下一代移动通信(完成).ppt

《下一代移动通信(完成).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《下一代移动通信(完成).ppt（45页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、LOGO下一代移动通信（4G）第六小组LOGO下一代移动通信（4G）的基本概念和要求4G的相关技术标准移动通信未来的发展方向LOGOv随着对带宽的需求的增加，通信技术的发展一度出现2.5G和2.75G的中间过渡代。当3G移动业务刚刚迈出脚步，就出现了支持语音、数据和视频三种格式的传输技术高速下行链路分组接入技术。与此同时，真正意义上的宽带数据速率标准4G概念也开始出现，它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统、互操作的广播网络和卫星系统等，将是多功能集成的宽带移动通信系统，可以提供的数据传输速率高达100 Mbit/s甚至更高，也是宽带接入IP系统。v简单而言，4G是一种超高速无线

2、网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路。这种新网络可使电话用户以无线形式实现全方位虚拟连接。4G最突出的特点之一，就是网路传输速率达到了前所未有的100Mbit/s，完全能够满足用户的上网需求。4G系统总的技术目标和特点可以概括为：系统应具有更高的数据率、更好的业务质量(QoS)、更高的频谱利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的传输质量、更高的灵活性;4G系统应能支持非对称性业务，并能支持多种业务;4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势。以下从不同的角度讨论4G系统的要求。4G的基本概念和要求LOGOv从网从网络络角度角度统一的移动性和安全性管理，要求考虑不同网络对等实

3、体的交互。主要解决的问题是漫游时会话的不间断性和服务的流动性，目前已经出现一些解决方案来完成此项功能，如移动IP技术和会话初始协议(SIP)。端到端的QoS协商支持，涉及到网络层及以上的互联网协议体系。3GPP起草了UMTS网络的综合QoS架构，现在正致力于通用的QoS架构的研究。采用中介服务器进行用户认证、授权和计费。随着IP网络的发展，运营商需要必需为上千并发用户经由不同技术同时接入网络提供AAA服务，还必须能安全地支持跨网AAA服务，且应具有良好的扩展性，这就要求扩展现有AAA协议的功能。鉴此，IETF正着手开发下一代AAA协议，即Diameter 协议。Diameter是一个轻型的对等

4、式的AAA协议，采用了改进的重发机制，提高网络可靠性，同时还提供一种新的端到端的安全机制。下图示为 Diameter新引入的中介服务器向漫游用户提供AAA服务。采用中介服务器可以减少访问网络代理服务器的配置工作量，网络扩展时只需要更新中介服务器的配置，有利于提高协议的可扩展性。4G的基本概念和要求LOGO4G的基本概念和要求LOGOv从从终终端角度端角度支持多种通信模式，具有适应能力和重配置能力。终端可以通过自身的重配置来改变接入方式，开放式的软件无线电架构和标准化环境为此提供可能。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式

5、手机和基站，能实现各种应用的可变 QoS。软件无线电技术有助于不同标准和系统的融合。采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务;当终端移动时，可重新配置，如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动系统中时，终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端。ABC连接。ABC(Always Best Connected)使终端在不同无线接入网中实现无缝切换，通过给每个用户提供最合适的服务来达到整个网络的最优性能和资源利用率。实现ABC业务的关键技术在于接入网络的选择，影响接入网选择的QoS因子有：可达性、吞吐量、时间集、可靠性、安全性和成本。我们用X代表越小越好的因子集，如功率，误码率等，用Y代表越大越

6、好的因子集，如安全性，可靠性，吞吐量等。Sb代表大于门限值Ts才符合要求的元素集合，如带宽、覆盖面积，Ss代表小于门限值Tb才符合要求的元素集合，如抖动、时延。这样网络选择就可归结为基于约束的优化问题：4G的基本概念和要求LOGO-W1，W2是权重，用户可以通过改变形W1，W2和Ts，Tb的值来选择满足自己要求的接入网，从而实现个性化服务。-接入网的发现和选择。在GSM网中，基站通过周期性地广播信号到终端进行业务处理，但在4G异构网络中，如图2所示，由于不同的接入协议和无线技术，需要用到比较复杂的技术，这里提供两种参考方案：一种是使用软件无线电技术扫描可用网络;另一种是使用无线广播信道广播终端

7、用户所能到达的接入网。4G的基本概念和要求LOGOv从用从用户户角度角度用户信息管理。在ABC服务中，需要考虑用户的参数选择来决定网络的选择。通过广播自己的配置参数，用户可以接入相同的无线广播信道并发现可达接入网。单识别机制。每个用户分配一个独立于终端和接入网的唯一标识码和动态的移动IP地址，并且运用动态的移动IP地址管理架构方便内部用户交互式地实时通信管理。4G的基本概念和要求LOGOv从从业务业务角度角度在有限的接入网和终端资源条件下，业务相对于接入网和终端的适应性以及复杂环境中的业务部署和实施，需要充分利用终端和基础网络的可配置性，才可以使资源利用率达到最优。可以使用相同的无线广播信道，

8、完成接入网的业务广播和检测功能。这样做有利于业务的快速建立，保证业务连续性和ABS(Always Best Service)。根据前面提到的ABC技术，网络总是能给用户提供一个在相对区域范围内的最好服务。4G的基本概念和要求LOGOv4G的的IP网网络络架构架构v 在4G中网络的设计架构将会简化。对于基于IP网络的宽带无线接入，可以有两种设计架构：一种是全IP网络架构。在这种网络设计模型中，基站不仅可以具有信号的物理传输功能，还可以对无线资源进行管理，扮演接入路由器的功能，缺点是会引入较大的开销，尤其是在移动终端进行切换时对移动IP地址进行的配置的过程。4G的基本概念和要求LOGOv另一种是基

9、于子网的IP架构，如图4所示，其中几个相邻基站组成子网接入基于IP接入网的路由器。这时，基站和接入路由器分别负责管理第二层和第三层的协议，当用户在相邻基站间发生切换时，只涉及到第二层的切换协议，不需要改变第三层的移动IP的地址。表1是两种网络的比较。4G的基本概念和要求LOGO4G的基本概念和要求的基本概念和要求两种构架的比较两种构架的比较LOGO下一代移动通信（4G）中的关键技术LOGOvOFDM技术v智能天线v软件无线电vMIMO技术v基于IP的核心网 LOGO正交频分复用（OFDM）技术OFDM的特点为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；各路已调信号是严格

10、正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；每路子载波的调制是多进制调制；每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器的效率。LOGO正交频分复用（OFDM）技术正交频分复用(OFDM)的基本原理OFDM的基本原理是将高速的数据流分解为多路并行的低速数据流，在多个载波上同时进行传输。对于低速并行的子载波而言，由于符号周期展宽，多径效应造成的时延扩展相对变小。当每个OFDM符号中插入定的保护时间后，码间干扰几乎就可以忽略

11、。表示式设在一个OFDM系统中有N个子信道，每个子信道采用的子载波为 式中，Bk 第k路子载波的振幅，它受基带码元的调制 fk 第k路子载波的频率 k 第k路子载波的初始相位LOGO正交频分复用（OFDM）技术则在此系统中的N路子信号之和可以表示为 上式可以改写成式中，Bk是一个复数，为第k路子信道中的复输入数据。因此，上式右端是一个复函数。但是，物理信号s(t)是实函数。所以若希望用上式的形式表示一个实函数，式中的输入复数据Bk应该使上式右端的虚部等于零。LOGOOFDM信号的产生码元分组：先将输入码元序列分成帧，每帧中有F个码元，即有F比特。然后将此F比特分成N组，每组中的比特数可以不同，

12、如下图所示。图8-165 码元的分组tttB0B1B2B3BN-1F比特F比特F比特帧tB0B1BNb0比特b1比特b3比特b2TfTs正交频分复用（OFDM）技术LOGOOFDM调制原理方框图分帧分组串/并变换编码映射.IDFT.并/串变换D/A变换上变频OFDM信号二进制输入信号正交频分复用（OFDM）技术LOGO正交频分复用（OFDM）技术vOFDM 收发信机结构LOGO智能天线v智能天线的基本概念:智能天线利用数字信号处理(DSP)技术，在空间产生指向性波束，使阵列主瓣对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而可以高效地利用移动用户信号的空域信息最大化接收期望信号并删除

13、或抑制干扰信号的目的。v智能天线的分类智能天线分为两大类：多波束天线与自适应天线阵列。1.多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元数目而确定。当用户在小区中移动时，基站在不同的相应波束中进行选择，使接收信号最强。因为用户信号并不一定在波束中心，当用户位于波束边缘及干扰信号位于波束中央时，接收效果最差，所以多波束天线不能实现信号最佳接收，一般只用作接收天线。2.自适应天线阵列一般采用天线阵元结构，阵元间距为半个波长。天线阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线阵列是智能天线的主要类型，可以完成用户信号接收和发送。自适应天线阵列系统采用数字信号处

14、理技术识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。LOGO智能天线3.与自适应天线阵列相比，多波束天线具有结构简单、无须判定用户信号到达方向的优点。v智能天线具有如下技术优势：抗衰落，减少多径效应：采用智能天线控制接收方向，天线能自适应地在用户方向形成波束，并对接收到的信号进行自适应加权处理，使有用接收信号的增益最大，延迟波方向的增益最小，减小了信号衰落的影响。抗干扰：抗干扰技术的实质是空间域滤波。智能天线波束具有方向性，可区别不同入射角的无线电波，可调整控制天线阵单元的激励“权值”。智能天线的调整方式与具有时域滤波特性的自适应均衡器类似，可以自适应电波传播环境的变化，优化天线阵列方向图，

15、将天线“零点”自动对准干扰方向，大大提高阵列的输出信噪比，提高系统可靠性。增加系统容量：自适应阵列天线另外一个好处是增加系统容量。首先，由于自适应阵列天线波束变窄，提高了天线增益及载干比(CIR)指标，减少了移动通信系统的同频干扰，降低了频率复用系数，提高了频谱利用效率。LOGO增加基站覆盖面积：采用自适应阵列天线的基站由于改进了系统CIR和信干噪比（SINR）指标，同时对单个或某组用户的覆盖定向增强，可以大大提高蜂窝小区的覆盖面积，并使基站之间的距离可以更远。提高频谱利用效率：由于使用了自适应智能天线技术，基站通过上行信息分析每个用户及干扰源的位置，为每个用户波束赋形，以增强用户的信号增益，

16、同时最大限度地降低对其他用户的干扰。这样，网络的频率复用模式可以从传统的（7,3）复用，改为（4,3）复用，甚至（1,3）复用，频率的复用距离可以缩短1倍或缩短数倍，且网络的服务质量不变。在此基础上，SDMA技术的应用，可以使得系统增加多达1倍的空分信道，使系统的总容量产生成倍的增加。提高通信的安全性：通信技术中，在整个小区内都可以拦截用户的空中接口无线信号。由于自适应无线技术对某个特定用户形成的波束方向性很强，且可以跟随用户移动，这样就提高了窃听的难度，使采用自适应阵列无线技术后，通信的安全性得到大大增强。智能天线LOGO实现移动台定位业务：在移动通信中，如果基站采用智能天线阵，一旦收到信号

17、，即可对每个天线元所连接收机产生的响应作相应处理，获得该信号的空间特征矢量及矩阵，由此获得信号的功率估值和到达方向，从而计算出用户终端的方位。智能天线LOGO软件无线电v软件无线电的基本概念：软件无线电(SWR)是指一种全部可软件编程、具有最大灵活性无线电平台的无线电。全部可编程包括：可编程射频(RF)波段、信道接入方式和信道调制。理想的软件无线电应当具有射频(RF)数字接入能力。因此，软件无线电（SWR）是一个理想的概念，即希望在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。但是，在目前技术条件下，做不到全部可编程的要求。因此，软件无线仅是一个理想境界。v软件无线电

18、的基本组成：软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。LOGOv软件无线电的基本框图：软件无线电LOGOv在软件无线电中的关键技术主要有：宽带/分频段天线：软件无线电台要求能够从短波到微波相当宽的频段内进行工作，最好能研究一种新型的全向宽带天线，可以根据实际需要用软件智能地构造其工作频段和辐射特性。多载波功率放大器（MCPA）：理想的软件无线电在发射方向上把多个载波合成一路信号，通过上变频后，用一种MCPA对宽带的模拟混合信号进行低噪音放大。高速宽带A/D，D/A 变换：A/D 的主要性能是采样速率和采样精度，理想的软件无线电台是直接在

19、射频上进行A/D 变换，要求必须具有足够的采样速率。高速并行DSP：数字信号处理（DSP）芯片是软件无线电所必须的最基本的器件。软件无线电的算法：软件的构造，自然是把对设备各种功能的物理描述建立起数学模型（建模），再用计算机语言描述的算法，最后转换成用计算机语言编制的程序。软件无线电LOGOMIMO技术vMIMO（Multiple-InputMultiple-Output）该技术是指在发射端和接收端分别设置多副发射天线和接收天线，其出发点是将多发送天线与多接收天线相结合以改善每个用户的通信质量（如差错率）或提高通信效率（如数据速率）。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，空

20、间复用技术可以大大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道可靠性，降低信道误码率。LOGOv4G无无线线通信中的通信中的MIMO-OFDM技技术术 MIMO与与OFDM的的结结合合 MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统依然是无能为力。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。大多数研究人员认为OFDM技术是4G的核心技术，4G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO-OFDM，可以提供更高的

21、数据传输速率。另外ODFM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。MIMO技术LOGOMIMO技术MIMO-OFDM 系统框图LOGOvMIMO技术的优缺点：多用户MIMO具有很多优点，比如利用多天线的复用增益来扩大系统的吞吐量，利用多天线的分集增益来提高系统性能，利用天线的方向性增益来区分用户而消除用户间的干扰等等。然而，如果联系实际应用的实现问题，则必须把算法实现的复杂度也考虑进来

22、，需要在性能和复杂度之间找一个折衷点。复杂度可以说是多用户MIMO技术所带来的众多优点所必需付出的代价。前面提到的空时处理方法和网络调度都面临着同样的问题。vMIMO的相关应用：多用户MIMO的典型应用就是多天线基站的无线通信，即多天线基站同时和多个移动台进行通信。另外，向多个移动台发送数据的多个蜂窝小区基站的协调也受到关注。许多发射终端能够合作而MIMO信道接收端却不能够协作的情形，都可以应用这种模型来分析。比如，每个用户存在线间串扰的DSL系统下行链路就是这样一种情形，基站合作的多包多接入信道，高速电路的片对片互联，以及频率选择性信道中用于多址接入的正 交频率复用(OFDM)等等都可以。和

23、蜂窝系统中的多径一样，在这些情形下，如果在发射和接收端进行适当的信号处理，串扰和衰落就能提供额外的分集度。MIMO技术LOGO目前，虚拟MIMO技术已逐渐向着商品化的方向迈进。2006年10月，北电网络进行了业界首次利用虚拟MIMO技术的无线传输试验。这一技术可以帮助移动运营商大幅度增加宽带用户。对于4G运营商来说，这一技术意味着同样的投资可以换来更大的收入。2007年5月，诺基亚西门子合资公司目前已经与德国Fraunhofer电信研究所共同完成了虚拟多入多出技术(Virtual MIMO)的测试，大大提高手机数据传输速度，下一代无线高速LTE(长期演进)手机的数据上传速度能够达到108Mb/

24、s。这些无疑都为运营商向4G移动通信技术演化提供了更加明确的途径。MIMO技术LOGO基于IP的核心网 4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。vIPV6 技技术术IPV6 简介IPv6是

25、Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。LOGO基于IP的核心网 单从数字上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约81028倍，达到2128-1个。这不但解

26、决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量上提供保障。如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大。IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。vIPV6 特点特点（1）IPV6地址长度为128比特，地址空间增大了2的96次方倍；（2）灵活

27、的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度。LOGO（3）IPV6简化了报文头部格式，字段只有7个，加快报文转发，提高了吞吐量；（4）提高安全性。身份认证和隐私权是IPV6的关键特性。（5）支持更多的服务类型；（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展。vIPV6 包的包的组组成成IPv6包由IPv6包头（40字节固定长度）、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成。IPv6数据包：包头IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选

28、项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。基于IP的核心网 LOGOIPv6数据包：扩展包头IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。由于除跳段选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。IPv6数据包：上层协议数据单元上层数据单元即PDU，全称为Protocol Data Unit。PDU由传输头及其负载（如ICMPv6消息、或UDP消息等）组成。而IPv6包有效负载则包括IPv6扩展头和PDU，通常所能允

29、许的最大字节数为65535字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的巨量负载选项进行发送。基于IP的核心网 LOGO基于IP的核心网 vIPV6 优势优势IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有232-1（符号表示升幂，下同）个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1个地址。IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的

30、支持（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。LOGO下一代下一代移移动动通信通信（4G）移动通信发展方向LOGO移动通信发展方向 移动通信是国家发展的基础产业，也是国内目前发展最为迅速的少数几个行业之一，从对

31、国民经济的发展具有重要的推动作用。可以说，移动通信的发展，牵动着我们每个人的切身利益，以我的观点，移动通信的发展方向可以简要的用四个字来概括：多、快、好、省。v多多多业务业务的融合的融合v快更更宽宽的通道和更快的速度的通道和更快的速度v好节节能健康能健康环环保保v省移移动动网网络络IP化化LOGO移动通信发展方向v多多多多业务业务的融合的融合 下一代网络不但要支持传统电话网络与分组网络业务的融合，同时要支持传统技术如ATM、FR、SDH业务的融合。目前主要有基于软交换、多业务传送光网络、多协议标记交换(MPLS)这3种多业务支持网络技术。新的网络将能提供融合各类网络能力的综合业务，特别是移动性

32、、多媒体和互联网相结合的业务。LOGO移动通信发展方向v快快更更宽宽的通道和更快的速度的通道和更快的速度 对于移动宽带，在标准的制定初和后来的市场我们都可以看到，从最早的3G的4Mbps，那么到了下一代的HSPA的14兆，以及新技术的引进等等，在未来可以达到更高，在4G上估计可以达到80兆，如果是用20兆的频带，最高可以超过200兆的速度。那么总体来看，移动宽带向更高的发展速率发展。LOGO移动通信发展方向v好好节节能健康能健康环环保保 未来的移动通信，应当从软件设备到元件的设计之初，即考虑到环保问题。通过对基站的优化选址和充分利用、无线配套的标准化、多厂家混合组网的方式节约资源;通过采用智能软件控制，太阳能基站等技术，减少对环境的污染；使用新技术，将电磁辐射降到更低程度。LOGO移动通信发展方向v省省移移动动网网络络IP化化 传统通信网络为每种业务建设专用的承载平台，业务资源难以融合、共享，运营商必须同时维护多个承载平台，造成建网成本和维护力量双重浪费。IP技术提供了相对理想的解决方案：采用不面向连接的工作方式，简化了信令，克服了节点设备复杂化问题，建网成本大幅下降，可实现对包括话音在内的所有现存业务的综合承载，为用户节省了开支。LOGO第六小组Thank you!LOGO4G的关键技术vOFDM技术v智能天线v软件无线电vMIMO技术v基于IP的核心网