未来移动通信的发展趋势及关键技术

40%
14481
10,000 5,000 0
累计移动用户 新增移动用户 增长率
20%
0%
累计移动用户
新增移动用户
增长率
02
移动通信关键技术
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FDMA（1G模拟时代）
FDMA
功率
1G：模拟蜂窝+FDMA
大区制
高功率天线
MTSO
最主要需求： 系统容量
无线接入 无线传输
（3）更多基站（更小小区）→~50× (或10 ×,10 ×)
解决思路
更多基站（更小小区）→~10× 新体制 无线网络架构革新 优良频率资源匮缺 网络独立，建设成本巨大 通信效率提升遭遇“收益递减法则” 再过10年怎么办！？
需要技术 和体制的 革新
更多频谱→~10× 新频段技术
6~15GHz
空间隔离性好
60GHz毫米波
基础：新频谱电波特 性的测量与建模
有较高的频宽，但穿透性较差

白频谱
可见光通信 频谱共享——智能频谱利用


重点建议：智能频谱利用
23
提高容量（2）——更高频谱效率：多址接入

多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一
1G：频分多址（FDMA） 2G：时分多址（TDMA） 3G：码分多址（CDMA） 4G：空分多址（OFDMA+SDMA）
我国移动通信发展迅速、规模巨大
45,000 40,000 35,000
78% 83% 70% 26500 34100 97% 36500 41200
120%
100%
30,000 25,000 20,000 15,000
80%
60%
20558 42% 29% 21% 4323 2356 1033 1998年 2356 1033 78% 1967 1999年 4323 1967 83% 8526 4203 2000年 8526 4203 97% 5955 2001年 14481 5955 70% 6077 2002年 20558 6077 42% 5942 2003年 26500 5942 29% 5600 2004年 32100 5600 21% 13.70% 4400 2005年 36500 4400 13.70% 12.80% 4700 2006年 41200 4700 12.80%
容量不足
能耗高
提升用户体验
问题1：容量不足
移动通信的发展史表明，容量不足一直是无线通信系统发
展中的主要问题
5G面临更大容量需求和频谱赤字：
根据预测，至2020年无线网络容量增长达1000倍
如何满足1000倍的容量增长需求？
（1）更多频谱→~3× （或10 × ,4 × ） （2）更高频谱效率→~6× (或 10 ×,12 ×)
蜂窝
WLAN
广播
高效协作
卫星
新频段
用户
总体规划
新体制 异构协同→~>60× 无线网络架构革新
新型无 线通信 网络架 构 新频段通信技术
更高频谱 效率 →~6× 无线传输 和接入
更多频谱 →~300MHz× 新频段技术 新频谱
高效无线通信技术
新技术
提高容量（1）——更多频谱

新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区
TDMA
功率
最主要需求：高质量话音，系统容量
数字化技术，如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破 意义：
提高通话质量（数字化＋信道编码纠错） 提高频谱利用率（低码率编码） 提高系统容量（低码率，语音激活技术）
Power Time
TDMA:
每个用户占用一个时隙，提高 系统容量 以频率复用为基础，小区内以时隙区 分用户 每个时隙传输一路数字信号，软件对 时隙动态配置
CDMA：每个用户使用一个码型， Power 频率/时间共享
特点 每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率 软容量、软切换，系统容量大
Time
CDMA
Frequency
4G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA 最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量
MIMO：多根发射天线与 多根接收天线
更高频谱 效率 →~10× 无线传输 和接入 新技术
新频谱
蜂窝
WLAN
广播
卫星
新频段
解决思路
新体制 异构协同→~>10× 无线网络架构革新
异构协同：建立高效、开放、可扩 展、可信、智能的无线网络体制 互联网
更高频谱 效率 →~10× 无线传输 和接入 新技术
需要技术 和体制的 革新
更多频谱→~10× 新频段技术 新频谱
03
未来移动通信技术
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移动通信系统发展中的颠覆性技术
移动通信系统每一次更新换代
都有颠覆性技术引领
单一话音到多 媒体，CDMA 模拟到数字， 接入 TDMA接入
OFDMMIMO， 空域资源 利用
？：频谱， 接入，组网
5G
容量，能 耗，业务
4G
1985 1994
摩托罗拉发明手机
1973
雷达技术在二战期间诞生
1941
贝尔德发明电视机
1926
马可尼发明无线通信
1906
我国移动通信发展历程
话音业务（模拟） 第一代：模拟移动通信
中国购买使用 TACS/AMPS… 中国在技术成熟后期介 入制造GSM/CDMA
话音（数字） 第二代：数字移动通信 中低速率数据业务
未来移动通信的发展 趋势及关键技术
通信一班第6小组：
目 录
移动通信发展历程
移动通信关键技术
未来移动通信技术
01
移动通信发展历程
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世界无线通信发展百年历程
全球移动通信用户15亿 宽带3G移动通信商用
2004 2002
数字移动通信商用
模拟移动通信商用


AMPS
TACS NMS Others
技术


CDMA IS95
GSM TDMA IS136 PDC
业务

CDMA2000 1x GPRS
多媒体

UMTS/ WCDMA
EGPRS

CDMA2000EVDO

TD-SCDMA
WiMAX
语音业务
语音业务
数据业务
宽带业务
3G为用户与运营商提供了完整的综合业务解决方案
特点：
FDMA/TDMA
Frequency
FDMA+TDMA+CDMA（3G时代）
CDMA
功率
3G：Turbo码+CDMA
Turbo码
最主要需求：多媒体业务，系统容量
1993年，C.Berrou等人提出了Turbo码，彻底颠覆了所有人们认为成功 的纠错码所要具备的因素。在复杂度可控的译码器的协助下,达到了近 Shannon限的性能。 Turbo码在3G的应用，使得3G能够支持多媒体业务，打破了2G只支持 话音和短消息业务的局限。
中国97年起开始跟踪研发3G 同时提出TD-SCDMA
多媒体业务 第三代：宽带移动通信
中国FuTURE
日本、韩国、欧盟研究计划
1970 1980 1990 2000 2010
后第三代
高分辨业务
2020 年代
移动通信发展历程
1G (1980s) 2G (1992-2000) 2.5G (2000-2004) 3G (2004-至今)
高速高质 多媒体业 务和容量
3G 2G 1G
容量 多媒体业 务和容量
话音业务 移动通信系统每一次更新换代 和容量 都解决了当时的最主要需求
5G：颠覆性技术在哪里？ 产生颠覆 性技术的 五个方向

需要技术和策略 突破
5G：解 决三个主 要问题？
频谱利用 无线接入 无线传输 无线组网 业务与终端
至交换中心 30－80 公里
蜂窝
MS 1
MS 2
高功率（200－250w）的发射天线 几百甚至上千平方公里的范围的覆盖 每个大区的可用信道数很少
Power Time
蜂窝系统是一种革命性的变革 提高了频谱利用率和系统的服务质量
Biblioteka Baidu
FDMA
Frequency
FDMA+TDMA（2G数字时代）
3D MIMO
• 电磁波的传输平面增加俯仰角， 进一步扩展空间自由度
无线网络的干扰管理和容量研究
• 构建多维干扰状态模型
•
•
分析干扰和网络容量的关系
智能动态干扰管理机制
提高容量（3）——更多基站（更小小区）
信息密度均匀高度不均匀 下的异构无线网络
打破利用时、频、码三维 资源传输数据的局限，有 效开发了新的空域资源。 基于MIMO的SDMA进一 步提高频谱效率。
OFDM：多个低速数据流 同时调制在相互正交的子 载波上传送，适用于无线 宽带信道下的高速传输。
与CDMA相比，OFDM传送数据的 速度更快，并且能够更好地对抗无 线传输环境中的多径效应。
趋势：单一资源到 多维资源联合使用, 提高资源利用率

4G以OFDM-MIMO为核心的OFDMA和SDMA具有很强的生命力 新型无线接入的尝试：非正交？？
4G
1G
功率 功率
2G
功率
3G
FDMA
TDMA
CDMA
24
提高容量（2）—无线传输新技术 大规模MIMO
• • • • • • • 信道建模与分析 信道信息获取（相应导频设计） 协调多用户联合资源调配 能耗问题 天线配置、基站选址 导频污染 高效传输方法（如预编码方案） 3D MIMO 大规模MIMO