5G时代的无线需求及技术发展探讨

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,*,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京邮电大学,科委,4G,项目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,4.,拟研究内容及目标,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,5G时代的无线需求及技术进展探讨张平,2,移动通信系统进展中的颠覆性技术,移动通信系统每一次更新换代都有,颠覆性技术引领,1G,2G,3G,4G,5G,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，能耗，业务,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,3,1G：模拟蜂窝+FDMA,Power,Frequency,Time,FDMA,高功率200250w的放射天线,几百甚至上千平方公里的范围的掩盖,每个大区的可用信道数很少,蜂窝系统是一种革命性的变革,提高了频谱利用率和系统的效劳质量,FDMA：每个用户占用一个频率,特点：,以频率复用为根底，以频带划分小区,频率受限，需要严格的频率规划,以频道区分用户地址,大区制,蜂窝,最主要需求：系统容量,4,2G：数字技术+TDMA,Frequency,Power,Time,FDMA/TDMA,数字化技术，如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破,意义：,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,提高系统容量低码率，语音激活技术,TDMA:每个用户占用一个时隙，提高系统容量,特点：,以频率复用为根底，小区内以时隙区分用户,每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置,最主要需求：高质量话音，系统容量,5,3G：Turbo码+CDMA,Turbo码,90年月以前，主流的前向纠错技术是线性分组码和卷积码，其性能与Shannon在1948年提出的理论可达限之间存在较大距离。,1993年，C.Berrou等人提出了Turbo码，彻底颠覆了全部人们认为成功的纠错码所要具备的因素。在简单度可控的译码器的帮助下,到达了近Shannon限的性能。,Turbo码在3G的应用，使得3G能够支持多媒体业务，打破了2G只支持话音和短消息业务的局限。,Frequency,CDMA,Power,Time,CDMA,：每个用户使用一个码型，频率,/,时间共享,特点,每个码传输一路数字信号,每个用户共享时间和频率,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,6,4G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA,最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量,6,MIMO：多根放射天线与多根接收天线,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。,基于MIMO的SDMA进一步提高频谱效率。,OFDM：多个低速数据流同时调制在相互正交的子载波上传送，适用于无线宽带信道下的高速传输。,与,CDMA,相比，,OFDM,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。,7,容量需求和频谱短缺冲突突出,容量需求：依据猜测，随着智能终端普及和数据业务增长，移动通信业务量将来每年会以近一倍的速度增长，将来10年数据业务将增长1000倍。,频谱短缺：FCC猜测，2023年移动数据业务的增长将导致巨大的频谱赤字，达300MHz。,Source:FCC 2010,频谱短缺和容量需求的冲突需要技术和策略的突破,8,5G：颠覆性技术在哪里？,需要技术和策略突破,5G,：解决三个主要问题？,容量不足,能耗高,提升用户体验,频谱利用,无线接入,无线传输,无线组网,业务与终端,产生颠覆性技术的五个方向,9,问题1：容量缺乏,移动通信的进展史说明，容量缺乏始终是无线通信系统进展中的主要问题,5G面临更大容量需求和频谱赤字：,依据猜测，至2023年无线网络容量增长达1000倍,如何满足1000倍的容量增长需求？,1更多频谱3 或10 ,4 ,2更高频谱效率6(或 10,12),无线接入,无线传输,3更多基站更小小区50(或10,10),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,优良频率资源匮缺,网络独立，建设成本巨大,通信效率提升遭遇,“,收益递减法则,”,再过,10,年怎么办！？,需要技术和体制的革新,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,需要技术和体制的革新,高效协作,用户,新技术,新频谱,新体制,更高频谱效率,10,无线传输和接入,总体规划,新技术,新频谱,新体制,新频段通信技术,新型无线通信网络架构,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,13,提高容量1更多频谱,新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区,615GHz,空间隔离性好,60GHz,毫米波,有较高的频宽，但穿透性较差,白频谱,可见光通信,频谱共享,智能频谱利用,重点建议：智能频谱利用,根底：新频谱电波特性的测量与建模,14,传统静态频谱安排策略与挑战,传统静态频谱安排策略,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,现有频谱安排殆尽,北邮频谱测量结果显示北京频谱利用存在,空洞,英国播送电视频段频谱利用存在不均衡问题,美国芝加哥地区,30MHz-3GHz,频谱利用率较低,，仅为,5.2%,15,动态频谱安排策略,？,打破传统静态频谱安排方法的局限，结合时-频-空多维频谱的动态安排，促进频谱资源利用能够智能化，以使其使用更高效敏捷，从而提高频谱利用效率。,频谱,紧缺,频谱,浪费,频谱紧缺与频谱铺张是一对冲突，如何提升频谱利用效率？,频谱利用,不均衡,，存在频谱,空洞,，频谱,利用效率低,解决方法,动态频谱,16,频谱安排从静态转变为动态方式将面临多方面挑战,动态频谱安排策略面临的挑战,政策监管部门,电信运营商,设备制造商,频谱安排政策由固定安排与行政指派向动态频谱安排政策转变，将面临政策和法规制定的挑战,频谱治理将更加智能与敏捷，设备认证治理及非法设备核查力量提升的挑战,如何智能、高效协调授权的静态频谱和动态安排的频谱使用,如何对具备动态频谱功能的终端设备进展网络接入过程的有效治理和掌握,如何升级现有核心网、接入网设备以支持认知等新功能,如何对终端和基站的射频模块进展工作频段的扩展、如何设计高性能的滤波器,17,提高容量2更高频谱效率：多址接入,多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一,1G：频分多址FDMA,2G：时分多址TDMA,3G：码分多址CDMA,4G：空分多址OFDMA+SDMA,4G以OFDM-MIMO为核心的OFDMA和SDMA具有很强的生命力,新型无线接入的尝试：非正交？,趋势：单一资源到多维资源联合使用,提高资源利用率,频率,时间,功率,FDMA,频率,时间,功率,TDMA,CDMA,时间,频率,功率,1G,2G,3G,4G,大规模MIMO,信道建模与分析,信道信息猎取相应导频设计,协调多用户联合资源调配,能耗问题,天线配置、基站选址,导频污染,高效传输方法如预编码方案,3D MIMO,电磁波的传输平面增加俯仰角，,进一步扩展空间自由度,无线网络的干扰治理和容量争论,构