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1、会计学1未来移动通信的发展趋势及关键技术未来移动通信的发展趋势及关键技术目目 录录n n移动通信发展历程移动通信发展历程n n移动通信关键技术移动通信关键技术n n未来移动通信技术未来移动通信技术第1页/共27页移动通信发展历程Click here to add your title01第2页/共27页世界无线通信发展百世界无线通信发展百年历程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移动通信商用第3页/共27页我国移动通信发展历程1
2、970 1980 1990 2000 2010 2020 年代后第三代第一代：模拟移动通信中国购买使用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、欧盟研究计划第4页/共27页移动通信发展历程移动通信发展历程3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案1G(1980s)lAMPSlTACSlNMSlOthers语音业务2G(1992-2000)lCDMA IS95lGSMlTDMA IS136lP
3、DC语音业务2.5G(2000-2004)lCDMA2000 1xlGPRSlEGPRS数据业务3G(2004-至今)lUMTS/WCDMAlCDMA2000-EVDOlTD-SCDMAlWiMAX宽带业务技术业务多媒体第5页/共27页我国移动通信发展迅速、规模巨我国移动通信发展迅速、规模巨大大第6页/共27页移动通信关键技术Click here to add your title02第7页/共27页FDMA（1G模拟时代）模拟时代）频率时间功率FDMA第8页/共27页1G：模拟蜂窝：模拟蜂窝+FDMAPowerFrequencyTimeFDMAv高功率（高功率（200200250w250w）
4、的发射天线）的发射天线v几百甚至上千平方公里的范围的覆盖几百甚至上千平方公里的范围的覆盖 v每个大区的可用信道数很少每个大区的可用信道数很少 v蜂窝系统是一种革命性的变革蜂窝系统是一种革命性的变革 v提高了频谱利用率和系统的服务质量提高了频谱利用率和系统的服务质量 大区制大区制蜂窝蜂窝最主要需求：最主要需求：系统容量系统容量第9页/共27页FDMA+TDMA（2G数字时代）数字时代）频率时间功率TDMA第10页/共27页FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA数字化技术数字化技术，如数字语音编码技术，是如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破移动通信的主要突破v 意义意义：提
5、高通话质量（数字化信道编码纠错）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）提高系统容量（低码率，语音激活技术）n nTDMATDMA:每个用户占用一个时隙，提每个用户占用一个时隙，提每个用户占用一个时隙，提每个用户占用一个时隙，提高系统容量高系统容量高系统容量高系统容量n n特点：特点：特点：特点：n n以频率复用为基础，小区内以时以频率复用为基础，小区内以时以频率复用为基础，小区内以时以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户隙区分用户隙区分用户隙区分用户n n每个时隙传输一路数字信号，软每个时隙传输一路数字信号
6、，软每个时隙传输一路数字信号，软每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置件对时隙动态配置件对时隙动态配置件对时隙动态配置最主要需求：高质量话音，系统容量最主要需求：高质量话音，系统容量第11页/共27页FDMA+TDMA+CDMA（3G时时代）代）功率时间CDMA频率第12页/共27页3G：Turbo码码+CDMAn nTurboTurbo码码n n19931993年，年，C.BerrouC.Berrou等人提出了等人提出了TurboTurbo码，彻底颠覆了所有人们认为码，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。在复杂度可控
7、的译码器的协助下,达到了近达到了近ShannonShannon限的性能。限的性能。n nTurboTurbo码在码在3G3G的应用，使得的应用，使得3G3G能够支持多媒体业务能够支持多媒体业务，打破了，打破了2G2G只只支持话音和短消息业务的局限。支持话音和短消息业务的局限。FrequencyCDMAPowerTimevCDMA：每个用户使用一个码型，：每个用户使用一个码型，频率频率/时间共享时间共享v特点特点每个码传输一路数字信号每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率每个用户共享时间和频率软容量、软切换，系统容量大软容量、软切换，系统容量大最主要需求：多媒体业务，系统容量最主要需求：多
8、媒体业务，系统容量第13页/共27页4G：OFDM-MIMO+空分多址空分多址SDMA最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量uMIMO：多根发射天线与多根发射天线与多根接收天线多根接收天线p打破利用时、频、码三打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，维资源传输数据的局限，有效开发了新的有效开发了新的空域资空域资源源。p基于基于MIMO的的SDMA进进一步提高频谱效率。一步提高频谱效率。uOFDM：多个低速数据流多个低速数据流同时调制在相互正交的子同时调制在相互正交的子载波上传送，适用于无线载波上传送，适用于无线宽带信道下的高速传输。宽带信道下的高
9、速传输。与与CDMA相比，相比，OFDM传送数据的传送数据的速度更快速度更快，并且能够更好地对抗无，并且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应。线传输环境中的多径效应。第14页/共27页未来移动通信技术Click here to add your title03第15页/共27页移动通信系统发展中移动通信系统发展中的颠覆性技术的颠覆性技术n n移动通信系统每一次更新换移动通信系统每一次更新换移动通信系统每一次更新换移动通信系统每一次更新换代都有代都有代都有代都有颠覆性技术引领颠覆性技术引领颠覆性技术引领颠覆性技术引领1G2G3G4G5G模拟到数字，模拟到数字，TDMA接入接入单一话音到多单一话
10、音到多媒体，媒体，CDMA接入接入OFDM-MIMO，空域资源空域资源利用利用？：频谱，？：频谱，接入，组网接入，组网容量容量话音业务话音业务和容量和容量多媒体业多媒体业务和容量务和容量高速高质高速高质多媒体业多媒体业务和容量务和容量容量，能容量，能耗，业务耗，业务v移动通信系统每一次更新换代移动通信系统每一次更新换代都都解决了当时的最主要需求解决了当时的最主要需求第16页/共27页5G：颠覆性技术在哪：颠覆性技术在哪里？里？需要技术和策略需要技术和策略突破突破5G：解：解决三个主决三个主要问题？要问题？容量不足容量不足能耗高能耗高提升用户体验提升用户体验n n频谱利用频谱利用n n无线接入无
11、线接入n n无线传输无线传输n n无线组网无线组网n n业务与终端业务与终端产生颠覆产生颠覆性技术的性技术的五个方向五个方向第17页/共27页问题问题1：容量不足：容量不足n n移动通信的发展史表明，移动通信的发展史表明，移动通信的发展史表明，移动通信的发展史表明，容量不足容量不足容量不足容量不足一直是无线通信系统发一直是无线通信系统发一直是无线通信系统发一直是无线通信系统发展中的主要问题展中的主要问题展中的主要问题展中的主要问题n n5G5G面临更大容量需求和频谱赤字面临更大容量需求和频谱赤字面临更大容量需求和频谱赤字面临更大容量需求和频谱赤字：n n根据预测，至根据预测，至根据预测，至根据
12、预测，至20202020年无线网络容量增长达年无线网络容量增长达年无线网络容量增长达年无线网络容量增长达10001000倍倍倍倍n n如何满足如何满足如何满足如何满足10001000倍的容量增长需求？倍的容量增长需求？倍的容量增长需求？倍的容量增长需求？n n（1 1）更多频谱更多频谱更多频谱更多频谱3 3（或（或（或（或10 ,4 10 ,4 ）n n（2 2）更高频谱效率更高频谱效率更高频谱效率更高频谱效率6(6(或或或或 10,12)10,12)n n无线接入无线接入无线接入无线接入n n无线传输无线传输无线传输无线传输n n（3 3）更多基站更多基站更多基站更多基站（更小小区）（更小小
13、区）（更小小区）（更小小区）50(50(或或或或10,10)10,10)第18页/共27页解决思路解决思路更多频谱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q优良频率资源匮缺q网络独立，建设成本巨大q通信效率提升遭遇“收益递减法则”q再过10年怎么办！？需要技术需要技术和体制的和体制的革新革新第19页/共27页解决思路解决思路更多频谱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需要技术和体制的和体制的革新革新高效协
14、作用户新技术新频谱新体制新体制更高频谱效率10无线传输和接入第20页/共27页总体规划总体规划新技术新频谱新体制新频段通信技术新频段通信技术新型无线通信网络架构新型无线通信网络架构高效无线通信技术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无线传输和接入第21页/共27页23提高容量（提高容量（1）更多更多频谱频谱n n新频谱开发：主要是较高频段，新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区适合更小小区n n615GHz615GHz空间隔离性好空间隔离性好空间隔离性好空间隔离性好n n60GHz60GHz毫米波毫米波毫米波毫米波有较高的频宽，但穿透性较差
15、有较高的频宽，但穿透性较差有较高的频宽，但穿透性较差有较高的频宽，但穿透性较差n n白频谱白频谱n n可见光通信可见光通信n n频谱共享频谱共享智能频谱利用智能频谱利用重点建议：智能频谱利用重点建议：智能频谱利用基础：新频谱电波特基础：新频谱电波特性的测量与建模性的测量与建模第22页/共27页24提高容量（提高容量（2）更高更高频谱效率：多址接入频谱效率：多址接入n n多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一n n1G1G：频分多址（：频分多址（FDMAFDMA）n n2G2G：时分多址（：时分多址（TDMATDMA）n n3G3G：码分多址（：码分多址（CDMACDMA）n n4G4G：空分
16、多址：空分多址（OFDMA+SDMAOFDMA+SDMA）n n4G以OFDM-MIMO为核心的OFDMA和SDMA具有很强的生命力n n新型无线接入的尝试：非正交？趋势：单一资源到趋势：单一资源到多维资源联合使用多维资源联合使用,提高资源利用率提高资源利用率频率频率时间时间功率功率FDMA频率频率时间时间功率功率TDMACDMA时间时间频率频率功率功率1G2G3G4G第23页/共27页v大规模大规模MIMO信道建模与分析信道建模与分析信道信息获取（相应导频设计）信道信息获取（相应导频设计）协调多用户联合资源调配协调多用户联合资源调配能耗问题能耗问题天线配置、基站选址天线配置、基站选址导频污染
17、导频污染高效传输方法（如预编码方案）高效传输方法（如预编码方案）v3D MIMO电磁波的传输平面增加俯仰角，电磁波的传输平面增加俯仰角，进一步扩展空间自由度进一步扩展空间自由度v无线网络的干扰管理和容量研究无线网络的干扰管理和容量研究构建多维干扰状态模型构建多维干扰状态模型分析干扰和网络容量的关系分析干扰和网络容量的关系智能动态干扰管理机制智能动态干扰管理机制大规模MIMO3D MIMO提高容量（2）无线传输新技术技术第24页/共27页信息密度均匀高度不均匀信息密度均匀高度不均匀信息密度均匀高度不均匀信息密度均匀高度不均匀下的异构无线网络下的异构无线网络下的异构无线网络下的异构无线网络提高容量（提高容量（3）更多更多基站（更小小区）基站（更小小区）第25页/共27页第26页/共27页