第4講遠程通信技術分解.ppt

1 物聯(lián)網(wǎng)技術概論 電子信息系 2 遠程通信概述多路復用技術CDMA通信系統(tǒng)3G無線通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 3 遠程網(wǎng)絡技術 物聯(lián)網(wǎng)由各種無線和有線網(wǎng)絡組成 如下圖所示 其中遠程網(wǎng)絡 長距離網(wǎng)絡 主要包括GPRS 3G等長距離無線通訊網(wǎng)絡及互聯(lián)網(wǎng)等有線網(wǎng)絡 是物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡和接入網(wǎng)絡的重要組成部分 3 4 遠程網(wǎng)絡技術 通過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng) 廣電網(wǎng)絡 移動通信網(wǎng)絡或者未來NGN網(wǎng)絡 下一代網(wǎng)絡 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算 在傳輸網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)影響主要是帶動現(xiàn)有網(wǎng)絡升級以及下一代網(wǎng)絡開發(fā) 物聯(lián)網(wǎng)傳感層 獲得的信息 將通過接入網(wǎng)絡層 如接入互聯(lián)網(wǎng)或3G網(wǎng)絡等遠程網(wǎng)絡 進行信息傳輸 下圖是采用遠程網(wǎng)絡接入物聯(lián)網(wǎng)的一個結構示意圖 4 5 遠程通信概述 遠程通信 Telecommunication 源于希臘語 遠程 Greektele 遙遠的 和通信 communicate 共享 指在連接的系統(tǒng)間 通過使用模擬或數(shù)字信號調制技術進行的聲音 數(shù)據(jù) 傳真 圖像 音頻 視頻和其它信息的電子傳輸 數(shù)字通信相比模擬通信 抗干擾能力強 遠距離傳輸仍能保持質量 適用于各種通信業(yè)務要求 便于實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)便于采用大規(guī)模集成電路便于實現(xiàn)加密處理便于實現(xiàn)通信網(wǎng)的計算機管理數(shù)模變換AD 抽樣 量化 編碼 與模數(shù)變換DA 6 多路復用技術 復用 Multiplexing 是通信技術中的基本概念 7 頻分復用FDM FrequencyDivisionMultiplexing 用戶在分配到一定的頻帶后 在通信過程中自始至終都占用這個頻帶 頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源 頻率帶寬 8 波分復用WDM WaveDivisionMultiplexing 波分復用就是光的頻分復用 9 時分復用TDM TimeDivisionMultiplexing 時分復用則是將時間劃分為一段段等長的時分復用幀 TDM幀 每個用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙 每個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn) 其周期就是TDM幀的長度 TDM信號也稱為等時 isochronous 信號 時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度 10 頻率 時間 B C D B C D B C D B C D A在TDM幀中的位置不變 11 頻率 時間 C D C D C D A A A A C D B在TDM幀中的位置不變 12 頻率 時間 B D B D B D A A A A B D C在TDM幀中的位置不變 13 頻率 時間 B C B C B C A A A A B C D在TDM幀中的位置不變 14 時分復用可能會造成線路資源的浪費 使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據(jù)時 由于計算機數(shù)據(jù)傳送的突發(fā)性 用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的 15 第一代移動通信 模擬語音 1928年 美國普度 PurdueUniversity 大學的學生發(fā)明了超外差無線電接收機 隨后被美國底特律警察局利用并建立了世界上第一個移動通信系統(tǒng) 車載無線電系統(tǒng) 1946年 貝爾系統(tǒng)在圣路易斯建立起了第一個可用于汽車的電話系統(tǒng) 西德 法國和英國分別于1950年 1956年和1959年完成了公用移動電話系統(tǒng)的研制 現(xiàn)代移動通信 16 第一代移動通信 模擬語音 20世紀60年代 美國開始使用中小容量的改進移動電話系統(tǒng)IMTS IMTS有兩個頻率分別用于接收和發(fā)送功能 IMTS支持23個信道 頻率范圍為150 450MHz 在一個大區(qū)域中只用一個基站覆蓋的設計被成為大區(qū)制 大區(qū)制有以下特點 基站覆蓋面積大發(fā)射功率大可用頻率帶寬有限 系統(tǒng)容量小適用于專業(yè)網(wǎng) 不適合商用 17 第一代移動通信 模擬語音 1982年 為了解決大區(qū)制容量飽和的問題 美國貝爾實驗室發(fā)明了高級移動電話系統(tǒng)AMPS AMPS提出了 小區(qū)制 蜂窩單元 的概念 是第一種真正意義上的 蜂窩移動通信系統(tǒng) 同時采用頻率復用 FrequencyDivisionMultiplexing FDM 技術 解決了公用移動通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾 100千米范圍之內(nèi) IMTS每個頻率上只允許一個電話呼叫 AMPS以允許100個10千米的蜂窩單元 從而可以保證每個頻率上有10 15個電話呼叫 18 系統(tǒng)結構每一個蜂窩單元有一個基站負責接收該單元中電話的信息 基站連接到移動電話交換局 MobileTelephoneSwitchingOffice MTSO MTSO采用分層機制 一級MTSO負責與基站之間的直接通信 高級MTSO則負責低級MTSO之間的業(yè)務處理 移交 當電話在蜂窩單元之間移動的時候 基站之間會通信 從而交換控制權 避免信道分配不錯導致信號沖突 基站對于電話用戶控制權的轉換也稱為 移交 軟移交 用戶通話保持連貫 硬移交 老的基站需要停止用戶通話 蜂窩移動通信系統(tǒng) 19 蜂窩移動通信系統(tǒng) 移動蜂窩區(qū)的理想形狀是正六邊形 每個小區(qū)包含一個基站BS 每個基站包含若干套收發(fā)機 其有效覆蓋范圍決定于發(fā)射功率 天線高度等因素 一般為幾千米 20 第二代移動通信 數(shù)字語音 第二代移動通信技術 數(shù)字制式支持傳統(tǒng)語音通信 文字和多媒體短信支持一些無線應用協(xié)議900 1800MHzGSM移動通信工作在900 1800MHz頻段無線接口采用TDMA技術 核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議800MHzCDMA移動通信工作在800MHz頻段 核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用IS 41協(xié)議無線接口采用窄帶碼分多址 CDMA 技術 21 GSM系統(tǒng) GSM是一種蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng) 蜂窩單元按照半徑可以分為 宏蜂窩 覆蓋面積最廣 基站通常在較高的位置 例如山峰微蜂窩 基站高度普遍低于平均建筑高度 適用于市區(qū)內(nèi)微微蜂窩 室內(nèi) 影響范圍在幾十米以內(nèi)傘蜂窩 填補蜂窩間的信號空白區(qū)域GSM后臺網(wǎng)絡系統(tǒng)包括以下模塊系統(tǒng) 基站系統(tǒng) 包括基站和相關控制器網(wǎng)絡和交換系統(tǒng) 也稱為核心網(wǎng) 負責銜接各個部分GPRS核心網(wǎng) 可用于基于報文的互聯(lián)網(wǎng)連接 為可選部分身份識別模塊 也稱為SIM卡 主要用于保存手機用戶數(shù)據(jù) 22 CDMA系統(tǒng) CDMA在蜂窩移動通信網(wǎng)絡中的應用容量在理論上可以達到AMPS容量的20倍 CDMA可以同時區(qū)分并分離多個同時傳輸?shù)男盘?CDMA有以下特點 抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量質量之間可以權衡取舍同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復使用 23 GSM移動通信 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)路子系統(tǒng) NSS 無線基站子系統(tǒng) BSS 和移動臺 MS 三大部分組成 如圖所示 23 24 CDMA CodeDivisionMultipleAccess CDMA 系統(tǒng) 是采用CDMA技術的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 簡稱CDMA系統(tǒng) 它是在擴頻通信技術上發(fā)展起來的 由于擴頻技術具有抗干擾能力強 保密性能好的特點 20世紀80年代就在軍事通信領域獲得了廣泛的應用 為了提高頻率利用率 在擴頻的基礎上 人們又提出了碼分多址的概念 利用不同的地址碼來區(qū)分無線信道 碼分多址CDMA 25 CDMA系統(tǒng)是以擴頻調制技術和碼分多址接入技術為基礎的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 不同用戶傳輸?shù)男畔⑹强扛髯圆煌木幋a序列來區(qū)分的 信號在時間域和頻率域是重疊的 用戶信號是靠各自不同的編碼序列Ci來區(qū)分的 26 CDMA同時也是在FDMA和TDMA技術的基礎上發(fā)展起來的 與FDMA和TDMA相比 CDMA具有許多獨特的優(yōu)點 其中一部分是擴頻通信系統(tǒng)所固有的 另一部分則是由軟切換和功率控制等技術所帶來的 CDMA移動通信網(wǎng)是由擴頻 多址接入 蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等多種技術結合而成 因此它具有抗干擾性好 抗多徑衰落 保密安全性高和同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復使用等優(yōu)點 所要求的載干比 C I 小于1 容量和質量之間可做權衡取舍 27 CDMA系統(tǒng)特點 系統(tǒng)容量大 設總頻帶為1 25MHz FDMA 如AMPS 系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為7 TDMA GSM 系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為12 5 CDMA IS 95 系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為120 同時 在CDMA系統(tǒng)中 還可以通過話音激活檢測技術進一步提高容量 理論上CDMA移動網(wǎng)容量比模擬網(wǎng)大20倍 實際要比模擬網(wǎng)大10倍 比GSM要大4 5倍 保密性好 在CDMA系統(tǒng)中采用了擴頻技術 可以使通信系統(tǒng)具有抗干擾 抗多徑傳播 隱蔽 保密的能力 軟切換 CDMA系統(tǒng)中可以實現(xiàn)軟切換 所謂軟切換 是指先與新基站建立好無線鏈路之后才斷開與原基站的無線鏈路 因此 軟切換中沒有通信中斷的現(xiàn)象 從而提高了通信質量 28 軟容量 CDMA系統(tǒng)容量與載干比有關 當用戶數(shù)增加時 僅僅會使通話質量下降 而不會出現(xiàn)信道阻塞現(xiàn)象 因此 系統(tǒng)容量不是定值 而是可以變動的 因為在CDMA系統(tǒng)中 所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率 我們可以將帶寬想像成一個大房子 所有的人將進入惟一的一個大房子 如果他們使用完全不同的語言 就可以清楚地聽到同伴的聲音 而只受到一些來自別人談話的干擾 在這里 屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波 而不同的語言即被當作編碼 我們可以不斷地增加用戶 直到整個背景噪音限制住了我們 如果能控制住每個用戶的信號強度 在保持高質量通話的同時 我們就可以容納更多的用戶了 頻率規(guī)劃簡單 用戶按不同的序列碼區(qū)分 所以相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用 網(wǎng)絡規(guī)劃靈活 擴展簡單 29 遠程網(wǎng)絡發(fā)展過程 29 30 第三代移動通信 數(shù)字語音與數(shù)據(jù) 第三代移動通信 3G 可以提供所有2G的信息業(yè)務 同時保證更快的速度 以及更全面的業(yè)務內(nèi)容 如移動辦公 視頻流服務等 3G的主要特征是可提供移動寬帶多媒體業(yè)務 包括高速移動環(huán)境下支持144Kbps速率 步行和慢速移動環(huán)境下支持384Kbps速率 室內(nèi)環(huán)境則應達到2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率 同時保證高可靠服務質量 人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度 于是出現(xiàn)了一個2 5G 也有人稱后期2 5G為2 75G 的過渡階段 31 2G邁向3G的過渡產(chǎn)業(yè) HSCSDGSM網(wǎng)絡的升級版本透過多重時分并行傳輸 速率比GSM網(wǎng)絡快5倍動態(tài)提供不同的糾錯方式GPRS 通用分組無線業(yè)務 基于傳統(tǒng)GSM的產(chǎn)物改造現(xiàn)有基站系統(tǒng) 利用GSM網(wǎng)絡中未使用的TDMA信道 速率可以達到114Kbps立即聯(lián)機EDGE俗稱2 75G 是GPRS到3G之間的過渡產(chǎn)業(yè)傳輸速率可以達到384Kbps主張利用現(xiàn)有的GSM資源 32 GPRS主要應用領域 GPRS主要的應用領域可以是 E mail電子郵件 WWW瀏覽 WAP業(yè)務 電子商務 信息查詢 遠程監(jiān)控等 Local area network Server Router ServingGPRS SupportNode SGSN GatewayGPRS SupportNode GGSN GPRS INFRASTRUCTURE HLR AuC MSC BSC BTS Packet network PSTN Packet network SS7 Network Packet network Data network Internet Packet network Inter PLMN Backbone network Border Gateway BG Gb Gr Gd Gi IP Firewall Firewall Um SMS GMSC Gr Gd Gs Gs Gp Gn Gn EIR MAP F A Gc 33 IMT 2000 第三代移動通信系統(tǒng)最早于1985年由ITUTG8 1提出 最初名為FPLMTS FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem 后在1996年更改為 IMT 2000 數(shù)字2000蘊含了三層含義 希望該系統(tǒng)能在2000年全面應用到市場 希望3G能在2000MHz的頻率上運行 希望可以3G保證2000KHz的帶寬 1999年 IMT 2000無線接口技術規(guī)范建議被通過 34 3G無線接口標準 傳統(tǒng)的窄帶TDMA技術遠遠不能滿足3G系統(tǒng)的高帶寬要求 而CDMA的編碼方式才是現(xiàn)行3G通信標準的基礎 圖中關于CDMA技術的3個標準分別是 IMT DS 對應于W CDMAIMT MC 對應于CDMA2000IMT TD 對應于TD SCDMA和UTRA TDD 35 3G移動通信系統(tǒng) 第一代移動通信系統(tǒng) 采用FDMA方式的模擬移動蜂窩系統(tǒng) 由于其系統(tǒng)容量小 不能滿足移動通信業(yè)務的迅速發(fā)展 目前已逐步被淘汰 第二代移動通信系統(tǒng) 采用TDMA或窄帶CDMA方式的數(shù)字移動蜂窩系統(tǒng) 它是目前世界各國所廣泛采用的移動通信系統(tǒng) 系統(tǒng)在容量 通信質量 功能等方面比第一代移動通信系統(tǒng)有了很大提高 第三代移動通信系統(tǒng) 它包括地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng) 移動終端既可以連接到地面的網(wǎng)絡 也可以連接到衛(wèi)星的網(wǎng)絡 第三代移動通信系統(tǒng)的框架結構是將衛(wèi)星網(wǎng)絡與地面移動通信網(wǎng)絡相結合 形成一個全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡 以滿足城市和偏遠地區(qū)不同密度用戶的通信要求 支持話音 數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務 實現(xiàn)人類個人通信的愿望 36 3G移動通信系統(tǒng)特點 第二代移動通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標準 而第三代移動通信系統(tǒng)是一個在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng) 它使用共同的頻段 全球統(tǒng)一標準或兼容標準 實現(xiàn)全球無縫漫游 具有支持多媒體業(yè)務的能力 特別是支持Internet業(yè)務 現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)主要以提供話音業(yè)務為主 隨著發(fā)展一般也僅能提供100 200kb s的數(shù)據(jù)業(yè)務 GSM演進到最高階段的速率能力為384kb s 而第三代移動通信的業(yè)務能力比第二代有明顯的改進 37 便于過渡 演進 由于第三代移動通信引入時 第二代網(wǎng)絡已具有相當規(guī)模 所以第三代的網(wǎng)絡一定要能在第二代網(wǎng)絡的基礎上逐漸靈活演進而成 并應與固定網(wǎng)兼容 支持非對稱傳輸模式 由于新的數(shù)據(jù)業(yè)務 比如WWW瀏覽等具有非對稱特性 上行傳輸速率往往只需要幾kB s 而下行傳輸速率可能需要幾百kB s 甚至上MB s才能滿足需要 更高的頻譜效率 通過相干檢測 Rake接收 軟切換 智能天線 快速精確的功率控制等新技術的應用 有效提高了系統(tǒng)的頻譜效率和服務質量 38 3G通信技術和標準 3G發(fā)展歷程回顧 1985年FPLTMS概念被提出 1991年國際電聯(lián)正式成立TG8 1任務組 專門負責FPLTMS的標準定制工作 1996年FPLTMS更名為IMT 2000 1997年ITU向各國發(fā)出通函 要求各國在1998年6月之前提交關于IMT 2000無線接口技術的候選方案 一共收到15份有關3G接口的技術方案 其中包括我國自主研究制定的TD SCDMA標準 2000年5月 國際電聯(lián)正式公布了第三代移動通信標準 CDMA技術以其特有的優(yōu)勢為眾多標準的基礎 我國采用的三種3G標準分別是TD SCDMA W CDMA和CDMA2000 39 TD SCDMA 時分同步碼分多址接入 中國移動 TD SCDMA TimeDivision SynchronousCodeDivisionMultipleAccess 相比于W CDMA和CDMA2000起步較晚 1998年6月由原郵電部電信科學技術研究院向ITU提出 TD SCDMA將眾多技術融合 SCDMACDMA和軟件無線電同步TDMA FDMATD分為 TD SCDMA 提供話音和視頻電話等最高下行頻率為384Kb s的數(shù)據(jù)業(yè)務TD HSDPA 數(shù)據(jù)業(yè)務增強技術 可提供2 8Mb s的下行速率 40 TD CDMA解決的移動通信問題 呼吸效應 在CDMA系統(tǒng)中 基站的實際有效覆蓋面積會隨著干擾信號的增強而縮小 反之則會增大 這種覆蓋面積隨用戶數(shù)目的增加而收縮的現(xiàn)象為 呼吸效應 干擾信號同移動用戶的數(shù)目是密切相關的 導致 呼吸效應 的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng) CDMA2000和W CDMA屬于同頻自干擾系統(tǒng) 鄰近用戶間自干擾現(xiàn)象明顯 從而降低了實際傳輸速率 TD SCDMA利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統(tǒng)的最大干擾 在單時隙中應用CDMA技術提高系統(tǒng)容量 利用聯(lián)合檢測和SDMA技術對客戶終端的信號跟蹤 充分利用下行信號能量 最大程度上抑制了客戶之間的干擾 TD SCDMA系統(tǒng)不再是一個自干擾系統(tǒng) 呼吸效應 基本被消除 41 TD CDMA解決的移動通信問題 續(xù) 遠近效應 移動通信干擾的另一問題 手機用戶到基站的距離不斷變化 固定的通信功率不僅會造成嚴重的功率過剩 且可能形成有害的電磁輻射 如何解決 動態(tài)調控功率 手機終端依據(jù)自己到基站的通信距離動態(tài)的調整自己的傳輸功率 從而盡可能的減少過剩 且依然保證可連通性 TD SCDMA采用動態(tài)信道分配的方式 即根據(jù)用戶的需求進行實時的動態(tài)資源分配 包括頻率 時隙和碼字等 動態(tài)信道分配不僅提高了信道資源的利用率 且增強了對于網(wǎng)絡中負載和干擾變化的適應能力 42 W CDMA 寬帶碼分多址 中國聯(lián)通 W CDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess 是由愛立信公司提出 3GPP具體制定的基于GSMMAP核心網(wǎng) UTRAN為無線接口的3G系統(tǒng) 第一個商用W CDMA網(wǎng)絡由日本NTTDoCoMo于2001年推出 也是世界上第一個3G移動電話服務 中國聯(lián)通于2009年在中國大陸提供W CDMA服務 并開始提供HSDPA服務 在部分地區(qū)還提供HSUPA服務 中國香港移動運營商SUNDAY等也都已經(jīng)架構了W CDMA商用網(wǎng)絡 中國臺灣地區(qū)3G服務從2005年開始 其中中華電信 臺灣大哥大 遠傳電信等都使用W CDMA系統(tǒng) 43 W CDMA技術介紹 上行技術參數(shù)主要基于歐洲FMA2方案 下行技術參數(shù)主要基于日本ARIBW CDMA方案 W CDMA技術主要包括FDD和TDD FDD 工作在覆蓋面積較大的范圍內(nèi) 可以在兩個對稱頻率信道上進行接收和傳送工作TDD 側重于業(yè)務繁重的小范圍內(nèi)W CDMA定義了3條可利用的公共控制信道及2條專用信道 廣播公共控制信道 BCCH 尋呼信道 PCH 前向接入信道 FACH 主專用控制信道 SDCCH 輔助專用控制信道 44 CDMA2000 多載波分復用擴頻調制 中國電信 CDMA2000也稱為CDMAMulti Carrier 由美國高通北美公司為主導提出 W CDMA和TD SCDMA是由標準組織3GPP制定 CDMA2000則是由標準組織3GPP2制定 CDMA2000標準推進路線 45 CDMA2000技術介紹 CDMA20001x 即1x或者1xRTT 是3GCDMA2000技術的核心 標志1x指使用一對1 25MHz無線電信道的CDMA2000無線技術 CDMA20001xRTT CDMA20001xRTT RTT無線電傳輸技術 是CDMA2000一個基礎層 通常被認為是2 5G技術 因其傳輸速率不及其他3G技術 支持最高144kbps數(shù)據(jù)速率 CDMA20001xEV CDMA20001x附加高數(shù)據(jù)速率 HDR 能力 CDMA20001xEV第一階段 CDMA20001xEV DO 支持下行數(shù)據(jù)速率最高3 1Mbps 上行速率最高1 8Mbps CDMA20001xEV第二階段 CDMA20001xEV DV 還能支持1x語音用戶 1xRTT數(shù)據(jù)用戶和高速1xEV DV數(shù)據(jù)用戶使用同一信道 46 三種3G標準的主要技術差別 47 另外還有一種3G標準 其實嚴格上來說應該算4G技術 但未了獲得國際電信聯(lián)盟的支持 才自降身價 稱自己為3G技術WiMAXWiMAX的全名是微波存取全球互通 WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess 又稱為802 16無線城域網(wǎng) 是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供 最后一英里 的寬帶無線連接方案 將此技術與需要授權或免授權的微波設備相結合之后 由于成本較低 將擴大寬帶無線市場 改善企業(yè)與服務供應商的認知度 2007年10月19日 國際電信聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行的無線通信全體會議上 經(jīng)過多數(shù)國家投票通過 WiMAX正式被批準成為繼WCDMA CDMA2000和TD SCDMA之后的第四個全球3G標準 WiMAX技術 48 4G無線通信技術 4G其實就是theforthgeneration 準第四代 它代表了一個時代 我們的無線通信技術從3G到4G的跨越 可以理解為從二十世紀跨越到二十一世紀 它并不代表著一項技術 到目前為止人們還無法對4G通信進行精確地定義 4G通信將是一個比3G通信更完美的新無線世界 4G最大的數(shù)據(jù)傳輸速率超過100Mbit s 這個速率是目前移動電話數(shù)據(jù)傳輸速率的1萬倍 也是3G移動電話速率的50倍 49 4G無線通信技術 4G通信技術并沒有脫離以前的通信技術 而是以傳統(tǒng)通信技術為基礎 并利用了一些新的通信技術 來不斷提高無線通信的網(wǎng)絡效率和功能的 4G通信技術將是繼第三代以后的又一次無線通信技術演進 其開發(fā)更加具有明確的目標性 提高移動裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度 50 4G無線通信技術 1 通信速度更快 第四代移動通信系統(tǒng)可以達到10Mbps至20Mbps 甚至最高可以達到每秒高達100Mbps速度傳輸無線信息 這種速度將相當于目前手機的傳輸速度的1萬倍左右 2 網(wǎng)絡頻譜更寬要想使4G通信達到100Mbps的傳輸 通信營運商必須在3G通信網(wǎng)絡的基礎上 進行大幅度的改造和研究 以便使4G網(wǎng)絡在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多 相當于W CDMA3G網(wǎng)路的20倍 3 通信更加靈活 未來的4G通信將使我們可以隨時隨地通信 可以雙向下載傳遞資料 圖畫 影像 4 智能性能更高 第四代移動通信的智能性更高 不僅表現(xiàn)在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化 更重要的4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能 51 5 兼容性能更平滑 未來的第四代移動通信系統(tǒng)應當具備全球漫游 接口開放 能跟多種網(wǎng)絡互聯(lián) 終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點 6 提供各種增殖服務 7 實現(xiàn)更高質量的多媒體通信 8 頻率使用效率更高 9 通信費用更加便宜 在建設4G通信網(wǎng)絡系統(tǒng)時 通信營運商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡的基礎設施之上 采用逐步引入的方法 這樣就能夠有效地降低運行者和用戶的費用 據(jù)研究人員宣稱 4G通信的無線即時連接等某些服務費用將比3G通信更加便宜 52 LTEFDD與LTETDD 4G具備一個非常重要的優(yōu)勢 即LTE是一個全球通用標準 LTE支持兩種雙工模式 分別為針對成對頻譜的LTEFDD和非成對頻譜的LTETDD 兩個雙工模式間只有非常小的必要差異 主要區(qū)別就在于采用不同的雙工方式 頻分雙工 FDD 和時分雙工 TDD 是兩種不同的雙工方式 FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發(fā)送 用保護頻段來分離接收和發(fā)送信道 53 FDD必須采用成對的頻率 依靠頻率來區(qū)分上下行鏈路 其單方向的資源在時間上是連續(xù)的 FDD在支持對稱業(yè)務時 能充分利用上下行的頻譜 但在支持非對稱業(yè)務時 頻譜利用率將大大降低 TDD用時間來分離接收和發(fā)送信道 在TDD方式的移動通信系統(tǒng)中 接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載 其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的 時間資源在兩個方向上進行了分配 某個時間段由基站發(fā)送信號給移動臺 另外的時間由移動臺發(fā)送信號給基站 基站和移動臺之間必須協(xié)同一致才能順利工作 54 55 為了建立起上行和下行的通道 FDD通過頻率來分割 在兩個對稱頻率上 一個管下載 一個管上傳 就好像是雙車道 兩個方向的汽車互不干擾 暢通無阻 TDD采用另一種方式 它只用一個頻率 既負責上傳 又負責下載 好處是比FDD省了一個頻率占用 資源利用率更高 實際上TDD為了避免干擾 需要預留較大保護帶 也會消耗一些資源 因為是 單行道 上跑雙向 車流 TDD只能通過時間來控制交通 時分雙工 一會讓下載的流量通過 一會又讓上傳的流量通過 56 5G移動通信技術 2013年2月 工信部與科技部 發(fā)改委聯(lián)合支持成立了IMT 2020 5G 推進組 以此為平臺 集中產(chǎn)業(yè)研用優(yōu)勢單位聯(lián)合開展研發(fā)和國際標準推進工作 IMT 2020 5G 推進組已經(jīng)在需求愿景 關鍵技術等方面取得了積極的進展 2014年11月16日消息 來自工信部消息 中國已在5G關鍵技術等方面取得了積極的進展 主管部門已投入了約3億元 先期啟動了國家863計劃第五代移動通信系統(tǒng)重大研發(fā)項目 在今年年初的全國科技工作會議上 5G被列為今年重點突破的核心關鍵技術之首 目前 5G的第一階段和第二階段目標均已達成 包括密集網(wǎng)絡部署 多天線陣列技術 用戶速率 發(fā)射功率 頻譜效率 能耗效率等與4G相比具有大幅度提升 57 目前研究顯示 5G速率為4G的10倍至100倍 可達10GB S 愛立信研究院院長SaraMazur接受 通信生活報 微信 maoqiying2008 采訪時表示 與4G網(wǎng)絡相比 5G網(wǎng)絡不僅傳輸速率更高 而且在傳輸中呈現(xiàn)出低時延 高可靠 低功耗的特點 低功耗能更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應用 智慧醫(yī)療 車聯(lián)網(wǎng)等 5G能使人與人之間實現(xiàn)無縫連接 還將進一步加強 人與物 物與物 之間高速連接 智能穿戴等 究竟哪一個會成為5G殺手級別應用 很可能不只是一個 只要是能夠讓人們的生活變得更有效率 更安全 或者讓我們對世界體驗更豐富 都有可能 58 5G全球化進展 1 2012年5月 國際電聯(lián)ITU決定開展IMT 2020 5G 愿景建議書起草工作 按照規(guī)劃 5G的標準化預計在2016年啟動 韓國已經(jīng)計劃2018年在平昌冬奧會期間開展5G試運行 并決定在2020年推出全面的5G商用服務 2 歐洲聯(lián)盟在2012年成立由愛立信主導的5G研發(fā)機構METIS MobileandWirelessCommunicationsEnablersfortheTwenty Twenty 2020年 InformationSociety 先期投資2700萬歐元 包含29個機構成員 根據(jù)計劃 METIS第一階段在2012 2015年 主要是探索5G新架構 基本原理和系統(tǒng)概念 2016 2018年進行第二階段 主要是系統(tǒng)優(yōu)化 標準化和網(wǎng)絡試驗 第三階段是2018 2020年 進行試商用 預計在2020年全面進行5G商用 59 3 華為已宣布 其已在包括加拿大 英國等地為5G投入200多位研發(fā)人員 并將在未來5年內(nèi)為此繼續(xù)投資6億美元 中興通訊2013年成立公司級5G團隊 投入國內(nèi) 國際的標準 預研 產(chǎn)品化等各團隊聯(lián)合進行5G研究 4 2014年6月 Google收購5G技術創(chuàng)業(yè)公司Alpental登上各地網(wǎng)站頭條 60 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)或反射無線電波 在兩個或多個地球站之間進行的通信 衛(wèi)星通信實質是微波中繼技術和空間技術的結合 衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間分系統(tǒng) 地球站群 跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)