《4G通信技術(shù)》課件

一.4G通信技術(shù)的概念

4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。

4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)1精選課件1)物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。2)中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。3)物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應用環(huán)境之間的接口是開放的,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易,提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù),并運行于多個頻帶,這一服務(wù)能自適應于多個無線標準及多模終端,跨越多個運營商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。二.4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2精選課件三.4G通信的關(guān)鍵技術(shù)1.正交頻分復用（OFDM）

OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應地分配傳輸負荷，這樣可優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統(tǒng)中由于各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。3精選課件OFDM與FDM對比4精選課件2.智能天線(SA)與多入多出天線(MIMO)技術(shù)智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相關(guān)無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應方式和基于多波束的波束切換方式。5精選課件多入多出天線(MIMO)技術(shù)該技術(shù)最早是由馬克尼（GuglielmoMarconi）于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系統(tǒng)和MISO(Multiple-InputSingle-Output)系統(tǒng)6精選課件3.軟件無線電技術(shù)軟件無線電是利用數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)無線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。其優(yōu)點是：（1）通過軟件方式，靈活完成硬件功能；（2）具有良好的靈活性及可編程性；（3）可代替昂貴的硬件電路，實現(xiàn)復雜的功能；（4）對環(huán)境的適應性好，不會老化；（5）便于系統(tǒng)升級，降低用戶設(shè)備費用。7精選課件軟件無線電基本結(jié)構(gòu)

軟件無線電技術(shù)被認為是可以將不同形式的通信技術(shù)有效聯(lián)系在一起的惟一技術(shù)。在4G移動通信系統(tǒng)中，軟件將會變得非常繁雜。8精選課件4.基于IP的核心網(wǎng)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò),可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案,能提供端到端的IP業(yè)務(wù),能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu),能允許各種空中接口接入核心網(wǎng);同時核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容,因此在設(shè)計核心網(wǎng)絡(luò)時具有很大的靈活性,不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。9精選課件四.4G網(wǎng)絡(luò)通信的五大標準（1）LTELTE(LongTermEvolution,長期演進)項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。主要特點是在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，相對于3G網(wǎng)絡(luò)大大的提高了小區(qū)的容量，同時將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低：內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms。并且這一標準也是3GPP長期演進(LTE)項目，是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術(shù)研發(fā)項目，其演進的歷史如下：

GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->LTE長期演進

GSM：9K-->GPRS:42K-->EDGE:172K-->WCDMA：364k-->HSDPA/HSUPA:14.4M-->HSDPA+/HSUPA+:42M-->LTE:300M10精選課件（2）LTE-Advanced

LTE-Advanced的正式名稱為FurtherAdvancementsforE-UTRA，它滿足ITU-R的IMT-Advanced技術(shù)征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個重要來源。LTE-Advanced是一個后向兼容的技術(shù)，完全兼容LTE，是演進而不是革命，相當于HSPA和WCDMA這樣的關(guān)系。LTE-Advanced的相關(guān)特性如下：

帶寬：100MHz

峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps

峰值頻譜效率：下行30bps/Hz，上行

15bps/Hz11精選課件（3）WiMax

WiMax：WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，即全球微波互聯(lián)接入，WiMAX的另一個名字是IEEE802.16。WiMAX的技術(shù)起點較高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網(wǎng)絡(luò)來說，這的確是一個驚人的進步。WiMAX逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動化，而3G則實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會越來越高，這也是未來移動世界和固定網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢。

12精選課件（4）HSPA+：高速下行鏈路分組接入技術(shù)

HSPA+符合LTE的長期演化規(guī)范，將作為4G網(wǎng)絡(luò)標準與其它的4G網(wǎng)絡(luò)同時存在，它將很有利于目前全世界范圍的WCDMA網(wǎng)絡(luò)和HSPA網(wǎng)絡(luò)的升級與過度，成本上的優(yōu)勢很明顯。對比HSPA網(wǎng)絡(luò)，HSPA+在室內(nèi)吞吐量約提高12.58%，室外小區(qū)吞吐量約提高32.4%，能夠適應高速網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)處理，將是短期內(nèi)4G標準的理想選擇。目前聯(lián)通已經(jīng)在著手相關(guān)的規(guī)劃，T-Mobile也開通了這個4G網(wǎng)絡(luò)，但是由于4G標準并沒有被ITU完全確定下來，所以動作并不大。13精選課件（5）WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced：WirelessMAN-Advanced事實上就是WiMax的升級版，即IEEE802.11m標準，802.16系列標準在IEEE正式稱為WirelessMAN，而WirelessMAN-Advanced極為IEEE802.16m。其中，802.16m最高可以提供1Gbps無線傳輸速率，還將兼容未來的4G無線網(wǎng)絡(luò)。802.16m可在“漫游”模式或高效率/強信號模式下提供1Gbps的下行速率。該標準還支持“高移動”模式，能夠提供1Gbps速率。其優(yōu)勢如下：

1、提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，改建鏈路預算；

2、提高頻譜效率；

3、提高數(shù)據(jù)和VOIP容量；

4、低時延&QoS增強；

5、功耗節(jié)?。?4精選課件五.4G對3G網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢（1）４Ｇ通信速度更快

第一代模擬式僅提供語音服務(wù)；第二代數(shù)位式移動通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6Kbps，最高可達32Kbps，如PHS；而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達到2Mbps；專家則預估，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，這種速度會相當于現(xiàn)階段最新手機的傳輸速度的1萬倍左右。15精選課件（2）通信更加靈活

人們可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個性為前提，任何一件能看到的物品都有可能成為4G終端，只是人們還不知應該怎么稱呼它。未來的4G通信使人們不僅可以隨時隨地通信，更可以雙向下載傳遞資料、圖畫、影像，當然更可以和從未謀面的陌生人網(wǎng)上聯(lián)線對打游戲。也許有被網(wǎng)上定位系統(tǒng)永遠鎖定無處遁形的苦惱，但是與它據(jù)此提供的地圖帶來的便利和安全相比，這簡直可以忽略不計。16精選課件（3）智能性能更高

第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)于4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計和操作具有智能化，例如對菜單和滾動操作的依賴程度會大大降低，更重要的4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如4G手機能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他設(shè)定的因素來適時地提醒手機的主人此時該做什么事，或者不該做什么事，4G手機可以把電影院票房資料，直接下載到PDA之上，這些資料能夠把售票情況、座位情況顯示得清清楚楚，大家可以根據(jù)這些信息來進行在線購買自己滿意的電影票；4G手機可以被看作是一臺手提電視，用來看體育比賽之類的各種現(xiàn)場直播。17精選課件（4）兼容性能更平滑

要使4G通信盡快地被人們接受，不但考慮的它的功能強大外，還應該考慮到現(xiàn)有通信的基礎(chǔ)，以便讓更多的現(xiàn)有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過渡到4G通信。因此，從這個角度來看，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(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點。18精選課件（5）實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信

盡管第三代移動通信系統(tǒng)也能實現(xiàn)各種多媒體通信，但未來的4G通信能滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋范圍、通信質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，第四代移動通信系統(tǒng)提供的無線多媒體通信服務(wù)包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此未來的第四代移動通信系統(tǒng)也稱為“多媒體移動通信”。第四代移動通信不僅僅是為了因應用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應多媒體的傳輸需求，當然還包括通信品質(zhì)的要求。總結(jié)來說，首先必須可以容納市場龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)不良，以及達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?9精選課件（6）通信費用更加便宜

由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對其他技術(shù)來說，4G通信部署起來就容易迅速得多；同時在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，通信營運商們會考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)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(wù)費用會比3G通信更加便宜。20精選課件六.4G網(wǎng)絡(luò)通信面臨的挑戰(zhàn)（1）標準難以統(tǒng)一

雖然從理論上講，3G手機用戶在全球范圍都可以進行移動通信，但是由于沒有統(tǒng)一的國際標準，各種移動通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機用戶帶來諸多不便。因此，開發(fā)第四代移動通信系統(tǒng)必須首先解決通信制式等需要全球統(tǒng)一的標準化問題，而世界各大通信廠商將會對此一直在爭論不休。21精選課件（2）容量受到限制

人們對未來的4G通信的印象最深的莫過于它的通信傳輸速度將會得到極大提升，從理論上說其所謂的每秒100MB的寬帶速度，比目前手機信息傳輸速度每秒10KB要快1萬多倍，但手機的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機用戶越多，速度就越慢。據(jù)有關(guān)行家分析，4G手機將很難達到其理論速度。如果速度上不去，4G手機就要大打折扣。22精選課件（3）市場難以消化有專家預測在10年以后，第三代移動通信的多媒體服務(wù)會進入第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動通信系統(tǒng)，第三代技術(shù)仍然在緩慢地進入市場，到那時整個行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，對于第四代移動通信系統(tǒng)的接受還需要一個逐步過渡的過程。另外，在過渡過程中，如果4G通信因為系統(tǒng)或終端的短缺而導致延遲的話，那么號稱5G的技術(shù)隨時都有可能威脅到4G的贏利計劃，此時4G漫長的投資回收和贏利計劃會變得異常的脆弱。23精選課件（4）設(shè)施難以