《移动通信网G》PPT课件.ppt

4G 移动通信系统,4G 是下一代的移动蜂窝系统，大约在 2010年投入使用 4G的12个部分,基本概念-什么是 4G、B3G?,最后答案?,Service providers,Cost reduction,User services,Wireless wireline,Technology trends,New network,New air interface,Wireless Internet,4G 是否存在,Higher bit rates,White space,升级限定,费用的降低,是在1G、2G、和 3G基础上发展起来的 是与2G 和3G共存的 （目前：2.5G 代表：GPRS、Edge） 传输速率较3G提高10倍、成本降低10倍 （2001年）,基本概念-4G的直观描述图,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,64kbps,2Mbps,200Mbps,P-MP (LMDS) Milli-wave LAN,2G,WLAN,4G,3G,2代（GSM) 的主要指标参数（传输速率）: 9.6kbps - 14.4kbps, 可移动（任意速度）；仅有语音通信； 2.5代 (GPRS)的主要指标参数（传输速率）: 最大用户数据率：21.4kbps, 采用GMSK一种调制方式 ( 2.75代 - Edge） 3代的主要指标参数（传输速率）： 144kbps, 快速移动状态； 384kbps, 人行道步行； 2Mbps, 室内不动。,2代、2.5代、3代的主要区别：,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。,4G系统技术目标和特点 （1）,4G系统的容量 4G系统的容量至少为3G系统的10倍 4G系统的频谱效率应当为3G系统的5到10倍 4G系统目标速率为： 高速移动用户（250km/h），数据速率为2Mbps; 中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbps; 低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbps 具有不同速率间的自动切换能力,以保证通信质量.,4G系统的具体技术目标和特点 （2）,4G系统是一个无缝网 4G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LAN的无缝连接。并实现高速移动中系统间切换和网络互联. 4G的无缝特性，包含系统、业务和覆盖等多方面的无缝性 4G系统应当是一个综合系统，蜂窝部分提供广域移动性，而WLAN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LAN.,4G系统的具体技术目标和特点 （3）,4G系统是一个基于IP的网络 4G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，比如IEEE 802.11, WCDMA, Bluetooth, HyperLAN等。全IP的核心网可以与无线接入方式独立地发展。4G系统将会采用Ipv6。Ipv6将能在IP网络上实现话音和多媒体业务。（山东大学已建成Ipv6实验网） 4G系统将能实现不同QoS的业务 4G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,按服务级别收费.,4G系统的具体技术目标和特点（4）,无线接入方式与多址方案 OFDM正交频分复用技术是4G系统最为合适的多址方案, OFDM也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。(其它观点：MIMO+CDMA) OFDM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、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G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。OFDM的主要缺点: 功率效率不高（PAPR峰值平均功率比,Peak to Average Power Ratio )、及频偏问题。 日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为：VSF-OFCDM。VSF表示可变扩频因子，而OFCDM则表示正交频分与码分复用。,4G系统的关键技术 （1）,调制与编码 4G系统将会采用多载波调制（MCM）技术 MC-CDMA 或 OFDM-TDMA,并考虑功率与自适应调制的平衡. MC-CDMA采用QPSK调制，而OFDM-TDMA采用高电平调制，如M-QAM，需要采用自适应调制，按照实际测量的参数来确定QAM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Turbo码、级连码和LDPC等，从而在极低的Eb/N0下保证足够的性能。NTTDoCoMo的4G实验系统信道编码采用TURBO码。,4G系统的关键技术 （2）,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2或4天线来实现发射分集，或者采用多输入多输出（MIMO）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）,4G系统的关键技术 （3）,高效的频谱使用方案 提高频谱效率的方法是将要使用3GHz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。 3G系统的频谱效率只有2bps/Hz，而4G系统的频谱效率应达到5bps/Hz。 信道分配：主要为分组信道分配、自适应信道分配。分组信道是将信道分组分配给每个及户,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.,4G系统的关键技术 （4）,基于IP的核心网 移动IP技术是真正实现“任何时间、任何地方、与任何人进行任何业务通信”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。 3G系统不是基于IP的，如CDMA2000基于ANSI-41，而WCDMA基于GSM-MAP。 4G系统应当是一个全IP的网络。实现不同网络间的无缝互连；全IP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IP的网络，独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务；能同已有的核心网和PSTN共存。,4G系统的关键技术 （5）,软件无线电（SDR）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4G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QoS。软件无线电技术有助于不同标准和系统的融合。,4G系统的关键技术 （6）,软件无线电（SDR）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BS将采用模块化的结构，主要由天线模块、LNA模块、功率放大器模块、ADCDAC模块、DSP模块和多媒体模块等组成。软件无线电中RF和基带器件都应当是可编程的。,4G系统的关键技术 （7）,高性能的接收机 各种新型的接收机，如：Turbo码接收机等 4G系统对接收机提出特别高的要求，要在5MHz的带宽上传输20Mbps的数据，所需要的SNR为12dB。 智能天线与MIMO技术 智能天线和MIMO技术可以降低多址干扰，实现空间分集，因此将会在4G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址干扰，也可降低对基站发射功率的要求。,4G系统的关键技术 （8）,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4G系统的基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。,4G系统的关键技术 （9）,目前基于LTE的4G标准有两个，分别为LTE FDD和LTE TDD（国内习惯于将LTE TDD称为TD-LTE）。 TD-LTE和FDD-LTE都是分时长期演进技术，但是TD-LTE是TDD版本的长期演进技术，被称为时分双工技术，而FDD-LTE也是长期演进技术，不同的是，FDD-LTE采用的是分频模式。 在速度方面，TD-LTE的下行速率和上行速率分别为100Mbps和50Mbps，而FDD-LTE的下行速率和上行速率分别为150Mbps和40Mbps，在速度上两者相差不大。,4G的技术标准,一、TD-LTE省资源，FDD速度快 为了建立起上行和下行的通道，FDD通过频率来分割，在两个对称频率上，一个管下载，一个管上传。就好像是双车道，两个方向的汽车互不干扰，畅通无阻。表现在你的手机上，就是速度很快的感觉。 TD-LTE采用另一种方式。它只用一个频率，既负责上传，又负责下载。好处是比FDD省了一个频率占用，资源利用率更高（实际上TD-LTE为了避免干扰，需要预留较大保护带，也会消耗一些资源）；TDD的缺点也很明显，因为是“单行道”上跑双向“车流”，TD-LTE只能通过时间来控制交通（时分双工），一会让下载的流量通过，一会又让上传的流量通过。表现在手机端，会比FDD网速慢一些。 . 目前，LTE FDD理论下行速度为150Mbps，TD-LTE理论下行速度为100Mbps。,TD-LTE和FDD-LTE的区别,二、TD-LTE适合热点区域覆盖，FDD适合广域覆盖 我们在生活中遇到过这种情况：上班高峰期，进城方向的交通拥堵不堪，旁边出城方向的马路上却车流稀少。这无疑是一种资源的浪费。 在手机上网过程中，这种现象更普遍：人们使用手机，更多的是阅读、观赏和下载，很少的时间用于上传。因此，如果手机的无线网 络是可见的，你会发现下载通道上数据川流不息，上传通道却很少被使用。 TD-LTE 的优势在于，他将上传和下载通道合并为一个，然后通过时间来灵活控制，例如分配给下载的时间占70%，上传占30%，这样， 你会发现整个通道的车流总是满的，资源利用率更高。 既然TD-LTE 如此经济，却也不能全部采用。 在用户密集的热点区域，频段资源很紧张，这时候，FDD 的“双车道”就显得很浪费，TDD 更适合。但由于TDD 在上行方面受限，基站覆盖范围小于FDD，因此，在非热点的在广覆盖区域（城郊、乡镇