4G通信网络解析

于第三代系统，广带局域网应能与宽带综合业务数据网（ B-ISDN）和异步传送模式（ATM）兼容，实现广带多媒 体通信，形成综合广带通信网 • 条件相同时小区域覆盖范围等于或大于第三代系统 • 具有不同速率间的自动切换能力，以保证通信质量 • 网络的美比特成本要比带三代低
移动4G最大优势是速度快
• 4G 是第四代移动通信技术的
最后答案?
Service 服务提供 provider 者 s
Technolog 技术趋势 y trends New 新的网 network 络 New air 新的空 interface 中接口 4G 是否 存在
Wireless 无线 wireline
4G的定义-----4G的直观描述图
• 是在1G、2G、和 3G基础上发展起来的 • 是与2G 和3G共存的 （目前：2.5G 代表：GPRS、Edge） • 传输速率较3G提高10倍、成本降低10倍 （2001年）
覆盖面积 移动性
宏小区 高的移动性
微小区 有限的移动性
2G 3G
4G
WLA N
P-MP (LMDS) Milli-wave LAN
固定接入
数据速率 64kbps
2Mbps
200Mbps
4G定义-----4G的技术指标
• 数据速率从2Mbps到100Mbps • 容量达到第三代系统的5~10倍，传输质量相当于甚至优
第四代移动通信的提出 ——未来无线应用的需求
• 新的空中接口
• 蜂窝移动通信接口 • 慢速／本地无线接入接口
• 接口速率
• 蜂窝移动通信接口：up to 100Mbps • 慢速／本地无线接入接口： up to 1000Mbps
• 移动性的定义
• 低速：步行，3km/h以内 • 中速：市内车辆，50km/h--60km/h • 高速：高速公路、火车，60km/h--250km/h及以上
标准化进一步提高 • 2.5G标准： GSM 对应的GPRS/EDGE
IS95 对应的CDMA1X
移动通信系统发展总揽
3GPP IEEE 3GPP2
3G面临的应用问题
• • • • •
制式标准仍然不统一，标准间不兼容 核心网络不基于IPv6，无法实现全球漫游 不支持高速流媒体业务 不支持与WLAN、FWA、PAN的互联 3G通信系统仍无法满足多媒体通信的要求，因此第四 代移动通信系统（4G）应运而生
频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍
抗衰落能力强 适合高速数据传输 抗码间干扰(ISI)能力强 对频偏和相位噪声敏感
功率峰值与均值比(PARR)大，导致发送端放大器功 率效率较低
自适应的调制技术使系统复杂度有所增加
软件无线电
软件无线电(Software Defined Radio,简称SDR)，就是采用数字信号 处理技术，在可编程控制的通用硬件 平台上，利用软件来定义实现无线电 台各部分功能（包括前端接收、中频 处理以及信号的基带处理等）的一种 技术。即整个无线电台从高频、中频 、基带直到控制协议部分全部由软件 编程来完成。 基本思想是将硬件作为其通用的 基本平台，把尽可能多的无线及个人 通信功能通过可编程软件来实现，使 其成为一种多工作频段、多工作模式 、多信号传输与处理的无线电系统。 也可以说，是一种用软件来实现物理 层连接的无线通信方式。 核心技术是用宽频带无线接收机 代替原来的窄带接收机，并将宽带的 模拟/数字、数字/模拟变换器尽可能 的靠近天线，从而使通信电台的功能 尽可能多的采用可编程软件来实现。
移动通信的发展史
• 2000s 第三代移动通信（3G）
UMTS/IMT-2000：WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA 数字传输，移动多媒体业务、多速率、多种QoS 要求 多址方式：CDMA为主 高速率： 室内或静止（<10 km/h）： 2.048 Mbps； 市内（60 km/h）： 384 kbps； 郊区（200 km/h）： 144 kbps; 微蜂窝结构，QPSK/自适应调制，分组交换（IPv4）
4G的定义-----基本概念
• 所谓4G技术，指的是第四代移动通信技术(the 4th Generation)，
该技术能进一步提高数据传输速度，是集3G与WLAN于一体并能 够传输高质量视频图像，且图像传输质量与高清晰度电视不相上 下的技术产品。
•Байду номын сангаас4G是3G技术的进一步演化，是在传统通信网络和技术的基础上不
第四代移动通信的提出 ——未来无线应用的需求
全球统一的标准体系，多种系统、多种服务的兼容性
Satellite
Broadband／S-UMTS
Broadcasting：DVB-S／DVB-T／DAB
Cellular：GSM／GPRS／EDGE,UMTS／UMTS+
WLL：Broadband
FWA／MWS／Xmds
All -IPv6 -based
LAN：HyperLAN／WLAN／Bluetooth／IR PAN／Body-LAN



更高速率的空中接口，移动Internet接入，更先进的多媒体应用 个性化服务 更大的系统容量，更便捷的接入技术 更有效的频谱利用率 自适应网络优化配置／可重新配置能力
4G的定义-----什么是 4G
• 4G 是下一代的移动蜂窝系统，大约在 2010年投入使用 • 4G的12个部分
更高的 Higher 数据速 bit rates 率
Cost 费用的降 reductio 低 n
User 用户服 services 务
White 覆盖 space 空间 升级限定
Wireless 无线网 Internet 络
称，其网络速度可达3G网络 速度的十几倍到几十倍 ， 下载1GB高清电影，只要 3分多钟。据测试，4G上 网峰值下行速度将达到 每秒100兆。4G网络很有 可能成为国内最牛的 4G网络。
4G移动通信系统中关键技术简介
OFDM(正交频分复用) 软件无线电
4G通信 关键技术
智能天线 移动IPv6
OFDM(正交频分复用) 技术
• 在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提
供无缝的无线服务与应用 • 在任何地方宽带接入互联网:提供Real-time video、 VoD、VoIP、MMS、Virtual Reality、Teleconference、Internet browser、Audio/Video mail 、chatting、Interactive game等多媒体业务 • 提供增值业务如银行转帐、移动支付、股票交易、信用 卡、保险、教育等 • 提供信息通信之外的定位定时、数据采集、远程控制等 综合功能与服务
4G 技术的发展前景
4G通信技术将推动通信技术在关键技术上的过渡
4G 通信技术依然存在着一些暂时难以克服的困难，比如标 准尚未统一、容量受到限制、设备难以更新、市场仍待消 化、核心技术还未完全实现等。 4G通信技术将会推动关键技术的过度，也就是技术的融合 一逐渐发展出一种以OFDM技术为主导，又吸收了CDMA 技术的双核技术。为了满足4G系统的要求，我们必须对3G 的软件进行升级，增加3G运行的精确度、速率、平稳性。 我们需要技术的不断完善，通过3G与4G协议的转换，既保 证3G资源的完整，又促使3G成为4G的一部分，
移动通信的发展史
• 1990s 第二代移动通信系统（2G）
GSM、IS-54、PDC、IS-95(N-CDMA或称cdmaOne) 数字传输，话音业务与传真等低速率数据业务 多址方式：TDMA（ GSM ）、CDMA（IS-95） 微蜂窝小区结构，频谱利用率高，系统容量大 新的调制方式GMSK、QPSK等 标准化提高
OFDM技术优缺点
是4G通信网的核心技术 其主要思想是：将信道分成 若干正交子信道，将高速数据信 号转换成并行的低速子数据流， 调制在每个子信道上进行传输。 正交信号可以通过在接收端 采用相关技术来分开，这样可以 减少子信道之间的相互干扰(ICI) 。每个子信道上的信号带宽小于 信道的相关带宽，因此每个子信 道上的可以看成平坦性衰落，从 而可以消除符号间干扰。而且由 于每个子信道的带宽仅仅是原信 道带宽的一小部分，信道均衡变 得相对容易。
智能天线优点 提高系统容量
降低系统干扰
扩大覆盖区域
降低系统建设成本
IPv6
4G通信系统选择了采用 基于IP的全分组的方式传 送数据流，因此IPv6技术 将成为下一代网络的核心 协议。选择IPv6协议主要 基于两点的考虑，一点是 足够的地址空间，另外一 点是支持移动性管理，这 两点是IPv4不具备的。 除此以外，IPv6还能够 提供较IPv4更好的QoS保证 及更好的安全性。 IPv6具 有长达128bit的地址空间 ，即多达2128个地址，能 够彻底解决地址资源不足 的问题 选择IPv6协议主要基于以下几点的考虑 巨大的地址空间
4G 技术的发展前景
4G通信技术在软件无线电技术上的应用前景
随着4G通信技术的应用，将在很大程度上把无线电的设计 从基于硬件、面向用途的这一局限中解放出来，在未来， 各项硬件的复杂程度将会逐渐减少，相反，软件的灵活性 将会大大增强，且功能也将变得多样化，我们不仅可以让 相同的软件在不同的硬件设备上实现不同的功能，更可以 令不同的软件在相同的硬件设备上实现不同的功能，从而 大大节约了硬件成本，是一种集约式开发理念在实践中的 贯彻落实。
断地提高无线通信的网络效率和功能。同时，它包含的不仅仅是 一项技术，而是多种技术的融合。不仅仅包括传统移动通信领域 的技术，还包括宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的技 术。最能概括4G技术就是两句话：一是4G能够提供高速移动网络 宽带服务；二是4G基于全球移动通信LTE标准(即Long Term Evolution，简称LTE，长期演进技术)之上。
软件无线电的优势
系统结构通用，功能实现灵活，改进升级方便
提供了不同系统间互操作的可能性
由于通过软件实现系统的主要功能，因此更易于 采用新的信号处理手段，从而提高了系统抗干扰的 性能。
拥有较强跟踪新技术的能力
智能天线（SA）
智能天线定义为波束间没有切 换的多波束或自适应阵列天线。 智能天线具有抑制信号干扰、 自动跟踪以及数字波束调节等智 能功能，被认为是未来移动通信 的关键技术，其基本工作原理是 根据信号来波的方向自适应地调 整方向图，跟踪强信号，减少或 抵消干扰信号。 智能天线采用了空分多址 (SDMA)的技术，利用信号在传输 方向上的差别，将同频率或同时 隙、同码道的信号进行区分，动 态改变信号的覆盖区域，使主波 束对准用户方向，旁瓣或零陷对 准干扰信号方向，并能够自动跟 踪用户和监测环境变化，为每位 用户提供优质的上行链路和下行 链路信号，从而达到抑制干扰、 准确提取有效信号的目的。
Relation between 3G and 4G
3G
市场培育作用 4G的过渡阶段 从网络的平滑演进方面来说 ，3G系统也是必不可少的一 个阶段
从2G到4G的演进过程
4G
解决3G系统的缺陷、提供完 善理想化的技术体系 4G系统将会取代3G系统是通 信系统发展的必然趋势
第四代移动通信的提出 ——未来无线应用的需求
4G 移动通信系统
内容提要
• 移动通信的发展史
• 4G的提出
• 4G的定义
• 4G的关键技术 • 4G通信技术的发展展望
移动通信的发展史
• 1974年Bell实验室提出蜂窝移动通信概念
蜂窝小区系统设计解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾
• 1980s 第一代移动通信系统（1G）
美国AMPS、北欧NMT、日本NAMTS、英国TACS 模拟传输，话音业务，FM调制 多址方式：FDMA 大量不兼容制式并存
自动控制
服务质量
移动性
4G 技术的发展前景
• 4G通信技术在IPv6技术上的应用前景
• 现有的互联网绝大多数都是建立在Ipv4的协议基础上运行的，
Ipv4本身有一个十分致命的缺陷， 它采用的32位地址长度， 大概只能够容纳43亿个地址，随着应用空间的不断扩大，有限 的地址空间总有一天会被耗尽。 • 作为Ipv4另一版本的Ipv6，使得这一情况得到了改善，在未来 的应用中，Ipv6的地址长度扩大了四倍，即采用了128位地址 长度，使得地址空间大大增大，未来用户将不再受到地址容量 的限制。 • 紧随着4G通信技术的发展，人们的生活、工作中将会出现越 来越多的IP地址，也推动了越来越多的网络设备的使用，使得 信息得到更大范围的传播。