入总体规划新技术新频谱新体制新频段通信技术新型无线通信网络架构2223提高容量〔1〕——更多频谱新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区6~15GHz空间隔离性好60GHz毫米波有较高的频宽，但穿透性较差白频谱可见光通信频谱共享——智能频谱利用重点建议：智能频谱利用根底：新频谱电波特性的测量与建模23提高容量〔1〕——更多频谱新频谱开发：主要是较高频段，适2324提高容量〔2〕——更高频谱效率：多址接入多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一1G：频分多址〔FDMA〕2G：时分多址〔TDMA〕3G：码分多址〔CDMA〕4G：空分多址〔OFDMA+SDMA〕4G以OFDM-MIMO为核心的OFDMA和SDMA具有很强的生命力新型无线接入的尝试：非正交？？趋势：单一资源到多维资源联合使用,提高资源利用率频率时间功率FDMA频率时间功率TDMACDMA时间频率功率1G2G3G4G24提高容量〔2〕——更高频谱效率：多址接入多址技术是移动通24模拟到数字，TDMA接入信道信息获取〔相应导频设计〕频谱共享——智能频谱利用197019801990200020212021高效传输方法〔如预编码方案〕世界无线通信开展百年历程打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，有效开发了新的空域资源。日本、韩国、欧盟研究方案提高频谱利用率〔低码率编码〕新型无线接入的尝试：非正交？？新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区更多频谱→~300MHz×在复杂度可控的译码器的协助下,到达了近Shannon限的性能。世界无线通信开展百年历程日本、韩国、欧盟研究方案中国在技术成熟后期介入制造GSM/CDMA大规模MIMO信道建模与分析信道信息获取〔相应导频设计〕协调多用户联合资源调配能耗问题天线配置、基站选址导频污染高效传输方法〔如预编码方案〕3DMIMO电磁波的传输平面增加俯仰角，进一步扩展空间自由度无线网络的干扰管理和容量研究构建多维干扰状态模型分析干扰和网络容量的关系智能动态干扰管理机制大规模MIMO3DMIMO提高容量〔2〕—无线传输新技术模拟到数字，TDMA接入大规模MIMO大规模MIMO3DM25信息密度均匀高度不均匀下的异构无线网络提高容量〔3〕——更多基站〔更小小区〕信息密度均匀高度不均匀下的异构无线网络提高容量〔3〕——更多26未来移动通信的发展趋势及关键技术2021优秀课件27未来移动通信的开展趋势及关键技术未来移动通信的开展趋势及关键技术28目录移动通信开展历程移动通信关键技术未来移动通信技术目录移动通信开展历程29移动通信开展历程Clickheretoaddyourtitle01移动通信开展历程Clickheretoaddyour30世界无线通信开展百年历程马可尼发明无线通信贝尔德发明电视机雷达技术在二战期间诞生摩托罗拉发明手机19061926194119731985199420022004模拟移动通信商用数字移动通信商用全球移动通信用户15亿宽带3G移动通信商用世界无线通信开展百年历程马可尼发明无线通信贝尔德发明电视机雷31我国移动通信开展历程197019801990200020212021年代后第三代第一代：模拟移动通信中国购置使用TACS/AMPS…第二代：数字移动通信中国在技术成熟后期介入制造GSM/CDMA中国97年起开始跟踪研发3G同时提出TD-SCDMA第三代：宽带移动通信话音〔数字〕中低速率数据业务话音业务〔模拟〕多媒体业务中国FuTURE高分辨业务日本、韩国、欧盟研究方案我国移动通信开展历程1970198032移动通信开展历程3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案1G(1980s)AMPSTACSNMSOthers语音业务2G(1992-2000)CDMAIS95GSMTDMAIS136PDC语音业务2.5G(2000-2004)CDMA20001xGPRSEGPRS数据业务3G(2004-至今)UMTS/WCDMACDMA2000-EVDOTD-SCDMAWiMAX宽带业务技术业务多媒体移动通信开展历程3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方33我国移动通信开展迅速、规模巨大我国移动通信开展迅速、规模巨大34移动通信关键技术Clickheretoaddyourtitle02移动通信关键技术Clickheretoaddyour35FDMA〔1G模拟时代〕频率时间功率FDMAFDMA〔1G模拟时代〕频率时间功率FDMA361G：模拟蜂窝+FDMAPowerFrequencyTimeFDMA高功率〔200－250w〕的发射天线几百甚至上千平方公里的范围的覆盖每个大区的可用信道数很少蜂窝系统是一种革命性的变革提高了频谱利用率和系统的效劳质量大区制蜂窝最主要需求：系统容量1G：模拟蜂窝+FDMAPowerFrequencyTime37FDMA+TDMA〔2G数字时代〕频率时间功率TDMAFDMA+TDMA〔2G数字时代〕频率时间功率TDMA38FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA数字化技术，如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破意义： 提高通话质量〔数字化＋信道编码纠错〕 提高频谱利用率〔低码率编码〕 提高系统容量〔低码率，语音激活技术〕TDMA:每个用户占用一个时隙，提高系统容量特点：以频率复用为根底，小区内以时隙区分用户每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置最主要需求：高质量话音，系统容量FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA数字化39FDMA+TDMA+CDMA〔3G时代〕功率时间CDMA频率FDMA+TDMA+CDMA〔3G时代〕功率时间CDMA频率403G：Turbo码+CDMATurbo码1993年，C.Berrou等人提出了Turbo码，彻底颠覆了所有人们认为成功的纠错码所要具备的因素。在复杂度可控的译码器的协助下,到达了近Shannon限的性能。Turbo码在3G的应用，使得3G能够支持多媒体业务，打破了2G只支持话音和短消息业务的局限。FrequencyCDMAPowerTimeCDMA：每个用户使用一个码型，频率/时间共享特点每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率软容量、软切换，系统容量大最主要需求：多媒体业务，系统容量3G：Turbo码+CDMATurbo码FrequencyC414G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量MIMO：多根发射天线与多根接收天线打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，有效开发了新的空域资源。基于MIMO的SDMA进一步提高频谱效率。OFDM：多个低速数据流同时调制在相互正交的子载波上传送，适用于无线宽带信道下的高速传输。与CDMA相比，OFDM传送数据的速度更快，并且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应。4G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA最主要需求：高质量42未来移动通信技术Clickheretoaddyourtitle03未来移动通信技术Clickheretoaddyour43移动通信系统开展中的颠覆性技术移动通信系统每一次更新换代都有颠覆性技术引领1G2G3G4G5G模拟到数字，TDMA接入单一话音到多媒体，CDMA接入OFDM-MIMO，空域资源利用？：频谱，接入，组网容量话音业务和容量多媒体业务和容量高速高质多媒体业务和容量容量，能耗，业务移动通信系统每一次更新换代都解决了当时的最主要需求移动通信系统开展中的颠覆性技术移动通信系统每一次更新换代都有445G：颠覆性技术在哪里？需要技术和策略突破5G：解决三个主要问题？容量不足能耗高提升用户体验频谱利用无线接入无线传输无线组网业务与终端产生颠覆性技术的五个方向5G：颠覆性技术在哪里？需要技术和策略突破5G：解决三个主要45问题1：容量缺乏移动通信的开展史说明，容量缺乏一直是无线通信系统开展中的主要问题5G面临更大容量需求和频谱赤字：根据预测，至2021年无线网络容量增长达1000倍如何满足1000倍的容量增长需求？〔1〕更多频谱→~3×〔或10×,4×〕〔2〕更高频谱效率→~6×(或10×,12×)无线接入无线传输〔3〕更多基站〔更小小区〕→~50×(或10×,10×)问题1：容量缺乏移动通信的开展史说明，容量缺乏一直是无线通信46解决思路更多频谱→~10×新频段技术更高频谱效率→~10×无线传输和接入更多基站（更小小区）→~10×无线网络架构革新新技术新频谱新体制蜂窝WLAN广播卫星新频段优良频率资源匮缺网络独立，建设成本巨大通信效率提升遭遇“收益递减法则”再过10年怎么办！？需要技术和体制的革新解决思路更多频谱→~10×更高频谱效率→~10×更多基站（更47解决思路更多频谱→~10×新频段技术异构协同→~>10×无线网络架构革新蜂窝WLAN广播卫星新频段互联网异构协同：建立高效、开放、可扩展、可信、智能的无线网络体制需要技术和体制的革新高效协作用户新技术新频谱新体制更高频谱效率→~10×无线传输和接入解决思路更多频谱→~10×异构协同→~>10×蜂窝WLAN广48总体规划新技术新频谱新体制新频段通信技术新型无线通信网络架构高效无线通信技术更多频谱→~300MHz×新频段技术异构协同→~>60×无线网络架构革新更高频谱效率→~6×无线传输和接入总体规划新技术新频谱新体制新频段通信技术新型无线通信网络架构4950提高容量〔1〕——更多频谱新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区6~15GHz空间隔离性好60GHz毫米波有较高的频宽，但穿透性较差白频谱可见光通信频谱共享——智能频谱利用重点建议：智能频谱利用根底：新频谱电波特性的测量与建模23提高容量〔1〕——更多频谱新频谱开发：主要是较高频段，适5051提高容量〔2〕——更高频谱效率：多址接入多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一1G：频分多址〔FDMA〕2G：时分多