智能无线通信 课件 第一章-移动通信概述

第一章

移动通信导论

基于功能模型的无线通信系统2信源信源编码信道编码调制发送天线映射射频发送信宿信源译码信道译码解调接收天线检测射频接收无线信道发射机Transmitter接收机Receiver立体分层异构密集部署无线网络3无线电波的传播机制4直射：发射机信号无阻挡到达接收机。反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射。直射波障碍物绕射波入射波反射波发射天线接收天线散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。散射发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。无线电波的传播机制5多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。它们到达时的信号强度、信号相位、信号频率、信号方向都是不一样的，称这种自干扰现象为多径干扰或多径效应。Transmittertn,1Receivertk,1tor

dtn,3tn,2tk,2tk,3tk,4onesubpathLOSpathkpathnd(t)vmR(t)qn无线电波的传播机制6多普勒效应：由于用户处于高速移动（如车载通信）中，传播频率的扩散而引起的，其频率扩散程度（多普勒频移）与用户运动速度成正比。移动环境中，多普勒频移引起的接收信号频率的随机变化多普勒频移为最大多普勒频移其中假设发射频率为则接收频率变化为由于移动台在不停的运动，夹角在不停的随机变化，接收信号的频率也在随机变化无线电波的传播机制7阴影效应：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。远近效应：由于用户的随机移动性，发射机与接收机之间的距离也是在随机变化。若发射机、发射信号功率一样，那么到达接收机时信号的强弱将不同，离接收机近者信号强，离接收机远者信号弱。无线通信中的衰落8DistanceinwavelengthSignalPowerT-RdistanceTXRXRX大尺度路径损耗＋阴影损耗大尺度路径损耗＋阴影损耗＋小尺度衰落有损耗吗？?大尺度路径损耗无线通信中的衰落9大尺度衰落：用于描述发射机与接收机之间的长距离（几百或几千米）或长时间上信号强度的变化，又叫做长期慢衰落。小尺度衰落：用于描述发射机与接收机之间的短距离（几个波长）或短时间（秒级）内信号强度的快速变化，又叫做短期快衰落。两种衰落并非独立，同时存在于无线信道中大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多径）描述长距离上信号强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动原因信道路径上固定障碍物的阴影移动台运动和地点的变化影响业务覆盖区域信号传输质量无线通信中的衰落10无线通信中的衰落11快衰落：接收信号强度随机变化较快，具有几秒钟或几分钟的短衰落周期。快衰引起的电平起伏变化服从瑞利分布、莱斯分布和纳卡伽米分布等。慢衰落：慢衰落指的是接收信号强度随机变化缓慢，具有十几分钟或几小时的长衰落周期。快衰落慢衰落无线通信中的衰落12空间选择性衰落：信号强度在一段很小的传播距离或时间间隔内快速变化；时间选择性衰落：多径传播时延引起的扩展；接收信号的信号分量被展宽；频率选择性衰落：不同路径信号的多普勒频移的变化引起的随机频率调制。多径衰落无线通信中的衰落13信源发射机路径损耗大尺度／阴影衰落接收机信宿多个独立径＋（小尺度－移动－慢）衰落AWGN移动无线信道可以用“路径损耗＋对数正态衰落＋多径/瑞利衰落”来表征多径信道模型14多径信道的数学模型：

Linearchannelh(t)

H(f)x(t)=(t)y(t)=k

x(t-td)Whereaie(.)

=complexamplitudeofthegenericreceivedpulse.

=propagationdelaygenericithimpulse

N=numbersignalarrivingfromNpath(.)=impulsesignal

CorrectionFactorsare:LargecitiesAverageandsmallcitiesFrequencyrange:150-1500MHzDistance:1–20kmBSantennaheight:30-200mMUantennaheight:1–10mHata模型–StandardFormulaforAveragePathLossforUrbanAreas15目录移动通信发展历程

从1G、2G、3G到4G5G需求、性能、关键技术及应用5G发展需求及性能指标5G关键技术5G应用移动通信技术的演进移动通信系统每一次更新换代都有颠覆性技术引领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大区制到蜂窝FDMA接入模拟到数字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、业务1G2G3G4G2020:5G17198319942001201020201G手机化开拓了市场2G数字化增加了容量3G分组化改善了灵活度4G宽带化降低了成本5G高频化提高了速率手机的更新换代移动通信技术的演进18出现于20世纪30~50年代，能够满足几十个人的移动通话需求[1][1]TheodoreS.Rappaport,WirelessCommunications:PrinciplesandPractice,1stEdition,PrenticeHall,1996-01-15大区制作为时代的产物，仅仅实现了让电话移动起来的愿望蜂窝小区的发展史191970年，美国贝尔实验室提出蜂窝小区结构[1]1983年，AMPS投入实用，实现真正意义上的大容量蜂窝移动通信系统[2][1]BellLab.High-CapacityMobileTelephoneSystemTechnicalReport,December1971.[2]TheodoreS.Rappaport,WirelessCommunications:PrinciplesandPractice,1stEdition,PrenticeHall,1996-01-15小区分裂数字代表小区内信道数蜂窝小区的发展史20业务应用：2.4kbps传输速率

第一代的AMPS、TACS、NMT等8种标准(1985年）都是基于频分多址(FDMA)技术，主要解决了公众模拟话音通信，允许用户在通话期间自由移动，并在相邻基站之间无缝传输通话。大哥大技术支撑：使用了小区制蜂窝基站，为公众移动通信后续各G网络部署创造了一脉相承的基本模式。缺陷：系统体制混杂，不能进行国际漫游，保密性差，业务种类单一，系统容量有限，扩展困难......第一代移动通信——模拟蜂窝21大数学家Kolmogrov很好地总结了香农作为一个学者的才华，他说：“香农是科学家的一个卓越的典范。他把深奥而抽象的数学思想和一个概括的同时又很具体的对关键技术问题的理解结合起来。他被认为是最近几十年最伟大的工程师之一，同样也被认为是最伟大的数学家之一”香农创立信息熵相关理论给予的科研启发：理工融合、勤于思考、兴趣驱动

理工融合总结归纳理论指导微分分析仪语音加密装备自我学习走迷宫的机械老鼠“Theseus”……信息理论密码学人工智能理论……神奇的贝尔实验室——香农22在物理学中意义是体系无序（混乱）程度的度量

香农信息熵统计物理学熵1877年玻尔兹曼1948年香农熵增有序无序系统的宏观混乱程度，所有可能微观状态的等概率统计均值

消息（随机事件）的信息量大小

孤立系统朝熵增方向发展1865年克劳修斯热熵

热熵在物理领域取得成功，香农信息熵借鉴热熵、统计物理学熵而建模香农信息熵：信息的度量和单位香农信息熵的启发—科学之道23香农首次提出完整的通信系统模型，提出了以信息熵定量化度量信息，为2G/3G/4G/5G…移动通信奠定理论基础，开创了信息研究的新纪元香农信息论（1948年首次提出）1信源编码器噪声译码器信宿信道信息熵熵理论对移动通信演进的贡献（回答了信道容量）

高斯信道容量公式信道传输信息量与信息熵关系信道输入信息量信道传输中信息量损失高斯信道取最大值香农信息熵的启发—科学之道2425香农信息论—单用户信息论

………高斯信道高斯并行信道高斯信道容量公式高斯并行信道容量公式AMathematicalTheoryofCommunication,

Bell.SystTech.Journal,ClaudeE.Shannon,1948首次得出高斯信道和并行高斯信道容量，为2G/3G/4G/5G…移动通信信道编码、调制、链路自适应等技术奠定理论基础香农信息熵的启发—科学之道25数字化为公众开辟了数字话音通信与数据通信，2G移动通信系统以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体，代表产品：TDMA系统（包括GSM、DAMPS、JDC三种标准），N-CDMA系统。2G通信技术主要解决了公众数字话音通信与低速数据通信。使用了数字传输取代模拟，提高了电话连接网络的效率，基站的大量设立缩短了基站的间距。2G缺陷：网络利用空间狭小，收益增幅减缓，话音业务和低速数据业务不能满足用户需求，网络漫游只限于国内及部分区域......TDMA系统业务应用技术发展第二代移动通信——数字通信26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CDMA20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、健康环保第二代移动通信——数字通信272.5G：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384kbps2G-3G过渡28码分多址(CDMA)技术，主要解决公众高速数据通信。第三代与前两代的主要区别是提升传输语音和数据速率，处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等主要技术指标三种技术指标的比较第三代移动通信——宽带通信29W-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—代表制式30目前常见的双工方式有两种：频分双工（FDD）：即通过不同频率区分收发信号时分双工（TDD）：即通过不同时隙区分收发信号。TDD时分双工频率频率一个载频频率FDD频分双工移动台发射基站接收基站发射移动台接收上行下行无线通信系统概述——双工方式31TD-SCDMA（时分同步码分多址）是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持，是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准。中国移动的3G是使用的TD-SCDMA。TD－SCDMA是第一个由中国提出的，以中国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是中国电信史上重要的里程碑。TD-SCDMA简介TD-SCDMA具有适于移动互联网需求的下列技术优势：（1）采用TDD技术，只要一个频段，按需分配上行或下行的时间，具有节约频谱的天然优势；另外TDD技术不要双工器，可简化射频电路，系统设备和手机成本较低。（2）TD-SCDMA只需1.6MHz带宽，而FDD的CDMA2000需要1.25×2MHz带宽，WCDMA需要5×2MHz，其话音频谱利用率比WCDMA高达2.5倍，数据频谱利用率甚至超过3倍

（3）采用智能天线，可降低发射功率，减少多址干扰，提高系统容量；采用接力切换，可克服软切换大量占用资源的缺点

（4）采用软件无线电，更易实现多制式基站和多模终端，系统易于升级换代，通过TD/GSM双模终端可适应二网一体化的要求。TD-SCDMA323.5G：HSDPA（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8-10Mbps3.75G：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5.76Mbps3G-4G过渡333G的失败？向4G迈进3G缺乏全球统一的标准；3G所采用的语音交换架构仍承袭了2G系统的电路交换，而不是纯IP的方式；3G的业务提供和业务管理不够灵活。频谱费用昂贵，严重抑制运营商对3G网络投资。拯救3G的，是乔布斯2007年推出的iPhone和Applestore。此外，还有谷歌公司2008年推出的安卓。iPhone和安卓系统的出现，开启了智能手机的时代，也引爆了人们对手机上网的需求。在手机数据业务的爆发式增长之下，3G已无法满足用户的需求，4GLTE诞生了。第三代移动通信——宽带通信34实时视频传输3D导航智能汽车和车联网云应用云端游戏智能家居多方视频通话高清视频业务应用速度更快网络频谱宽通信灵活智能性能高高质量通信频率效率高费用便宜4G技术的优势及业务应用第四代移动通信技术——无线多媒体354G继承了前三代的优秀基因，并采用了正交频分复用（OFDMA）技术，更适应高速移动互联网的需求。4G标准是LTE的增强，完全向后兼容LTE，通过软件升级即可，峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps。是第一批被国际电信联盟承认的4G标准，也是事实上的唯一主流4G标准。是WiMAX的增强，由美国Intel主导，随着Intel退出，WiMAX技术也逐渐被运营商放弃。TD-LTE中国政府主导FDD-LTE欧美主导WiMAX-Advanced全球互通微波存取升级版LTEAdvanced长期演进技术升级版第四代移动通信技术——无线多媒体36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500MbpsTD-LTE-Advanced：我国具有自主知识产权的新一代移动通信技术Wireless

MAN-Advanced（IEEE802.16m）第四代移动通信系统（4G）37

2004年底提出，2008年底完成2008年底开始，2009年底完成2008年初即提出概念，2011年年底完成LTE/LTE-A标准化进程38技术体制TD-LTELTEFDD采用的相同的关键技术信道带宽灵活配置1.4M，3M，5M，10M，15M，20M1.4M，3M，5M，10M，15M，20M帧长10ms(半帧5ms，子帧1ms)10ms(子帧1ms)信道编码卷积码、Turbo码卷积码、Turbo码调制方式QPSK，16QAM，64QAMQPSK，16QAM，64QAM功率控制开环结合闭环开环结合闭环MIMO多天线技术支持支持技术差异双工方式TDDFDD子帧上下行配置无线帧中多种子帧上下行配置方式无线帧全部上行或者下行配置HARQ个数与延时随上下行配置方式不同而不同个数与延时固定调度周期随上下行配置方式不同而不同，最小1ms1msTD-LTE与LTEFDD技术综合对比39LTE关键技术40OFDM系统：是多载波调制的一种，将一个宽频信道分成若干个正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。OFDM子载波频域图单载波传统多载波f宽频信道正交子信道正交频分复用(OFDM)41接收信号时间强度0发射信号抗多径干扰和多普勒效应：OFDM优势明显正交频分复用(OFDM)42OFDMA（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess

）：将传输带宽划分成一系列正交的子载波，将不同的子载波分配给不同的用户实现多址。因为子载波相互正交，所以小区内用户之间没有干扰。OFDMA特征：同相位的子载波的波形在时域上直接叠加。因子载波数量多，造成峰均比(PAPR)较高，调制信号的动态范围大，提高了对功放的要求。OFDMA分类：集中式OFDMA和分布式OFDMA。OFDMA应用：LTE系统下行通信

时域波形tpower峰均比示意图频率时间用户A用户B用户C子载波在这个调度周期中，用户A是分布式，用户B是集中式多址接入技术——OFDMA43在接收端，要采用相干解调恢复数据信息，都需要较准确的CSI作为数据处理的必要参数，所以，信道估计是影响OFDM系统系统性能的关键因素。信道估计分类：信道估计基于导频的信道估计盲信道估计非盲信道估计基于训练序列的信道估计（基于块状导频的信道估计）OFDM信道估计44在多载波系统中，导频符号可以同时在时间轴和频率轴两个方向插入——TDM,FDM和Scattered方式只要导频符号在时间和频率方向上的间隔相对于信道相干时间和相干带宽足够小，就可以采用二维内插滤波的方法来估计信道传输函数相干时间

OFDM信道估计45线性插值算法高阶线性插值算法OFDM信道估计46导频结构：OFDM信道估计47

MIMO信道是在收发两端使用多个天线，每个收发天线之间形成一个MIMO子信道，假定发送端存在M个发送天线，接收端有N个接收天线，系统框图如图所示：多输入多输出技术（MIMO）技术MIMO技术48传输信息流S(k)经过空时编码形成M个信息子流，M个子流由M个天线发送出去，经空间信道后由N个接收天线接收，多天线接收机能够利用先进的空时编码处理技术分开并解码这些数据子流。MIMO是在收发两端使用多个天线，每个收发天线之间对应一个MIMO子信道，在收发天线之间形成信道矩阵H，在某一时刻t，信道矩阵如下所示：其中H的元素是任意一对收发天线之间的增益。MIMO技术49多路信道传输同样信息多路信道同时传输不同信息多路天线阵列赋形成单路信号传输包括时间分集，空间分集和频率分集提高接收的可靠性和提高覆盖适用于需要保证可靠性或覆盖的环境理论上成倍提高峰值速率适合密集城区信号散射多地区，不适合有直射信号的情况最大比合并最小均方误差或串行干扰删除波束赋形（Beamforming）发射分集分集合并通过对信道的准确估计，针对用户形成波束，降低用户间干扰可以提高覆盖能力，同时降低小区内干扰，提升系统吞吐量空间复用MIMO技术50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提供空间自由度打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，有效开发了新的空域资源，奠定了4G高速高质量无线传输的坚实基础基于MIMO的SDMA进一步提高频谱效率OFDM：将多个低速数据流同时调制在相互正交的子载波上传送，非常适用于无线宽带信道下的高速传输。在OFDM的基础上开发空间资源，即MIMO-OFDM技术，可以大幅提升数据传输速率。与CDMA相比，OFDMA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+MIMO51每个10ms无线帧被分为10个子帧每个子帧包含2个时隙，每时隙长0.5msTs=1/(15000*2048)是基本时间单元任何一个子帧即可以作为上行，也可以作为下行#01个无线帧Tf=307200TS=10ms1个时隙Tslot=15360×TS=0.5ms#11个子帧…………#2#17#18#19无线帧结构——类型1521个子帧子帧#5DwPTSGPUpPTS…子帧#91个半帧153600TS=5ms1个子帧子帧#0DwPTSGPUpPTS30720TS…子帧#41个时隙Tslot=15360TS1个无线帧Tf=307200Ts=10ms每个10ms无线帧包括2个长度为5ms的半帧，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成特殊子帧包括3个特殊时隙：DwPTS，GP和UpPTS，总长度为1ms支持5ms和10ms上下行切换点子帧0、5和DwPTS总是用于下行发送无线帧结构——类型253Uplink-downlinkconfigurationDownlink-to-UplinkSwitch-pointperiodicitySubframenumber012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS组成的特殊子帧。特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms。ConfigurationNormalcyclicprefixExtendedcyclicprefixDwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS03101OFDMsymbols381OFDMsymbols1948321039231121014121372OFDMsymbols5392OFDMsymbols82693917102---8111---上下行配比54RE(ResourceElement)最小的资源单位，时域上为1个符号，频域上为1个子载波用(k,l)标记RB(ResourceBlock)业务信道的资源单位，时域上为1个时隙，频域上为12个子载波资源分组55127EB/年49EB/年3.8EB/年（1EB=260B)5亿87亿501亿348亿144亿33×倍

全球终端数量全球数据流量移动机器终端数量激增手机通信终端占市场主导移动互联网和物联网技术的飞速发展推动智能终端的日益普及终端数量的增长导致无线数据业务量的持续激增到2020年，全球终端数量达501亿，数据流量达127EB第五代移动通信系统——发展需求56（URLLC场景）（EMBB场景）（MTC场景）5G三大场景571G、2G时期，传统电信网以语音、短信为主，业务单一3G、4G时期，电信网转型移动互联网，但核心仍是人与人的通信5G业务特征转变58工业物联网无人驾驶AR/VR智慧农业5G时代将实现真正的“万物互联”，从人与人之间通信开始转向人与物的通信，直至机器与机器的通信。不仅需要满足高用户体验速率（AR/VR、超高清视频、赛事直播）同时要支持海量连接、小包业务但大数据量业务（设施监控、智能抄表等）、超低时延高可靠（自动驾驶、智慧医疗等）多样化新型业务5G业务特征转变59指标5G峰值速率20Gbps,20X用户体验速率100Mbps,10X端到端时延0.5-4ms,1/10连接数密度1M/km²,10X流量密度10Mbps/m2，100X移动性>500km/h（4G:350km/h）工作频带6GHz的微波频段30-300GHz的毫米波频段混合频段，频谱共享（4G频带：1.8GHz~2.6GHz）5G性能指标——对比4G605G网络架构及关键技术网络架构大规模MIMO技术新型调制技术超密集组网技术网络切片技术边缘计算技术本章主要内容612G网络初期只给用户提供的主要是单一的语音业务，整个网络中只有电路域。后来引入了GPRS(通用分组无线服务）技术，通过分组交换功能给用户提供数据业务接入网：由基站（BTS）和基站控制器（BSC）构成核心网：包括电路域的控制网元MSC/VLR、分组域的接入控制网元SGSN和互联网接入网关GGSN等BSCBTS无线网核心网MSC/VLRGMSCSGSNGGSN电路域分组域PSTN/ISDNInternet2G网络架构（四层）移动通信网络架构的变迁——2G623G时代无线网络部分的BTS和BSC分别被基站（NodeB）和网络控制器（RNC）取代核心网基本延续了2G网络的架构，依然分为电路域和分组域，但是由于3G时代数据业务量的激增，分组域逐渐占据主导地位3G网络架构（四层）RNCNodeB无线网核心网MSC/VLRGMSCSGSNGGSN电路域分组域PSTN/ISDNInternet移动通信网络架构的变迁——3G634G时代，随着智能手机的发展，移动宽带业务呈现爆发式的增长。为了提升用户业务体验，降低端到端时延，4G网络由四层变为三层，网络架构呈现“扁平化”趋势

接入网：eNodeB取代NodeB和RNC，用户数据包从基站可直接发往核心网

核心网：实现了全IP化，核心网中实现了控制面与用户面的初步分离，SGSN的控制面功能演变为MME，用户面功能演变为服务网关SGW，GGSN演变成为PDN网关PGW4G网络架构（三层）eNodeB无线网核心网MMEHSSS-GWP-GW分组域分组域InternetPCRF移动通信网络架构的变迁——4G644G网络架构5G网络架构提升了数据转发性能，提高网络控制的灵活性5G网络架构655G网络架构具有虚拟化、组件化、可编排特征同时支持各种差异化场景支持面向客户的业务模式支持业务的快速建立和修改支持更高性能从专用的电信网络到通用的电信网络平台的转变VNFVNFVNFVNF云管理NFVIorchestrate接入节点AccessDCwithNFVI功能实例功能实例功能实例EdgeDCwithNFVI边缘节点CoreDCwithNFVI功能实例功能实例功能实例核心节点无线回传骨干传输5G网络架构665G按需提供网络功能存储计算网络服务发现和管理实例aRESTFUL

私有接口服务逻辑注册实例bRESTFUL

私有接口服务逻辑注册服务发现和管理实例cRESTFUL私有接口服务逻辑注册实例dRESTFUL

私有接口服务逻辑注册VMVMVM资源类型虚机虚机+容器容器云计算平台IaaSPaaS统一的软件版本基于服务架构和RESTFUL接口支持自管理统一的MANO统一编排端到端生命周期管理MANO编排FCAPSOPS策略部署弹性升级…ContainerVMVMContainer公共服务组件库…5G网络架构67PacketForwardingPacketForwardingPacketForwardingPacketForwardingPacketForwardingControlControlControlControlControlGlobalNetworkMapRemoteControlPlaneControlProgramControlProgramControlProgram-SDN是一种全新的网络架构，是取消设备控制平面，由控制器统一计算，下发流表

-NFV和SDN是高度互补关系，但并不互相依赖5G关键技术——SDN68转发设备南向接口开放化、控制设备通用化控制和转发分离统一控制器实现跨厂商管控接口标准化、开放可编程软件定义网络（SDN,SoftwareDefinedNetwork）是一种新的开放网络架构，通过控制与转发分离、控制面集中、接口开放可编程，实现全局视角网络资源灵活调度以及新业务快速部署，能简化运维、提高网络资源利用率、提升客户感知。转发功能控制集成私有网管A厂商转发功能控制集成私有网管B厂商转发功能控制集成私有网管C厂商传统电信网络-私有，封闭SDN网络-开放，创新SDN控制器SDN编排控制层：资源智能管控，路由集中调度转发层：硬件支持标准转发管控接口编排层：跨域业务编排各厂商私有转发设备设备控制和转发强耦合各厂商私有网管配置管理网管接口私有化开放南向接口A厂商B厂商C厂商D厂商开放北向接口私有接口5G关键技术——SDN69新技术出现，需要部署新的网络（基站、天线、链路），旧网络设施无法随之升级大量设备是专有设备，大量资源分布不均匀被闲置现有网络设施传统我想要计算能力！我想要高容量！我想要计算能力和高容量！（没有对应设备，只能设计新硬件设施）NFV计算能力通信能力资源池☓9☓6我想要计算能力！我想要高容量！我想要计算能力和高容量！☓2☓2☓2☓2根据需求分配资源5G关键技术——虚拟化技术70NFV管理和编排（MANO）VNFVNFVNFVNF虚拟计算虚拟存储虚拟网络虚拟化层计算存储网络硬件资源NFV基础设施（NFVI）虚拟化网络功能（VNF）取代通信网络中私有、专用和封闭的网元，实现统一通用硬件平台+业务逻辑软件的开放架构。技术挑战：1、不同厂商设备如何协同获得更高的性能2、基于硬件的平台迁移到虚拟化网络中，两者如何并存3、厂商的虚拟装置集成成本4、安全5G关键技术——虚拟化技术715G无线关键技术大规模天线新型多址SCMA/PDMA/MUSA/NOMAf-OFDM/UF-OFDM/FB-OFDM/FBMC新型多载波Polarcode,LDPC,…先进编码超密集组网高频段通信按需提供网络功能网络切片边缘计算云化基础设施5G关键技术特点5G通过统一、灵活和可配置的空口技术框架，满足多样化场景，灵活系统设计、大规模天线及新型技术提升系统性能；5G核心网向开放化、虚拟化、软件化、服务化、智能化的方向发展；采用服务化架构，支持灵活部署，满足差异化需求5G系统结构5G关键技术72系统容量10倍100倍能量效率发射能量

优势系统容量和能量效率大幅度提升上行和下行发射能量都将减少用户间信道正交，干扰和噪声将被消除信道的统计特性趋于稳定挑战信道状态信息获取（导频污染问题）信道测量与建模（不同场景信道）发射机和接收机设计（降低复杂度）天线单元及阵列设计（低能耗天线）大规模MIMO技术：配置大量天线的基站，可以在同一时频资源上与大量用户终端通信，大幅提升系统频谱效率、功率效率、用户终端连接数以及和速率容量5G关键技术1——大规模MIMO技术73理论证明为实现3倍频谱效率的提升，需在基站侧增加上百根天线扩展方案1：2D水平扩展偶极子天线配备单个偶极子天线基站……在传输3GHz电磁波时，2D水平扩展，需部署的天线阵列长度达到5m以上扩展方案2：3D扩展形成3D-MIMO…5G关键技术1——大规模MIMO技术74基站部署演进过程移动终端的更新换代低功率发射基站用户终端30-50km高功率发射基站30-50km大区制小区制、蜂窝组网超密集组网大哥大智能手机可穿戴设备等各类终端5G关键技术3——超密集组网技术7576理论上，增加单位面积内小基站的密度，提高系统容量应用上，引入超大规模低功率节点实现热点增强、消除盲点、改善网络覆盖现代办公大型露天集会地铁密集商业区300m-500m站间距20m-50m站间距10m-20m站间距超密集组网5G关键技术3——超密集组网技术7677精细化覆盖是5G的重要发展方向多系统多分层多小区多载波+3.5GHz2.6GHz2.1GHz1.9GHz1.8GHz室内热点密集城区近郊&郊区宏站宏站LTE-HILTE-HI900MHz800MHz农村、山区5G关键技术3——超密集组网技术77Thecoverageprobabilityfirstlyincreasesandthendecayswiththenetworkdensity.Thereexistsoptimaldeploymentdensity

[1]B.Yang,G.Mao,andM.Ding,XiaohuGe,XiaofengTao,“DensityAnalysisofSmallCellNetworks:FromNoise-LimitedtoDenseInterference-Limited,”arXivpreprintarXiv:1701.01544,2017.[2]V.M.NguyenandM.Kountouris,“Performancelimitsofnetworkdensification,”IEEEJ.Sel.AreasCommun.,vol.35,no.6,pp.1294–1308,2017.5G关键技术3——超密集组网技术78基于网络切片，5G系统功能可定制、资源可伸缩，可动态设置网络拓扑，满足差异化的业务要求uRLLCeMBBmMTC切片A切片B切片C5G关键技术5——网络切片技术79切片1VideoMonitoring切片2AutomaticDrive切片3切片4SmartIndustrySmartHome平台基础设施应用编排编排和管理网络切片实现智能管道，满足多种应用场景需求网络切片亮点统一的底层物理设施基础实现了多种网络服务，降低了建网成本。网络切片逻辑隔离可以实现业务功能定制。网络切片管理实现了切片的设计、实例化、运行时业务保障和退服的全生命周期管理，提升运维效率。5G关键技术5——网络切片技术80815G关键技术5——网络切片技术81边缘计算技术将云计算平台下沉部署到接入网边缘，并配合移动网络能力，以满足超低时延的业务体验要求。传输汇聚网络核心网边缘计算1边缘计算2AMFSMFNEF5G关键技术6——边缘计算技术82优势：1、低时延2、改善链路容量3、提高能量效率，实现绿色通信4、感知链路状况，改善用户服务质量体验（QoS）5G关键技术6——边缘计算技术83IMT-2030(6G)

推进组《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书[R],2021.6社会技术业务6G总体愿景：万物智联、数字孪生完全沉浸式交互场景，多维感知与普惠智能融合共生，虚拟与现实深度融合6G将构建一张人机物智慧互联、高效互通的智慧网络；全频谱高效利用，空天地全域覆盖，宏观与微观网络深度连接社会进入智能化时代：社会服务均衡高端化，社会治理科学精准化，社会发展绿色节能化6G愿景、指标、关键技术842023年6月，ITU-RWP5D完成了IMT-2030（全球6G愿景）框架建议书六大场景沉浸式通信超大规模连接超高可靠低时延通信泛在连接通信AI一体化通信感知一体化四大原则可持续性泛在只能安全/隐私/弹性立体覆盖ITU6G愿景—六大场景85IMT-2030（全球6G愿景）框架建议书同时给出了6G

KPI功能9种已有能力演进峰值速率用户体验速率可靠性/时延移动性安全/隐私能力……6种新增能力cm级定位可持续相关能力AI相关能力互操作性覆盖范围感知能力ITU6G能力—多维度演进862022年以来，IMT-2030(6G)推进组发布多个AI与6G融合研究报告AI4NET（语义通信、空口…）、NET4AI（内生AI架构）、AI服务需求（AIaaS）…6G与AI融合：IMT-2030(6G)推进组8788沉浸式云XR全息通信感官互联智慧交互普惠智能数字孪生通信感知全域覆盖6G潜在应用场景：沉浸化、全域化、智慧化中国移动研究院.2030+愿景与需求白皮书[R].2020.SaadW,BennisM,ChenM.Avisionof6Gwirelesssystems:Applications,trends,technologies,andopenresearchproblems[J].IEEEnetwork,2019,34(3):134-142.6G愿景、指标、关键技术通智融合AI增强6G网络能力：网络运营，性能优化，安全保障6G原生支持AI应用：架构融合，场景赋能通感融合提供集成通信和传感任务的框架包括基站侧、终端侧的感知泛在连接通过地面和非地面网络的无缝集成提供无处不在的覆盖