5G時代的無線需求及技術發(fā)展探討

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,*,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,北京郵電大學,科委,4G,項目（,D08080100620802,）,Click to add title,Click to change format,Level 1,Level 2,Level 3,*,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,4.,擬研究內(nèi)容及目標,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,5G時代的無線需求及技術進展探討張平,2,移動通信系統(tǒng)進展中的顛覆性技術,移動通信系統(tǒng)每一次更新?lián)Q代都有,顛覆性技術引領,1G,2G,3G,4G,5G,大區(qū)制到蜂窩，,FDMA,接入,模擬到數(shù)字，,TDMA,接入,單一話音到多媒體，,CDMA,接入,OFDM-MIMO,，空域資源利用,？：頻譜，接入，組網(wǎng),容量,話音業(yè)務和容量,多媒體業(yè)務和容量,高速高質(zhì)多媒體業(yè)務和容量,容量，能耗，業(yè)務,移動通信系統(tǒng)每一次更新?lián)Q代都,解決了當時的最主要需求,3,1G：模擬蜂窩+FDMA,Power,Frequency,Time,FDMA,高功率200250w的放射天線,幾百甚至上千平方公里的范圍的掩蓋,每個大區(qū)的可用信道數(shù)很少,蜂窩系統(tǒng)是一種革命性的變革,提高了頻譜利用率和系統(tǒng)的效勞質(zhì)量,FDMA：每個用戶占用一個頻率,特點：,以頻率復用為根底，以頻帶劃分小區(qū),頻率受限，需要嚴格的頻率規(guī)劃,以頻道區(qū)分用戶地址,大區(qū)制,蜂窩,最主要需求：系統(tǒng)容量,4,2G：數(shù)字技術+TDMA,Frequency,Power,Time,FDMA/TDMA,數(shù)字化技術，如數(shù)字語音編碼技術，是2G移動通信的主要突破,意義：,提高通話質(zhì)量數(shù)字化信道編碼糾錯,提高頻譜利用率低碼率編碼,提高系統(tǒng)容量低碼率，語音激活技術,TDMA:每個用戶占用一個時隙，提高系統(tǒng)容量,特點：,以頻率復用為根底，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶,每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置,最主要需求：高質(zhì)量話音，系統(tǒng)容量,5,3G：Turbo碼+CDMA,Turbo碼,90年月以前，主流的前向糾錯技術是線性分組碼和卷積碼，其性能與Shannon在1948年提出的理論可達限之間存在較大距離。

1993年，C.Berrou等人提出了Turbo碼，徹底顛覆了全部人們認為成功的糾錯碼所要具備的因素在簡單度可控的譯碼器的幫助下,到達了近Shannon限的性能Turbo碼在3G的應用，使得3G能夠支持多媒體業(yè)務，打破了2G只支持話音和短消息業(yè)務的局限Frequency,CDMA,Power,Time,CDMA,：每個用戶使用一個碼型，頻率,/,時間共享,特點,每個碼傳輸一路數(shù)字信號,每個用戶共享時間和頻率,軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大,最主要需求：多媒體業(yè)務，系統(tǒng)容量,6,4G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA,最主要需求：高質(zhì)量多媒體業(yè)務，更大系統(tǒng)容量,6,MIMO：多根放射天線與多根接收天線,打破利用時、頻、碼三維資源傳輸數(shù)據(jù)的局限，有效開發(fā)了新的空域資源基于MIMO的SDMA進一步提高頻譜效率OFDM：多個低速數(shù)據(jù)流同時調(diào)制在相互正交的子載波上傳送，適用于無線寬帶信道下的高速傳輸與,CDMA,相比，,OFDM,傳送數(shù)據(jù)的速度更快,，并且能夠更好地對抗無線傳輸環(huán)境中的多徑效應7,容量需求和頻譜短缺沖突突出,容量需求：依據(jù)猜測，隨著智能終端普及和數(shù)據(jù)業(yè)務增長，移動通信業(yè)務量將來每年會以近一倍的速度增長，將來10年數(shù)據(jù)業(yè)務將增長1000倍。

頻譜短缺：FCC猜測，2023年移動數(shù)據(jù)業(yè)務的增長將導致巨大的頻譜赤字，達300MHzSource:FCC 2010,頻譜短缺和容量需求的沖突需要技術和策略的突破,8,5G：顛覆性技術在哪里？,需要技術和策略突破,5G,：解決三個主要問題？,容量不足,能耗高,提升用戶體驗,頻譜利用,無線接入,無線傳輸,無線組網(wǎng),業(yè)務與終端,產(chǎn)生顛覆性技術的五個方向,9,問題1：容量缺乏,移動通信的進展史說明，容量缺乏始終是無線通信系統(tǒng)進展中的主要問題,5G面臨更大容量需求和頻譜赤字：,依據(jù)猜測，至2023年無線網(wǎng)絡容量增長達1000倍,如何滿足1000倍的容量增長需求？,1更多頻譜3 或10 ,4 ,2更高頻譜效率6(或 10,12),無線接入,無線傳輸,3更多基站更小小區(qū)50(或10,10),解決思路,更多頻譜,10,新頻段技術,更高頻譜效率,10,無線傳輸和接入,更多基站,（更小小區(qū)）,10,無線網(wǎng)絡架構(gòu)革新,新技術,新頻譜,新體制,蜂窩,WLAN,廣播,衛(wèi)星,新頻段,優(yōu)良頻率資源匱缺,網(wǎng)絡獨立，建設成本巨大,通信效率提升遭遇,“,收益遞減法則,”,再過,10,年怎么辦！？,需要技術和體制的革新,解決思路,更多頻譜,10,新頻段技術,異構(gòu)協(xié)同,10,無線網(wǎng)絡架構(gòu)革新,蜂窩,WLAN,廣播,衛(wèi)星,新頻段,互聯(lián)網(wǎng),異構(gòu)協(xié)同：建立,高效、開放、可擴展、可信、智能,的無線網(wǎng)絡體制,需要技術和體制的革新,高效協(xié)作,用戶,新技術,新頻譜,新體制,更高頻譜效率,10,無線傳輸和接入,總體規(guī)劃,新技術,新頻譜,新體制,新頻段通信技術,新型無線通信網(wǎng)絡架構(gòu),高效無線通信技術,更多頻譜,300MHz,新頻段技術,異構(gòu)協(xié)同,60,無線網(wǎng)絡架構(gòu)革新,更高頻譜效率,6,無線傳輸和接入,13,提高容量1更多頻譜,新頻譜開發(fā)：主要是較高頻段，適合更小小區(qū),615GHz,空間隔離性好,60GHz,毫米波,有較高的頻寬，但穿透性較差,白頻譜,可見光通信,頻譜共享,智能頻譜利用,重點建議：智能頻譜利用,根底：新頻譜電波特性的測量與建模,14,傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜安排策略與挑戰(zhàn),傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜安排策略,行政指派或拍賣方式，靜態(tài)使用。

面臨的挑戰(zhàn),挑戰(zhàn)1：頻譜利用存在不均衡問題,挑戰(zhàn)2：存在時-頻-空多維頻譜空洞,挑戰(zhàn)3：頻譜利用效率較低,現(xiàn)有頻譜安排殆盡,北郵頻譜測量結(jié)果顯示北京頻譜利用存在,空洞,英國播送電視頻段頻譜利用存在不均衡問題,美國芝加哥地區(qū),30MHz-3GHz,頻譜利用率較低,，僅為,5.2%,15,動態(tài)頻譜安排策略,？,打破傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜安排方法的局限，結(jié)合時-頻-空多維頻譜的動態(tài)安排，促進頻譜資源利用能夠智能化，以使其使用更高效敏捷，從而提高頻譜利用效率頻譜,緊缺,頻譜,浪費,頻譜緊缺與頻譜鋪張是一對沖突，如何提升頻譜利用效率？,頻譜利用,不均衡,，存在頻譜,空洞,，頻譜,利用效率低,解決方法,動態(tài)頻譜,16,頻譜安排從靜態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)方式將面臨多方面挑戰(zhàn),動態(tài)頻譜安排策略面臨的挑戰(zhàn),政策監(jiān)管部門,電信運營商,設備制造商,頻譜安排政策由固定安排與行政指派向動態(tài)頻譜安排政策轉(zhuǎn)變，將面臨政策和法規(guī)制定的挑戰(zhàn),頻譜治理將更加智能與敏捷，設備認證治理及非法設備核查力量提升的挑戰(zhàn),如何智能、高效協(xié)調(diào)授權(quán)的靜態(tài)頻譜和動態(tài)安排的頻譜使用,如何對具備動態(tài)頻譜功能的終端設備進展網(wǎng)絡接入過程的有效治理和掌握,如何升級現(xiàn)有核心網(wǎng)、接入網(wǎng)設備以支持認知等新功能,如何對終端和基站的射頻模塊進展工作頻段的擴展、如何設計高性能的濾波器,17,提高容量2更高頻譜效率：多址接入,多址技術是移動通信系統(tǒng)升級換代的核心之一,1G：頻分多址FDMA,2G：時分多址TDMA,3G：碼分多址CDMA,4G：空分多址OFDMA+SDMA,4G以OFDM-MIMO為核心的OFDMA和SDMA具有很強的生命力,新型無線接入的嘗試：非正交？,趨勢：單一資源到多維資源聯(lián)合使用,提高資源利用率,頻率,時間,功率,FDMA,頻率,時間,功率,TDMA,CDMA,時間,頻率,功率,1G,2G,3G,4G,大規(guī)模MIMO,信道建模與分析,信道信息獵取相應導頻設計,協(xié)調(diào)多用戶聯(lián)合資源調(diào)配,能耗問題,天線配置、基站選址,導頻污染,高效傳輸方法如預編碼方案,3D MIMO,電磁波的傳輸平面增加俯仰角，,進一步擴展空間自由度,無線網(wǎng)絡的干擾治理和容量爭論,構(gòu)。