《移動(dòng)通信》課件第八章 第五代移動(dòng)通信

移動(dòng)通信第八章第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)目錄8.15G移動(dòng)通信概述8.1.1概述8.1.25G的應(yīng)用場景8.2.15G空口關(guān)鍵技術(shù)8.25G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)8.2.25G關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.35G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢8.1.35G的技術(shù)需求MobileCommunicationTheory學(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求掌握5G移動(dòng)通信的三大應(yīng)用場景和技術(shù)需求掌握第五代移動(dòng)通信的空口關(guān)鍵技術(shù)掌握第五代移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)了解未來無線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢8.1.15G移動(dòng)通信概述3GPP將在R15階段完成5G標(biāo)準(zhǔn)工作制定ITU提出工作計(jì)劃，預(yù)計(jì)于2020年底完成標(biāo)準(zhǔn)制定4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入大規(guī)模商用，5G成為全球研發(fā)的熱點(diǎn)5G來了世界主要各國均開展5G相關(guān)項(xiàng)目8.1.25G應(yīng)用場景5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)是能夠同時(shí)滿足三個(gè)場景的通信需求增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（EnhancedMobileBroadband,eMBB）場景海量機(jī)器通信（MassiveMachineTypeCommunications,mMTC）場景超高可靠、低時(shí)延通信（UltraReliableandLowLatencyCommunications,uRLLC）場景8.1.25G應(yīng)用場景增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（EnhancedMobileBroadband,eMBB）場景5G在eMBB中對移動(dòng)寬帶通信提出了更高的要求：既要滿足連續(xù)廣域覆蓋，在滿足用戶移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性的前提下，無論用戶靜止還是高速移動(dòng)、處于覆蓋中心還是邊緣，都能隨時(shí)隨地獲得100Mbps以上的體驗(yàn)速度；又要滿足熱點(diǎn)地區(qū)高容量，面向室內(nèi)外密集人群等熱點(diǎn)區(qū)域，為用戶提供1Gbps的極高數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足數(shù)十Tbps/平方公里的極高流量密度需求。eMBB包括以下各類場景及應(yīng)用：VR/AR、4K/8K超高視頻等更高速率、更高頻譜效率的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。8.1.25G應(yīng)用場景mMTC應(yīng)用場景mMTC主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備超密集連接的支持能力，滿足每平方公里100萬連接數(shù)密度的指標(biāo)要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。mMTC的特點(diǎn)是低成本、低能耗、小數(shù)據(jù)量、大量連接數(shù)。類場景及應(yīng)用：智能抄表、智能農(nóng)業(yè)、物流、追蹤、車隊(duì)管理等大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。8.1.25G應(yīng)用場景uRLLC應(yīng)用場景uRLLC主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，對時(shí)延和可靠性具有極高的指標(biāo)要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。URLLC的特點(diǎn)是高可靠、低時(shí)延、極高的可用性。場景及應(yīng)用：工業(yè)應(yīng)用和控制、無人駕駛、遠(yuǎn)程制造、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、遠(yuǎn)程手術(shù)等需要低時(shí)延、高可靠連接的業(yè)務(wù)。8.1.35G技術(shù)需求按照ITU的要求，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)需支持如下關(guān)鍵能力指標(biāo)：20Gbit/s的峰值速率；100Mbit/s~1Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率；每平方公里100萬的連接數(shù)密度；1ms的空口時(shí)延；相對4G提升3到5倍頻譜效率、100倍能效；500km/h的移動(dòng)性；每平方米10Mbit/s的流量密度等。

8.1.35G技術(shù)需求5G面臨的挑戰(zhàn)和關(guān)鍵技術(shù)如表所示第一個(gè)場景主要滿足未來的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求；后兩個(gè)場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是5G新拓展的場景。

應(yīng)用場景關(guān)鍵指標(biāo)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）100Mbps用戶體驗(yàn)速率峰值速率：數(shù)十Gbps流量密度：數(shù)十Tbps/km2海量機(jī)器通信（eMTC）連接數(shù)：106/km2超低功耗，超低成本超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）空口時(shí)延：1ms端到端時(shí)延：ms數(shù)量級可靠性：接近100%8.1.35G技術(shù)需求傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注用戶峰值速率，而5G系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)更加豐富指標(biāo)名稱用戶體驗(yàn)速率峰值速率流量密度連接數(shù)密度空口時(shí)延移動(dòng)性能效頻譜效率4G10Mbps1Gbps0.1Gbps/km105/km210ms350km/h1倍1倍5G100Mbps20Gbps10Gbps/km106/km21ms500km/h100倍提升（網(wǎng)絡(luò)側(cè)）3-5倍提升提升10倍20倍100倍10倍10倍1.43倍100倍3-5倍8.25G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)空口技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G關(guān)鍵技術(shù)8.2.15G空口關(guān)鍵技術(shù)1.新型多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)是移動(dòng)通信系統(tǒng)中滿足多用戶同時(shí)通信的重要手段，然而4G系統(tǒng)的單鏈路性能已經(jīng)接近理論容量上限。以SCMA、PDMA、MUSA、NOMA為代表的非正交的新型多址技術(shù)可以不僅能提升系統(tǒng)頻譜效率，還可以增加有限資源下的用戶連接數(shù)，增加系統(tǒng)接入容量、降低延時(shí)。MobileCommunicationTheory（1）SCMA是一種基于碼本的、頻譜效率接近最優(yōu)的新型非正交多址接入方案。SCMA適合于小數(shù)據(jù)包、低功耗、低成本的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。（2）PDMA是一種可以在功率域、碼域、空域、頻域和時(shí)域同時(shí)或選擇性應(yīng)用的新型非正交多址接入方案。PDMA適用于5G中提升頻譜效率和系統(tǒng)容量的連續(xù)廣域覆蓋場景和熱點(diǎn)高容量場景。（3）MUSA是一種基于碼域疊加的新型非正交多址接入方案。理論表明，MUSA可將接入網(wǎng)絡(luò)過載能力提升300%以上，能服務(wù)5G海量連接和萬物互聯(lián)。（4）NOMA是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送方法，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過串行干擾消除接收機(jī)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。對于低延時(shí)或低功耗的業(yè)務(wù)場景，可以更好地實(shí)現(xiàn)免調(diào)度競爭接入，實(shí)現(xiàn)低延時(shí)通信，并且減少射頻開啟時(shí)間，降低設(shè)備功耗。8.2.15G空口關(guān)鍵技術(shù)2.靈活雙工

傳統(tǒng)LTE系統(tǒng)中FDD的固定成對頻譜使用和TDD的固定上下行時(shí)隙配比已經(jīng)不能夠有效支撐業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)不對稱特性。靈活雙工充分考慮了業(yè)務(wù)總量增長和上下行業(yè)務(wù)不對稱特性，有機(jī)地將TDD、FDD和全雙工融合，根據(jù)上下行業(yè)務(wù)變化情況動(dòng)態(tài)分配上下行資源，有效提高系統(tǒng)資源利用率，可用于低功率節(jié)點(diǎn)的微基站，也可以應(yīng)用于低功率的中繼節(jié)點(diǎn)。MobileCommunicationTheory8.2.15G空口關(guān)鍵技術(shù)3.大規(guī)模天線概述：大規(guī)模天線技術(shù)（MassiveMIMO）的基礎(chǔ)是MIMO技術(shù)。3GPPRelease10已經(jīng)能夠支持8個(gè)天線端口進(jìn)行傳輸，5G中天線數(shù)目進(jìn)一步增加仍將是MIMO技術(shù)演進(jìn)的重要方向。當(dāng)MIMO系統(tǒng)中的發(fā)送端天線端口數(shù)目增加到上百甚至更多是，就構(gòu)成了大規(guī)模天線（MassiveMIMO）系統(tǒng)?；驹恚寒?dāng)基站天線數(shù)遠(yuǎn)大于用戶天線數(shù)時(shí)，基站與各個(gè)用戶的信道將趨于正交。用戶間干擾將趨于零，巨大陣列增益能提升每個(gè)用戶的信噪比，從而能夠在相同的時(shí)頻資源上支持更多用戶傳輸?；究梢栽谌S空間形成具有高空間分辨的高增益窄細(xì)波束，提供靈活的空間復(fù)用能力，改善接收信號強(qiáng)度并更好地抑制用戶間干擾，從而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。挑戰(zhàn)：大規(guī)模天線的實(shí)用化，滿足大規(guī)模天線在靈活部署、易于運(yùn)維等實(shí)際需求方面，仍面臨許多挑戰(zhàn)：天線的非理想特性、信道信息的獲取、多用戶傳輸?shù)奶魬?zhàn)等。MobileCommunicationTheory8.2.15G空口關(guān)鍵技術(shù)4.高頻通信（6~100GHz）面對5G數(shù)百億級的設(shè)備連接數(shù)和更高速率和帶寬的需求，現(xiàn)有無線通信頻譜資源愈加緊張，擁有更多頻譜資源的6GHz以上的高頻段越來越受到重視，成為研究的熱點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：具有更加豐富的空閑頻譜資源，可利用的頻譜范圍寬，傳播方向性強(qiáng)，抗干擾性好，安全性高，頻率復(fù)用性高。缺點(diǎn)：傳播損耗較大，墻壁等障礙物衰減很大，收發(fā)系統(tǒng)的頻偏會(huì)較大。同時(shí)由于高頻段波長較小，所以元器件的尺寸就小，器件加工精度要求高。MobileCommunicationTheory8.2.25G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)總體設(shè)計(jì):通過基礎(chǔ)設(shè)施平臺和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架兩個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新和協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變革。新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺將引入互聯(lián)網(wǎng)和虛擬化技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于通用設(shè)施的新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺，關(guān)鍵技術(shù)是NFV和SDN。新型的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含接入、控制和轉(zhuǎn)發(fā)三個(gè)功能平面。MobileCommunicationTheory1.新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)8.2.25G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)2.超密集組網(wǎng)（UDN）概述：超密集組網(wǎng)（Ultradensenetwork，UDN）將是滿足2020年以及未來移動(dòng)數(shù)據(jù)流量需求的主要技術(shù)手段。此項(xiàng)技術(shù)通過更加“密集化”的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署獲得更高的頻率復(fù)用，從而在局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級的系統(tǒng)容量提升。挑戰(zhàn)：持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)密度提升將帶來新的挑戰(zhàn)，如：干擾、移動(dòng)性、回傳資源、裝置成本等。主要研究方向：接入和回傳聯(lián)合設(shè)計(jì)：包括混合分層回傳、多跳多路徑的回傳、自回傳技術(shù)和靈活回傳技術(shù)。干擾管理和抑制技術(shù)：基于接收機(jī)和基于發(fā)射機(jī)。小區(qū)虛擬化技術(shù)：以用戶為中心的虛擬化小區(qū)技術(shù)、虛擬層技術(shù)和軟扇區(qū)技術(shù)。MobileCommunicationTheory8.2.25G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)3.軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)MobileCommunicationTheorySDN的典型架構(gòu)分為應(yīng)用層、制層、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層（轉(zhuǎn)發(fā)層）三個(gè)層面。應(yīng)用層包括各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，以及對應(yīng)用的編排和資源管理控制層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)平面資源的處理，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞葦?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層則處理和轉(zhuǎn)發(fā)基于流表的數(shù)據(jù)，以及收集設(shè)備狀態(tài)SDN特性控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離控制面集中化開放的可編程接口SDN架構(gòu)MobileCommunicationTheory8.2.25G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)NFV優(yōu)勢NFV是從運(yùn)營商角度出發(fā)提出的一種軟件和硬件分離的架構(gòu)，將虛擬化技術(shù)引入到電信領(lǐng)域，采用通用平臺來完成專用平臺的功能。NFV能實(shí)現(xiàn)軟件的靈活加載，從而可以在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶端等不同位置靈活地部署配置，加快網(wǎng)絡(luò)部署和調(diào)整的速度，降低業(yè)務(wù)部署的復(fù)雜度，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一化、通用化、適配性等。4.網(wǎng)絡(luò)供能虛擬化(NFV)8.2.25G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)5.網(wǎng)絡(luò)切片MobileCommunicationTheory網(wǎng)絡(luò)切片是利用虛擬化技術(shù)將5G網(wǎng)絡(luò)物理基礎(chǔ)設(shè)施資源根據(jù)場景需求虛擬化為多個(gè)相互獨(dú)立、平行的虛擬網(wǎng)絡(luò)切片。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片按照業(yè)務(wù)場景的需要和話務(wù)模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的定制裁剪和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源的編排管理。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片可以視為一個(gè)實(shí)例化的5G核心網(wǎng)架構(gòu)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)，運(yùn)營商可以進(jìn)一步對虛擬資源進(jìn)行靈活的分割，按需創(chuàng)建子網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片的特點(diǎn)8.35G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢MobileCommunicationTheory5G來了挑戰(zhàn)發(fā)展趨勢挑戰(zhàn)基于目前網(wǎng)絡(luò)、終端、頻率以及業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，要滿足5G系統(tǒng)的愿景和需求，會(huì)在頻率、技術(shù)和運(yùn)營方面帶來了巨大挑戰(zhàn)。MobileCommunicationTheory運(yùn)營挑戰(zhàn)

技術(shù)挑戰(zhàn)

頻率挑戰(zhàn)

分配足夠的頻段支持業(yè)務(wù)發(fā)展靈活的頻率使用和無線電規(guī)則的調(diào)整提升空口效率提高覆蓋效率和業(yè)務(wù)能力降低能耗降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營成本提高終端能力并降低功耗盈利模式運(yùn)營模式發(fā)展趨勢演進(jìn):移動(dòng)通信的用戶換代需要一個(gè)長期的過程，預(yù)計(jì)到2020年，LTE及其演進(jìn)系統(tǒng)將成為最主流的通信系統(tǒng)，LTE持續(xù)演進(jìn)將是5G系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。創(chuàng)新：LTE及其演進(jìn)