1G通信到5G的区别PPT课件

1、计网对口高职计网对口高职 王浩王浩 第五代移动通信（第五代移动通信（5G5G）简介）简介 Page 2 前几代移动通信系统简介前几代移动通信系统简介 5G的关键技术的关键技术 Page 3 一一.前几代移动通信技术（前几代移动通信技术（1G，2G，3G，4G） Page 4 第第1代移动通信系统（代移动通信系统（1G）是）是模拟式通模拟式通 信系统信系统，模拟式是代表在无线传输采用模拟，模拟式是代表在无线传输采用模拟 式的式的FM调制，将介于调制，将介于300Hz到到3400Hz的语的语 音转换到高频的载波频率音转换到高频的载波频率MHz上。上。 一部大哥大在当时的售价为一部大哥大在当时的售价

2、为21000元，元， 除了手机价格昂贵之外，手机网络资费的价除了手机价格昂贵之外，手机网络资费的价 格也让普通老百姓难以消费。当时的入网费格也让普通老百姓难以消费。当时的入网费 高达高达6000元，而每分钟通话的资费也有元，而每分钟通话的资费也有0.5 元。元。 不过由于模拟通信系统有着很多缺陷，不过由于模拟通信系统有着很多缺陷， 经常出现串号、盗号等现象，给运营商和用经常出现串号、盗号等现象，给运营商和用 户带来了不少烦恼。于是在户带来了不少烦恼。于是在1999年年A网和网和B 网被正式关闭。网被正式关闭。 从从1G跨入跨入2G的分水岭则是的分水岭则是从模拟调制进从模拟调制进 入到数字调制入

3、到数字调制，相比于第，相比于第1代移动通信，第二代移动通信，第二 代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也 在增加，同时能够提高多种业务服务。从这一在增加，同时能够提高多种业务服务。从这一 代开始手机也可以上网了。第一款支持代开始手机也可以上网了。第一款支持WAP 的的GSM手机是诺基亚手机是诺基亚7110，它的出现标志着，它的出现标志着 手机上网时代的开始，而那个时代手机上网时代的开始，而那个时代GSM的网的网 速仅有速仅有9.6KB/s。 数字网有以下优点：数字网有以下优点： 1.频谱利用率高，有利于提高系统容量；频谱利用率高，有利于提高系统容量；

4、2.提供多种业务服务，提高通信系统通用性；提供多种业务服务，提高通信系统通用性； 3.抗噪声、抗干扰、抗多径衰落能力强；抗噪声、抗干扰、抗多径衰落能力强； 4.能实现更有效、灵活的网络管理和控制；能实现更有效、灵活的网络管理和控制； 5.便于实现通信的安全保密；便于实现通信的安全保密； 6.可降低设备成本。可降低设备成本。 Page 5 国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）发布了官方第）发布了官方第3代代 移动通信（移动通信（3G）标准）标准IMT-2000（国际移动（国际移动 通信通信2000标准）。标准）。3G存在四种标准制式，存在四种标准制式， 分别是分别是CDMA2000，WCDMA，

5、TD-SCDMA， WiMAX。在。在3G的众多标准之中，的众多标准之中，CDMA这这 个字眼曝光率最高，个字眼曝光率最高，CDMA（码分多址（码分多址)是第是第 三代移动通信系统的技术基础。三代移动通信系统的技术基础。 中国在中国在2009年的年的1月月7日颁发了日颁发了3张张3G牌牌 照，分别是中国移动的照，分别是中国移动的TD-SCDMA，中国联，中国联 通的通的WCDMA和中国电信的和中国电信的WCDMA2000。 4G包括包括TD-LTE和和FDD-LTE两种制式，是两种制式，是 集集3G与与WLAN于一体，并能够快速传输数据、于一体，并能够快速传输数据、 高质量、音频、视频和图像等

6、。高质量、音频、视频和图像等。4G能够以能够以 100Mbps以上以上的速度下载（大约是的速度下载（大约是 12.5MB/s18.75MB/s的下行速度），比目前的下行速度），比目前 的家用宽带的家用宽带ADSL（4兆）快兆）快20倍，并能够满倍，并能够满 足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外， 4G可以在可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆和有线电视调制解调器没有覆 盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明 显，显，4G有着不可比拟的优越性。有着不可比拟的优越性。 2013年年12月月4日，工业和信息化部向中

7、国移动、日，工业和信息化部向中国移动、 中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通 信业务牌照（即信业务牌照（即4G牌照），中国移动、中国牌照），中国移动、中国 电信、中国联通三家均获得电信、中国联通三家均获得TD-LTE牌照，此牌照，此 举标志着中国电信产业正式进入了举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。时代。 Page 6 简析简析4G 4G通常被用来描述相对于通常被用来描述相对于3G的下一代通信网络，但很少的下一代通信网络，但很少 有人明确有人明确4G的含义，实际上，的含义，实际上，4G在开始阶段也是由众多在开始阶段也是由众多 自主技术提供商和电信

8、运营商合力推出的，技术和效果自主技术提供商和电信运营商合力推出的，技术和效果 也参差不齐。后来，国际电信联盟（也参差不齐。后来，国际电信联盟（ITU）重新定义了）重新定义了4G 的标准的标准符合符合100Mbps/s传输数据的速度。达到这个传输数据的速度。达到这个 标准的通信技术，理论上都可以称之为标准的通信技术，理论上都可以称之为4G。 4G移动系统网络结构可分为三层：移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环物理网络层、中间环 境层、应用网络层境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功。物理网络层提供接入和路由选择功 能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层能，它们由无线

9、和核心网的结合格式完成。中间环境层 的功能有的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网映射、地址变换和完全性管理等。物理网 络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的， 它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无 缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。 Page 7 简析简析4G 第四代移动通信系统的关键技术包括：第四代移动通信系统的关键技术包括：1.信道传输；信道传输；2.抗抗 干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；干扰性强的高速接

10、入技术、调制和信息传输技术；3.高性高性 能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；4.大容量、大容量、 低成本的无线接口和光接口；低成本的无线接口和光接口；5.系统管理资源；系统管理资源；6.软件无软件无 线电、网络结构协议等。线电、网络结构协议等。 第四代移动通信系统主要是以第四代移动通信系统主要是以正交频分复用（正交频分复用（OFDM）为为 技术核心。技术核心。 Page 8 1G主要解决语音通信的问题主要解决语音通信的问题; 2G可支持窄带的分组数据通信，最高理论速率为可支持窄带的分组数据通信，最高理论速率为236kbps; 3G在在2G的基础上，

11、发展了诸如图像、音乐、视频流的高带宽多的基础上，发展了诸如图像、音乐、视频流的高带宽多 媒体通信，并提高了语音通话安全性，解决了部分移动互联网媒体通信，并提高了语音通话安全性，解决了部分移动互联网 相关网络及高速数据传输问题，最高理论速率为相关网络及高速数据传输问题，最高理论速率为14.4Mbps; 4G是专为移动互联网而设计的通信技术，从网速、容量、稳定是专为移动互联网而设计的通信技术，从网速、容量、稳定 性上相比之前的技术都有了跳跃性的提升，传输速度可达性上相比之前的技术都有了跳跃性的提升，传输速度可达 100Mbit/s,甚至更高。甚至更高。 那么，那么，5G将为我们带来什么？将为我们带

12、来什么？ Page 9 二二.5G简介简介 n5G，第五代移动通信技术，也是，第五代移动通信技术，也是4G之后的延伸，目前正在研究中。目前还没有任何之后的延伸，目前正在研究中。目前还没有任何 电信公司或标准订定组织（像电信公司或标准订定组织（像3GPP、WiMAX论坛及论坛及ITU-R）的公开规格或官方文件）的公开规格或官方文件 有提到有提到5G。 n按照业内初步估计，包括按照业内初步估计，包括5G在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在3个维度上个维度上 同时进行同时进行: n1)通过引入新的无线传输技术将资源利用率在通过引入新的无线传输技术将资源利用

13、率在4G的基础上提高的基础上提高10倍以上倍以上; n2)通过引入新的体系结构通过引入新的体系结构(如超密集小区结构等如超密集小区结构等)和更加深度的智能化能力将整个系统的和更加深度的智能化能力将整个系统的 吞吐率提高吞吐率提高25倍左右倍左右; n3)进一步挖掘新的频率资源进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波与可见光等如高频段、毫米波与可见光等),使未来无线移动通信的频使未来无线移动通信的频 率资源扩展率资源扩展4倍左右倍左右. Page 10 5G n 5G有以下特点：有以下特点： n 1)5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验,网络平

14、均吞吐速率、网络平均吞吐速率、 传输时延以及对虚拟现实、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将 成为衡量成为衡量5G系统性能的关键指标系统性能的关键指标. n 2)与传统的移动通信系统理念不同与传统的移动通信系统理念不同,5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层系统研究将不仅仅把点到点的物理层 传输与信道编译码传输与信道编译码 等经典技术作为核心目标等经典技术作为核心目标,而是从更为广泛的多点、多用而是从更为广泛的多点、多用 户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点,力求在体系构架上寻求系

15、统性力求在体系构架上寻求系统性 能的大幅度提高能的大幅度提高. n 3)室内移动通信业务已占据应用的主导地位室内移动通信业务已占据应用的主导地位,5G室内无线覆盖性能及业务支室内无线覆盖性能及业务支 撑能力将作为系统撑能力将作为系统 优先设计目标优先设计目标,从而改变传统移动通信系统从而改变传统移动通信系统“以大范围覆以大范围覆 盖为主、兼顾室内盖为主、兼顾室内”的设计理念的设计理念. n 4)高频段频谱资源将更多地应用于高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统移动通信系统,但由于受到高频段无线但由于受到高频段无线 电波穿透能力的限电波穿透能力的限 制制,无线与有线的融合、光载无线组网等技

16、术将被更为普无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普 遍地应用遍地应用. n 5)可可“软软”配置的配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向无线网络将成为未来的重要研究方向,运营商可根据业运营商可根据业 务流量的动态变化务流量的动态变化 实时调整网络资源实时调整网络资源,有效地降低网络运营的成本和能源的有效地降低网络运营的成本和能源的 消耗消耗. Page 11 5G与与4G的对比的对比 4G 在在4G技术支持技术支持100Mbps150Mbps的下行网络带宽的下行网络带宽 仍处在仍处在3GHz一下的频段范围内一下的频段范围内 开启了全球移动通信标准全面融合的趋势；但仍存在开启了全球移

17、动通信标准全面融合的趋势；但仍存在TD-LTE 与与LTE-FDD的标准之争的标准之争 是专为移动互联网而设计的通信技术，是单一的无线接入技是专为移动互联网而设计的通信技术，是单一的无线接入技 术。术。 5G 将可提供超级容量的带宽，短距离传输速率是将可提供超级容量的带宽，短距离传输速率是10Gbps； 高频段频谱资源将更多地应用于高频段频谱资源将更多地应用于5G； 超高容量、超可靠性、随时随地可接入性，有望解决超高容量、超可靠性、随时随地可接入性，有望解决“流量风流量风 暴暴”； 在通信、智能性、资源利用率、无线覆盖性能、传输时延、系在通信、智能性、资源利用率、无线覆盖性能、传输时延、系 统

18、安全和用户体验都比统安全和用户体验都比4G有了数以倍计的增加；有了数以倍计的增加； 全球全球5G技术有望共用一个标准；技术有望共用一个标准； 5G并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线 接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术集接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术集 成后的解决方案总称。所以说成后的解决方案总称。所以说5G是一个真正意义上的融合网络。是一个真正意义上的融合网络。 Page 12 5G与与4G的对比的对比 n 总的来说，总的来说，5G相比相比4G有着很大的优势：有着很大的优势： n 在容量方

19、面，在容量方面，5G通信技术将比通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长实现单位面积移动数据流量增长 1000倍；在传输速率方面，典型用户数据速率提升倍；在传输速率方面，典型用户数据速率提升10到到100倍，峰值倍，峰值 传输速率可达传输速率可达10Gbps（4G为为100Mbps），端到端时延缩短），端到端时延缩短5倍；在倍；在 可接入性方面：可联网设备的数量增加可接入性方面：可联网设备的数量增加10到到100倍；在可靠性方面：倍；在可靠性方面： 低功率低功率MMC（机器型设备）的电池续航时间增加（机器型设备）的电池续航时间增加10倍。倍。 n 由此可见，由此可见，5G将在方方面面全面超

20、越将在方方面面全面超越4G，实现真正意义的融合性网，实现真正意义的融合性网 络。络。 Page 13 5G的发展现状的发展现状 n 欧盟宣布成立欧盟宣布成立METIS，投资，投资2700万欧元用于万欧元用于5G技术应用研究。据了技术应用研究。据了 解，解，METIS由由29个成员组成，其中包括爱立信、华为、法国电信等个成员组成，其中包括爱立信、华为、法国电信等 主要设备商和运营商，欧洲众多的学术机构以及宝马集团。主要设备商和运营商，欧洲众多的学术机构以及宝马集团。 n 中国工业和信息化部科技司司长闻库此前表示，工信部已成立工作小中国工业和信息化部科技司司长闻库此前表示，工信部已成立工作小 组进

21、行组进行5G研发，中国移动研究院等国内组织也有相关部门在推进。研发，中国移动研究院等国内组织也有相关部门在推进。 作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心正积极参与到作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心正积极参与到 5G相关的组织与研究项目中。目前，监测中心频谱工程实验室正在相关的组织与研究项目中。目前，监测中心频谱工程实验室正在 大力建设基于面向服务的架构（大力建设基于面向服务的架构（SOA）的开放式电磁兼容分析测试）的开放式电磁兼容分析测试 平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用， 将为无线电管

22、理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电 系统研究、开发与验证实验环境。面向系统研究、开发与验证实验环境。面向5G关键技术评估工作，监测关键技术评估工作，监测 中心计划利用该平台搭建中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境，从而实现对系统测试与验证环境，从而实现对5G各各 项关键技术客观高效的评估。项关键技术客观高效的评估。 n 三星已开展三星已开展5G技术试验，透过技术试验，透过64根天线，以根天线，以28GHz频段进行最快达频段进行最快达 1.056Gbps的速度进行无线传输，最远传输距离可达的速度进行无线传输，最远传

23、输距离可达2公里，其速度公里，其速度 几乎是几乎是4G的百倍以上。的百倍以上。 Page 14 三三.5G的关键技术的关键技术 5G有以下六大关键技术：高频段传输；新型多天线传输 技术；同时同频全双工技术；D2D技术；密集组网和超 密集组网技术；新型网络架构。 下面就这六大技术进行简要介绍，并挑选一些部分进行 重点解析。 Page 15 移动通信传统工作频段主要集中在移动通信传统工作频段主要集中在 3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而以下，这使得频谱资源十分拥挤，而 在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频 谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的谱资源丰

24、富，能够有效缓解频谱资源紧张的 现状，可以实现极高速短距离通信，支持现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G 容量和传输速率等方面的需求。容量和传输速率等方面的需求。 高频段在移动通信中的应用是未来的发高频段在移动通信中的应用是未来的发 展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用 带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增 益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但 也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容 易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统易受气候环境

25、影响等缺点。射频器件、系统 设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。 监测中心目前正在积极开展高频段需求监测中心目前正在积极开展高频段需求 研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段 资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科资源虽然目前较为丰富，但是仍需要进行科 学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源学规划，统筹兼顾，从而使宝贵的频谱资源 得到最优配置。得到最优配置。 多天线技术经历了从无源到有源，从二多天线技术经历了从无源到有源，从二 维（维（2D）到三维（）到三维（3D），从高阶），从高阶MIMO到大到大 规模阵列的发

26、展，将有望实现频谱效率提升数规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数 十倍甚至更高，是目前十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方技术重要的研究方 向之一。向之一。 由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持 的协作天线数量将达到的协作天线数量将达到128根。此外，原来的根。此外，原来的 2D天线阵列拓展成为天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖天线阵列，形成新颖 的的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，技术，支持多用户波束智能赋型， 减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将 进一步改善无线信号覆盖性能。进一步改善无

27、线信号覆盖性能。 目前研究人员正在针对大规模天线信道测目前研究人员正在针对大规模天线信道测 量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本 及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多 的用户空分多址（的用户空分多址（SDMA），显著降低发射功），显著降低发射功 率，实现绿色节能，提升覆盖能力。率，实现绿色节能，提升覆盖能力。 Page 16 现有的无线通信系统中现有的无线通信系统中,由于技术条件的由于技术条件的 限制限制,不能实现同时同频的双向通信不能实现同时同频的双向通信,双向链双向链 路都是通过时间或频率进行区分的路都

28、是通过时间或频率进行区分的,对应于对应于 TDD和和FDD方式方式.由于不能进行同时、同频双由于不能进行同时、同频双 向通信向通信,理论上浪费了一半的无线资源理论上浪费了一半的无线资源(频率频率 和时间和时间)。 最近几年，同时同频全双工技术吸引了最近几年，同时同频全双工技术吸引了 业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱 上，通信的收发双方同时发射和接收信号，上，通信的收发双方同时发射和接收信号， 与传统的与传统的TDD和和FDD双工方式相比，从理论双工方式相比，从理论 上可使空口频谱效率提高上可使空口频谱效率提高1倍。倍。 由于接收和发送信号之间的功率差

29、异非由于接收和发送信号之间的功率差异非 常大常大,导致严重的自干扰，因此实现全双工技导致严重的自干扰，因此实现全双工技 术应用的首要问题是自干扰的抵消。目前为术应用的首要问题是自干扰的抵消。目前为 止，全双工技术已被证明可行，但暂时不适止，全双工技术已被证明可行，但暂时不适 用于用于MIMO系统。系统。 Device-to-Device(D2D)通信是一种在系通信是一种在系 统的控制下，允许统的控制下，允许终端之间终端之间通过复用小区资源通过复用小区资源 直接进行通信直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通的新型技术，它能够增加蜂窝通 信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定信系统频谱效率，降

30、低终端发射功率，在一定 程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。 由于短距离直接通信，信道质量高，由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够能够 实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功 耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实 现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架 构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。 目前，目前，D2D采用广播、组播和单播技术方采用广播、组播和单播技术方 案，未来将发展其增强技术，包括案，未来将发展其增强技术，包括基于基于D2D的的 中继技术、多天线技术和联合编码技术中继技术、多天线技术和联合编码技术等。等。 Page 17 在未来的在未来的5G通信中，无线通信网络正通信中，无线通信网络正 朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化 的方向演进。随着各种智能终端的普及，数的方向演进。随着各种智能终端的普及，数 据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务 将主要分布在室内和热点地区，这使得超密将主要分布在室内和热点地区，这使得