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1、5G移动通信系统与技术 1 课程目标 2 了解5G标准进展了解5G核心指标了解5G关键无线技术了解5G网络结构和网络技术了解5G特色业务应用 5G愿景白皮书 5G概念白皮书 5G网络技术架构 参考书目 5G移动通信系统与技术 5G系统标准发展概述 5G系统核心能力指标 5G系统关键无线技术 4 5G系统新型网络架构 5 5G系统重要网络技术 6 5G系统特色业务应用 课程介绍 4 1 移动通信技术演进规律2 4G 4 5G 5G标准主要技术特征3 移动通信技术愿景和路标 移动通信技术具有代际演进的规律 全球移动通信经过1G 2G和3G三个发展阶段 正从3G向4G演进 当前各国正在积极推进5G技
2、术研究 移动互联网和物联网为5G发展提供广阔发展空间 预计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍 我国将增长300倍以上 预计到2020年全球移动终端数量将超过100亿 其中我国将超过20亿 预计到2020年全球物联网设备连接数为500亿 其中我国将超过100亿 5 6 7 8 调制技术 256QAM 256阶正交振幅调制 相对4G的64QAM承载6bit 采用256QAM可承载8bit 同样的时频资源块上能容纳更多数据 提升了空口吞吐量 256QAM 64QAM 8载波以上载波聚合 4T4RMIMO 8T8R以上MIMO MassiveMIMO 物联网技术 LTE MLTE
3、 M是为满足运营商开拓物联网需要提出新的一种蜂窝网络技术 采用窄带技术 带宽从4G的180kHz降低到下行15kHz 上行5kHz 相对4G覆盖提升200倍 功率谱密度提升36倍 最大64个TTIBundling提升5 5倍 单小区支持1 10万连接数 LTE M的RB数提高36倍 3DBF通过水平 垂直两维波束赋形提供最大32 4G只有水平维度的波束赋形 最大8流 MassiveCA 3DBF 水平方向波束 水平方向波束 垂直方向波束 多天线技术 MassiveMIMO 3DBF 8T8R以上MIMO MassiveCA 8载波以上 接入技术 SOMA 半正交频分多址 将小区中心用户和边缘用
4、户分配在同一个时频资源块上 通过功率资源 两用户功率相差较大场景 对两用户进行区分 从而提高资源利用率 获得更高吞吐量 9 未来触手可及 10 11 4G 4 5G 5G 人与人互联 物联网 万物互联 高清视频 简单物联网 车联网 4k超高清视频 物联网 车联网 全息视频 虚拟现实 自动驾驶 物联网 车联网 智能家居 穿戴式设备 4 5G定义 4 5G标准R12将于今年底冻结 4 5G是4G演进 可提供XGbps大容量 10ms低时延和 300亿连接数基于SOMA 256QAM MassiveMIMO等关键技术提供xGbps高容量 基于CloudEPC及ShorterTTI特性缩短时延到10m
5、s 通过LTE M提供小带宽满足物联网300亿 接入用户数 5G定义 标准处于研究阶段 5G通过系列关键新技术可提供10Gbps超大容量 端到端1ms超低时延 1000亿海量连接革命性技术 全双工技术 MassiveMIMO多天线 128 128 高阶频段 30G 100GHz 提供高达10Gbps容量 采用0 1msTTI将时延降低到1ms 可变带宽子载波支持连接数1000亿以上 应对未来10年ICT行业巨大变化 实现万物互联 应用场景 定义 5G不仅仅是一次技术升级 它将为我们搭建一个广阔的技术平台 催生无数新应用 新产业 5G将成为全联接世界和未来信息社会的重要基础设施和关键使能者 4
6、5G是4G的全方位平滑演进 可以在现有4G上通过软件升级或增加一定硬件来实现 4 5G定位于未来五年出现的新终端 新业务 新体验 是5G的先行者 12 4 5G商用 5G商用 4 5G 5G的设计目标 提供更高容量 更多连接 更短时延 当前4 5G标准R12将于今年底冻结 R13标准正在制定 5G标准正处于研究阶段 13 14 5G移动宽带系统将成为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统 5G不再仅仅是更高速率 更大带宽 更强能力的空中接口技术 而是面向业务应用和用户体验的智能网络 它是一个多业务多技术融合的网络 通过技术的演进和创新 满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发
7、展需要 提升用户体验 15 16 17 课程总结 18 1 移动通信演进规律4G 4 5G 5GR12对应4 5G R15对应5G有 好 强 爽 悦2 移动通信标准主要技术特征4 5G 3DMIMO massiveMIMO 半正交多址 256调制技术 物联网LTE M5G massiveMIMO 非正交多址 全双工 灵活双工 增强多载波等 5G移动通信系统与技术 1 5G系统标准发展概述 2 5G系统核心能力指标 3 5G系统关键无线技术 4 5G系统新型网络架构 5 5G系统重要网络技术 6 5G系统特色业务应用 课程介绍 20 1 5G八大关键能力指标2 5G频率挑战 技术挑战 效率挑战和
8、运营挑战 ITU定义的三大应用场景 21 中国5G之花 5G技术发展的愿景 信息随心至 万物触手及 22 5G的频率挑战 23 5G的技术挑战 24 25 25 26 5G系统相比4G系统在频谱效率 能源效率和成本效率方面需要得到显著提升 频谱效率需提高5 15倍能源效率有百倍以上提升成本效率有百倍以上提升 26 跨层优化 资源调度高效利用有限资源跨层资源联合调度 跨网优化 协作通信减少竞争 增加合作跨网资源联合优化配置 CHORUS Collaborative HarmonizedOpenRadioUbiquitousSystem 提升用户体验 降低能量消耗 CHORUS 27 课程总结 2
9、8 1 5G八大关键能力流量密度 连接数密度 时延 移动性 频谱效率 能效 用户体验速率 峰值速率2 5G三大关键应用场景海量机器通信 增强的移动宽带 超高可靠和低时延通信3 5G挑战频率挑战技术挑战运营挑战效率挑战 1 5G系统标准发展概述 2 5G系统核心能力指标 3 5G系统关键无线技术 4 5G系统新型网络架构 5 5G系统重要网络技术 6 5G系统特色业务应用 课程介绍 30 1 5G面临的挑战和应对思路2 5G主要关键技术大规模天线技术非正交多址接入技术 31 32 33 34 35 36 技术原理当基站侧天线数远大于用户天线数时 基站到各个用户的信道将趋于正交 用户间干扰将趋于消
10、失 而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比 从而能够在相同的时频资源共同调度更多用户 功能和优势若基站配置400根天线 在20MHz带宽的同频复用TDD系统中 每小区用MU MIMO方式服务42个用户时 即使小区间无协作 且接收 发送只采用简单的MRC MRT时 每个小区的平均容量也可高达1800Mbps 应用场景城区宏覆盖 高层建筑 室内外热点 郊区 无线回传链路 技术方案面向异构和密集组网的massiveMIMO网络构架与组网方案MassiveMIMO物理层关键技术大规模有源阵列天线技术大规模天线与高频段的结合 37 38 39 技术原理PDMA图样分割多址接入 PatternD
11、ivisionMultipleAcess 是一种基于多用户通信系统整体优化的新型非正交多址接入技术 通过发送端和接收端的联合设计 在发送端采用功率 空间 编码等多种信号域的单独或者联合非正交特征图样区分用户 在接收端采用SIC方式实现准最优多用户检测 主要功能和优势对于大容量持续业务信道 使系统整体频谱效率提升1 2倍 对于大容量随机突发业务 缩短数据包传输时延并提升用户接入体验 技术方案发射端图样设计导频设计与MIMO结合低复杂度检测算法 应用场景宏蜂窝及宏微蜂窝异构网络分布式多天线或密集小区低时延高可靠等极端场景 40 41 F OFDM波形技术 根据业务灵活配置 SCMA稀疏码本多址 多
12、维调制 扩频 PDMA图样多址 功率域 空间域 码域 MUSA多用户多址 非线性SIC接收机 42 课程总结 43 1 5G面对挑战解决思路新体制 新技术 新思路2 5G主要关键技术大规模天线技术非正交多址接入技术 PDMA NOMA MUSA SCMA F OFDM 课程介绍 44 1 5G主要关键技术双工技术超密集组网物联网设计高频信号传输技术灵活频谱共享技术新型传输波形技术先进编码调制技术 45 灵活双工技术 基本原理随着在线视频业务的增加 以及社交网络的推广 未来移动流量呈现出多变特性 上下行业务需求随时间 地点而变化等 目前通信系统采用相对固定的频谱资源分配将无法满足不同小区变化的业
13、务需求 灵活双工能够根据上下行业务变化情况动态分配上下行资源 有效提高系统资源利用率 应用场景低功率节点的小基站低功率的中继节点 46 全双工通信技术 在现有基础上 理论上信道容量提升1倍 多天线对消方案 时分双工上下行链路同频 分时频分双工上下行链路分频 同时全双工上下行链路同频 同时目前国外已建立试验平台 国内开展研究较少 47 技术原理增加单位面积内小基站的密度 通过在异构网络中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 提高系统容量 功能和优势满足热点地区500 1000倍的流量增长的需求 几十Tbps k 1百万连接 k 1Gbps用户体验速率 应用场景密集街区 密集
14、住宅 办公室 公寓 大型集会 体育场 购物中心 地铁 技术方案5G高密度小区的网络架构干扰管理移动性管理连接管理多层 多RAT融合组网节能SON 48 49 50 技术原理满足移动互联网和物联网的应用场景的扩大所带来的对时延和可靠性的特殊要求 主要功能和优势端到端ms级用户面时延真正永远在线体验 10ms控制面时延可靠性高达99 999 以上应用场景实时云计算 增强现实 在线游戏 远程医疗等智能交通 智能电网 实时远程控制等紧急通信 技术方案新的网络架构新的空口设计高层信令过程设计接入过程和方法设计 智能交通 工业控制 紧急通信 短帧 灵活本地网络架构 流程优化 51 端到端通信D2D 优势
15、1 终端近距离通信 高速率低时延低功耗 2 短距离通信可频谱资源复用 3 无线P2P功能 4 拓展网络覆盖范围时频资源 1 正交 基站控制 容量受限 2 复用 高效利用 引入干扰 协调 1 网络完全控制 控制干扰 会产生大量信令开销 无法体现D2D通信的灵活性 2 网络辅助自主 自主D2D节省资源缩短时延 网络辅助进行无线资源管理 52 53 频谱拓展技术 54 认知无线电 提高已分配频谱的利用效率 55 0 3GHz 6GHz 60GHz 2G 3G 4Gre farming WRC 15AI1 2candidatebandsbelow6GHz Potentialbandsabove6GHz
16、for2020 s 6GHz 频谱分配原则优先保障移动通信的频谱资源技术上可以实现连续500MHz带宽可用能与其他系统共存 56 技术原理新的频谱使用方法 让多个系统共享使用特定频谱 改变了以往固定频谱分配的方式 主要功能和优势可有效拓展IMT可用频谱约1倍 应用场景机会式使用授权共享非授权共享技术方案网络架构 基于数据库共享 SON无线环境检测 动态频率分配 RRM 干扰管理和QoS保证经济和商业模式 无线电规则等 57 传统静态频谱分配策略行政指派或拍卖方式 静态使用 面临的挑战挑战1 频谱利用存在不均衡问题挑战2 存在时 频 空多维频谱空洞挑战3 频谱利用效率较低 现有频谱分配殆尽 58 动态频谱分配策略 打破传统静态频谱分配方法的局限 结合时 频 空多维频谱的动态分配 促进频谱资源利用能够智能化 以使其使用更高效灵活 从而提高频谱利用效率 频谱紧缺与频谱浪费是一对矛盾 如何提升频谱利用效率 解决方法动态频谱 59 OFDM传输波形技术OFDM是当前Wi Fi和LTE标准中的高速无线通信的主要传信模式 OFDM是未来5G的关键传输波形技术 其性能仍有提升空间 60 新型传输波形技
