下一代移动通信完成

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,LOGO,下一代移动通信（4G）,第六小组,下一代移动通信（4G）的基本概念和要求,4G的相关技术标准,移动通信未来的发展方向,随着对带宽的需求的增加，通信技术的发展一度出现,2.5G,和,2.75G,的中间过渡代。当,3G,移动业务刚刚迈出脚步，就出现了支持语音、数据和视频三种格式的传输技术高速下行链路分组接入技术。与此同时，真正意义上的宽带数据速率标准,4G,概念也开始出现，它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统、互操作的广播网络和卫星系统等，将是多功能集成的宽带移动通信系统，可以提供的数据传输速率高达,100 Mbit/s,甚至更高，也是宽带接入,IP,系统。,简单而言，,4G,是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路。这种新网络可使电话用户以无线形式实现全方位虚拟连接。,4G,最突出的特点之一，就是网路传输速率达到了前所未有的,100Mbit/s,，完全能够满足用户的上网需求。,4G,系统总的技术目标和特点可以概括为：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。,以下从不同的角度讨论,4G,系统的要求。,4G,的基本概念和要求,从网络角度,统一的移动性和安全性管理，要求考虑不同网络对等实体的交互。主要解决的问题是漫游时会话的不间断性和服务的流动性，目前已经出现一些解决方案来完成此项功能，如移动,IP,技术和会话初始协议,(SIP),。,端到端的,QoS,协商支持，涉及到网络层及以上的互联网协议体系。,3GPP,起草了,UMTS,网络的综合,QoS,架构，现在正致力于通用的,QoS,架构的研究。,采用中介服务器进行用户认证、授权和计费。随着,IP,网络的发展，运营商需要必需为上千并发用户经由不同技术同时接入网络提供,AAA,服务，还必须能安全地支持跨网,AAA,服务，且应具有良好的扩展性，这就要求扩展现有,AAA,协议的功能。鉴此，,IETF,正着手开发下一代,AAA,协议，即,Diameter,协议。,Diameter,是一个轻型的对等式的,AAA,协议，采用了改进的重发机制，提高网络可靠性，同时还提供一种新的端到端的安全机制。,下图,示为,Diameter,新引入的中介服务器向漫游用户提供,AAA,服务。采用中介服务器可以减少访问网络代理服务器的配置工作量，网络扩展时只需要更新中介服务器的配置，有利于提高协议的可扩展性。,4G,的基本概念和要求,4G,的基本概念和要求,从终端角度,支持多种通信模式，具有适应能力和重配置能力。终端可以通过自身的重配置来改变接入方式，开放式的软件无线电架构和标准化环境为此提供可能。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。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。,ABC,连接。,ABC(Always Best Connected),使终端在不同无线接入网中实现无缝切换，通过给每个用户提供最合适的服务来达到整个网络的最优性能和资源利用率。实现,ABC,业务的关键技术在于接入网络的选择，影响接入网选择的,QoS,因子有：可达性、吞吐量、时间集、可靠性、安全性和成本。我们用,X,代表越小越好的因子集，如功率，误码率等，用,Y,代表越大越好的因子集，如安全性，可靠性，吞吐量等。,Sb,代表大于门限值,Ts,才符合要求的元素集合，如带宽、覆盖面积，,Ss,代表小于门限值,Tb,才符合要求的元素集合，如抖动、时延。这样网络选择就可归结为基于约束的优化问题：,4G,的基本概念和要求,-W1,，,W2,是权重，用户可以通过改变形,W1,，,W2,和,Ts,，,Tb,的值来选择满足自己要求的接入网，从而实现个性化服务。,-接入网的发现和选择。在,GSM,网中，基站通过周期性地广播信号到终端进行业务处理，但在,4G,异构网络中，如图,2,所示，由于不同的接入协议和无线技术，需要用到比较复杂的技术，这里提供两种参考方案：一种是使用软件无线电技术扫描可用网络,;,另一种是使用无线广播信道广播终端用户所能到达的接入网。,4G,的基本概念和要求,从用户角度,用户信息管理。在,ABC,服务中，需要考虑用户的参数选择来决定网络的选择。通过广播自己的配置参数，用户可以接入相同的无线广播信道并发现可达接入网。,单识别机制。每个用户分配一个独立于终端和接入网的唯一标识码和动态的移动,IP,地址，并且运用动态的移动,IP,地址管理架构方便内部用户交互式地实时通信管理。,4G,的基本概念和要求,从业务角度,在有限的接入网和终端资源条件下，业务相对于接入网和终端的适应性以及复杂环境中的业务部署和实施，需要充分利用终端和基础网络的可配置性，才可以使资源利用率达到最优。,可以使用相同的无线广播信道，完成接入网的业务广播和检测功能。这样做有利于业务的快速建立，保证业务连续性和,ABS(Always Best Service),。根据前面提到的,ABC,技术，网络总是能给用户提供一个在相对区域范围内的最好服务。,4G,的基本概念和要求,4G的IP,网络架构,在,4G,中网络的设计架构将会简化。对于基于,IP,网络的宽带无线接入，可以有两种设计架构：,一种是全,IP,网络架构。在这种网络设计模型中，基站不仅可以具有信号的物理传输功能，还可以对无线资源进行管理，扮演接入路由器的功能，缺点是会引入较大的开销，尤其是在移动终端进行切换时对移动,IP,地址进行的配置的过程。,4G,的基本概念和要求,另一种是基,于,于子网的,IP,架构，如图,4,所示，其中,几,几个相邻基,站,站组成子网,接,接入基于,IP,接入网的路,由,由器。这时,，,，基站和接,入,入路由器分,别,别负责管理,第,第二层和第,三,三层的协议,，,，当用户在,相,相邻基站间,发,发生切换时,，,，只涉及到,第,第二层的切,换,换协议，不,需,需要改变第,三,三层的移动,IP,的地址。表,1,是两种网络,的,的比较。,4G,的基本概念,和,和要求,4G,的基本概念,和,和要求,两种构架的,比,比较,下一代移动,通,通信（,4G,）中,的关键技,术,术,OFDM,技,技术,智能,天,天线,软件,无,无线,电,电,MIMO,技,技术,基于IP,的,的核,心,心网,正交,频,频分,复,复用,（,（OFDM）,技,技术,OFDM,的,的特,点,点,为了,提,提高,频,频率,利,利用,率,率和,增,增大,传,传输,速,速率,，,，各,路,路子,载,载波,的,的已,调,调信,号,号频,谱,谱有,部,部分,重,重叠,；,；,各路,已,已调,信,信号,是,是严,格,格正,交,交的,，,，以,便,便接,收,收端,能,能完,全,全地,分,分离,各,各路,信,信号,；,；,每路,子,子载,波,波的,调,调制,是,是多,进,进制,调,调制,；,；,每路,子,子载,波,波的,调,调制,制,制度,可,可以,不,不同,，,，根,据,据各,个,个子,载,载波,处,处信,道,道特,性,性的,优,优劣,不,不同,采,采用,不,不同,的,的体,制,制。,并且,可,可以,自,自适,应,应地,改,改变,调,调制,体,体制,以,以适,应,应信,道,道特,性,性的,变,变化,。,。,对,对信,道,道产,生,生的,频,频率,偏,偏移,和,和相,位,位噪,声,声很,敏,敏感,；,；,信号,峰,峰值,功,功率,和,和平,均,均功,率,率的,比,比值,较,较大,，,，这,将,将会,降,降低,射,射频,功,功率,放,放大,器,器的,效,效率,。,。,正交,频,频分,复,复用,（,（OFDM）,技,技术,正交,频,频分,复,复用(OFDM),的,的,基,基本,原,原理,OFDM,的,的基,本,本原,理,理是,将,将高,速,速的,数,数据,流,流分,解,解为,多,多路,并,并行,的,的低,速,速数,据,据流,，,，在,多,多个,载,载波,上,上同,时,时进,行,行传,输,输。,对,对于,低,低速,并,并行,的,的子,载,载波,而,而言,，,，由,于,于符,号,号周,期,期展,宽,宽，,多,多径,效,效应,造,造成,的,的时,延,延扩,展,展相,对,对变,小,小。,当,当每,个,个OFDM符,号,号中,插,插入,定,定的,保,保护,时,时间,后,后，,码,码间,干,干扰,几,几乎,就,就可,以,以忽,略,略。,表示,式,式,设在,一,一个OFDM,系,系统,中,中有,N,个子,信,信道,，,，每,个,个子,信,信道,采,采用,的,的子,载,载波,为,为,式中,，,，,B,k,第,第,k,路子,载,载波,的,的振,幅,幅，,它,它受,基,基带,码,码元,的,的调,制,制,f,k,第,第,k,路子,载,载波,的,的频,率,率,k,第,第,k,路子,载,载波,的,的初,始,始相,位,位,正交,频,频分,复,复用,（,（OFDM）,技,技术,则在,此,此系,统,统中,的,的,N,路子,信,信号,之,之和,可,可以,表,表示,为,为,上式,可,可以,改,改写,成,成,式中,，,，,B,k,是一,个,个复,数,数，,为,为第,k,路子,信,信道,中,中的,复,复输,入,入数,据,据。,因,因此,，,，上,式,式右,端,端是,一,一个,复,复函,数,数。,但,但是,，,，物,理,理信,号,号,s,(,t,)是,实,实函,数,数。,所,所以,若,若希,望,望用,上,上式,的,的形,式,式表,示,示一,个,个实,函,函数,，,，式,中,中的,输,输入,复,复数,据,据,B,k,应该,使,使上,式,式右,端,端的,虚,虚部,等,等于,零,零。,OFDM,信,信号,的,的产,生,生,码元,分,分组,：,：先,将,将输,入,入码,元,元序,列,列分,成,成帧,，,，每,帧,帧中,有,有,F,个码,元,元，,即,即有,F,比特,。,。然,后,后将,此,此,F,比特,分,分成,N,组，,每,每组,中,中的,比,比特,数,数可,以,以不,同,同，,如,如下,图,图所,示,示。,图8-165 码元的分组,t,t,t,B,0,B,1,B,2,B,3,B,N,-1,F,比特,F,比特,F,比特,帧,t,B,0,B,1,B,N,b,0,比特,b,1,比特,b,3,比特,b,2,T,f,T,s,正交,频,频分,复,复用,（,（OFDM）,技,技术,OFDM,调,调制,原,原理,方,方框,图,图,分帧,分组,串/并,变换,编码,映射,.,.,.,.,.,.,IDFT,.,.,.,并/串,变换,D/A,变换,上,变,频,OFDM,信号,二进制,输入信号,正交,频,频分,复,复用,（,（OFDM）,技,技术,正交,频,频分,复,复用,（,（OFDM）,技,技术,OFDM,收,收,发,发信,机,机结,构,构,智能,天,天线,智能,天线,的,的基,本,本概,念,念:,智能,天,天线,利,利用,数,数字,信,信号,处,处理(DSP)技,术,术，,在,在空,间,间产,生,生指,向,向性,波,波束,，,，使,阵,阵列,主,主瓣,对,对准,用,用户,信,信号,到,到达,方,方向,，,，旁,瓣,瓣或,零,零陷,对,对准,干,干扰,信,信号,到,到达,方,方向,，,，从,而,而可,以,以高,效,效地,利,利用,移,移动,用,用户,信,信号,的,的空,域,域信,息,息最,大,大化,接,接收,期,期望,信,信号,并,并删,除,除或,抑,抑制,干,干扰,信,信号,的,的目,的,的。,智能