移动通信及其前沿技术

标准化进一步提高
2.5G标准： GSM 对应的 标准： 对应的GPRS/EDGE 标准 IS95 对应的 对应的CDMA1X
ITU定义的IMT-2000目标
多媒体能力 多速率和高级业务(2Mb/s) 多速率和高级业务 固定网的质量 智能化功能 更简单的蜂窝结构 容易进行信道规划和管理 大容量:>60路话 小区 路话/小区 大容量 路话 小区/MHz 低的发射功率 室外<300mw,室内 室内<20mW 室外 室内
High
New Elements of Systems Beyond IMT-2000 Enhanced IMT-2000 Mobile Access
Digital broadcasting
Digital sattelite broadcasting Terrestrial digital broadcasting
1980s 第一代移动通信系统（1G） 1980s
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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 Bad Good (Guard Time) Fair Good (Frequency Div.)
CDM Good Fair (Tough RAKE) Good Good (Multipath Div.)
B3G/4G的前沿技术
Multi-Level ARQ
多级NACK反馈. 优化无线资源利用.
B3G/4G的前沿技术
OFCDM
Item Frequency Reuse High Rate in MultiPath Environment Multi-Rate Service Diversity Utilization
TDM Bad Bad (Tough EQL) Bad Bad (Tough EQL)
满足QoS要求的宽带无线链路(PHY/MAC) ： HSPRT
~100 Kbps 1-10 Mbps 自适应速率，可靠的无线链路，QoS要求
弹性的系统容量
高端应用带宽可能突破 1Gbps
更低的费用
将多种无线技术整合为单一的IP网络
统一的移动协议结构，开放的网络应用接口
新的组网模式
低成本的结构
实用的移动信息服务
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 LAN：HyperLAN／WLAN／Bluetooth／IR PAN／Body-LAN
UMTS ++ UMTS GPRS/EDGE GSM
Satellite S-UMTS Broadband
Satellite/HAPS Broadcasting
DVB-S DVB-T DAB
Broadband W-LAN Bluetooth Personal DECT Area Networks IR Body LANs
B3G/4G的前沿技术
HSPRT
设计目标
Issues
频段 带宽 复用技术 交换方式 小区划分 数据速率
Target
2 GHz 3 ~ 5 GHz 5 / 10 / 20 MHz (DL) Asymmetric Band / Carrier FDD/FDMA : Macro/Micro Cell FDD/Distributed Freq-Hopping OFDMA (Macro/Micro) Packet Data Macro/Micro & Hot Spots 100Mbps at 60Km/h QPSK / 16QAM / 64QAM / 256QAM/Turbo Code
第四代移动通信及其前沿技术
报告人：罗永强 2003.09.19
西安交通大学电子与信息工程学院
内容提要
移动通信的发展史 4G的提出 4G的关键技术 课题研究方向
移动通信的发展史
1974年Bell 1974 Bell实验室提出蜂窝移动通信概念 Bell
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
All -IPv6 -based
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
第四代移动通信的提出
——未来无线应用的总体框架 Wireless IP Society 4th Generation
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 数字传输，移动多媒体业务、多速率、多种 多址方式： 多址方式：CDMA为主 为主 高速率： 室内或静止（ 高速率： 室内或静止（<10 km/h）： 2.048 Mbps； ） ； 市内（ 384 kbps； 市内（60 km/h）： ） ； 郊区（ 144 kbps; 郊区（200 km/h）： ） 微蜂窝结构， 自适应调制， 微蜂窝结构，QPSK/自适应调制，分组交换（IPv4） 自适应调制 分组交换（ ）
Medium
Enhancement
Low
Nomadic / Local area wireless access
1 10 Peak Useful Data Rate
100 1000 Communication speed (Mbit/s) denotes interconnection between systems via networks or the like, which allows flexible use in any environments without making users aware of constituent systems.
NACK(1) : perfectly insufficient NACK(2) : mediumly insufficient NACK(3) : slightly insufficient
发送数据包 接收质量 反馈
1
2
2
3
4
5
5
5
6
A
N(3)
A
A
A
N(1) N(3)
A
N(2)
A:ACK
N(x):NACK(x)
网络浏览、增值服务（如金融、保险、教育等）
更灵活的网络 新的服务
B3G/4G的前沿技术与当前研究热点
宽带无线链路： HSPRT，OFDM+CDMA ， 端到端的QoS控制：多级ARQ 软件无线电技术：宽带/多通道/多模式 智能天线技术：自适应天线阵/MIMO 空时传输编码分集 IP网空中接口的优化设计，分层切换: PDMA 动态非对称上下行链路：TC，动态频谱分配DSA 定位与AAA技术
近期计划开展的工作
更高速率的无线传输技术研究
High Speed Packet Radio Transmission OFCDM
端到端的宽带无线链路的QoS控制
Multi-Lever ARQ+FEC
多种异构网络之间基于IPv6的整合
Cellular+WLAN网络的无缝接口与AAA功能的实现
参考文献
(Source : ITU-R)
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
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
第四代移动通信的提出
——未来的无线应用
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、Tele-conference、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
Broadband WFA MBS 60 MWS
Indoor
Local Area Networks
xMDS
MBS 40
Cellular
Quasi-Cellular
Wireless Local Loop
第四代移动通信的提出
Mobility
Systems beyond IMT-2000
Capabilities
[1] 曹淑敏,超3G的研究进展,中兴通讯技术第43期,2002年10月 [2] 王咏 刘建业等,解析超3G网络架构,通信产业报,2003年02月25日 [3] 孙立新,第三代移动通信及其未来的发展,通信世界,2003年6月 [4] 刘海文,第四代移动通信技术初探,通信世界,2003年2月 [5] www.ist-wsi.org WSI Book of Visions 2001<DRAFT> [6] www.ist-brain.org [7] www.ist-drive.org [8] www.4gforum.org [9] www.3gpp.org [10] www.4gmobile.com [11] www.ofdm-forum.com
3GPP & 3GPP2 cdma2000 1xEV-DO/DV
1-10 Mbps 2005年下行链路达到30Mbps 2010年左右实用化
第二阶段（B3G/4G）
2010年初步实现有效载荷
移动接入峰值100 Mbps 慢速移动/WLL峰值1Gb/s
全球漫游 WRC-2006确定频谱分配
3G面临的应用问题 面临的应用问题
Welcome to the Wireless World!
报告结束
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IMT2000的演进
北美 欧洲
IS-95A
IS-95B
IS-95C
cdma2000
GSM TDMA
GSM+ GPRS,HSCSD
GSM++ EDGE
WCDMA GSM增强数据率 增强数据率
普通分组数据业务
高速电路交换数据
IMT2000的发展和超越
第一阶段（3G Enhancement）
第四代移动通信的主要特征
核心网络基于IPv6 核心网络基于
更好地支持 移动业务，安全性和无限制的地址空间 支持多种异构的相互竞争的宽带无线网络之间的整合 多种系统、多种服务的兼容
以无线接入点（ ） 以无线接入点（AP）为IP网关 网关
不同的无线接入技术在同一个域中共存 无线资源的优化设计
第四代移动通信面临的技术挑战