教案--面向5g的毫米波移動通信

1、第三頁：回顧移動通信的發(fā)展歷程，每一代移動通信系統(tǒng)都可以通過標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來定義。1978年，美國首先在芝加哥開始了關(guān)于全球第一個蜂窩移動通信系統(tǒng)AMPS:AdvancedMobilePhoneService高級移動電話動電話服務(wù)系統(tǒng)，開啟了1G時代，該時段的系統(tǒng)采用頻分多址，只能提供模擬語音業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)率僅為2.8kbps~56kbps；2G時代中全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemfMobilecommunicat

2、ions)的空中接口采用時分多址技術(shù)。GSM較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是它的信令和語音信道都是數(shù)字式的，可提供數(shù)字語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這時候都可發(fā)短消息了但仍然是窄帶的；2000年開始部署了3G，3G以碼分多址為技術(shù)特征，同時采用多輸入輸出技術(shù)增加系統(tǒng)的吞吐率，此時的用戶峰值速率提升到2Mbps至數(shù)十Mbps，可以支持多媒體寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為了提供移動業(yè)務(wù)，到2010年，正式部署了第四代移動通信，4G的空中技術(shù)是在3.9G中演進(jìn)的，將OF

3、DM與FDMA結(jié)合，以正交頻分多址技術(shù)為核心，用戶峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能夠支持各種移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。前幾代都是基于演進(jìn)的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龜兔賽跑，面向2020年及未來5G，將很大程度上提高傳輸速率。2015年工信部發(fā)表第五代移動通信的發(fā)展時間表，預(yù)計將在2018年將完成技術(shù)規(guī)范，2020年正式商用。工信部電信研究院發(fā)表的5G無線技術(shù)架構(gòu)白皮書也預(yù)示著我國在5G的研發(fā)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)制定階段。中國5G

4、官方推進(jìn)組負(fù)責(zé)人曹淑敏講到，我們已經(jīng)從最初的概念、需求、場景逐漸走向了用合適的技術(shù)去滿足這些需求。第四頁1G~4G階段里的重要專利技術(shù)幾乎被美國的高通、愛立信壟斷，中國一直處于落后狀態(tài)！比如在3G時代，中國雖然自主研發(fā)了TDSCDMA，但是技術(shù)上依然無法與其相提并論。即便到了4G時代，中國TDLTE有了一定的突破，但是其核心長碼編碼Turbo碼和短碼咬尾卷積碼，都不是中國原創(chuàng)的技術(shù)。這就導(dǎo)致美國高通動不動就控告你侵權(quán)，索取額外專利費。4

5、G和5G相比，相比，簡直就如同直就如同龜兔賽跑！跑！第五頁隨著4G進(jìn)入規(guī)模商用階段，第五代移動通信成為全球研究熱點。面向2020年及未來，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)將成為移動通信發(fā)展的主要驅(qū)動力。以用戶為中心，提出了未來5G的總體愿景，總共包含三層，第一層將滿足用戶的居住生活，比如說人們的穿戴式設(shè)備中的眼鏡、手表，手環(huán)等，用戶移動終端多樣化的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。第二層將為用戶提供極佳的交互式體驗，帶來身臨其境的信息，比如說日常生活中的智能家具，VR增強

6、現(xiàn)實的體驗、觀看超高清體育賽事，在外也能連接辦公室電腦，打印機(jī)的在線云端。相比4G，5G除了提供移動互聯(lián)網(wǎng)之外，更加滲透到物聯(lián)網(wǎng)及各種行業(yè)領(lǐng)域中，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等深度融合，有效滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的多樣化業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。第六頁5G將滿足信息隨心致，萬物觸手及的總體愿景，要解決多樣化應(yīng)用場景下差異化性能指標(biāo)帶來的挑戰(zhàn)，不同應(yīng)用場景面臨的性能挑戰(zhàn)有所不同，性能指標(biāo)和效率需求共同定義了5G的關(guān)鍵能力

7、，猶如一株綻放的鮮花。紅花與綠葉相輔相成，其中花瓣代表了5G的六大性能指標(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來多樣化業(yè)務(wù)與場景需求的能力，而花瓣頂點代表了相應(yīng)指標(biāo)的最大值；綠葉則代表了三個效率指標(biāo)。其中有8個被ITU接受。5G關(guān)鍵能力比前幾代移動通信更加豐富，用戶體驗速率、連接數(shù)密度、端到端時延、峰值速率和移動性等都將成為5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)。森林防火和車輛網(wǎng)、工業(yè)控制等應(yīng)用需求。1.低功耗大連接場景主要面向智慧城市、環(huán)境檢測、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感

8、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。這類終端分布范圍廣，數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具有超千億連接的支持能力，滿足100萬km2連接密度指標(biāo)要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。2.低延時高可靠場景主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，這類應(yīng)用對時延和可靠性具有極高的指標(biāo)，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。第九頁在5G之前，無線通信技術(shù)的主要發(fā)展方式是演進(jìn)，也就是基

9、于前一代，向后兼容前一代。但是未來的5G移動通信不同，為了提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過4G的傳輸速率，需要新的革命性技術(shù)。5G中四個典型技術(shù)場景具有不同的挑戰(zhàn)性指標(biāo)需求，在考慮不同技術(shù)共存可能性的前提下，需要合理選擇關(guān)鍵技術(shù)的組合來滿足這些需求。下面我們將5G中的一種關(guān)鍵技術(shù)毫米波通信。1.在廣域覆蓋場景，受限于站址和頻譜資源，喂了滿足100Mbps用戶體驗速率需求，除了需要盡可能多的低頻譜資源外，還需要大幅度提升系統(tǒng)頻譜效率。大規(guī)模天線陣列是其中最主

10、要的關(guān)鍵技術(shù)之一，新型多只技術(shù)可與大規(guī)模天線陣列相結(jié)合，進(jìn)一步提升系統(tǒng)頻譜效率和多用戶接入能力。2.在熱點高容量場景，極高的用戶體驗速率和極高的流量密度是該場景面臨的主要挑戰(zhàn)，超密集組網(wǎng)能夠有效地復(fù)用頻率資源，極大提升單位面積內(nèi)的頻率復(fù)用效率。全頻接入能夠充分利用低頻和高頻的頻率資源，實現(xiàn)更高的傳輸效率，大規(guī)模天線、新型多址等技術(shù)與前兩種技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)頻譜效率的進(jìn)一步提升。第十頁無線信號通過電磁波傳播，1G~4G采用了300MHz~

11、3GHz的低頻段，而5G將頻譜分為低頻段和高頻段。6GHz以下的低頻段主要是以現(xiàn)在的4GLTE為基礎(chǔ)演進(jìn)；而6GHz以上是高頻段，也就是微波毫米波，它是全新的、革命性的，特別是應(yīng)用極少的毫米波。30GHz~300GHz頻段是業(yè)界公認(rèn)的毫米波頻段，對應(yīng)的波段是1~10mm.2015年FCC提議將28GHz用于小蜂窩通信，64~71GHz頻段的7GHz帶寬用于短距離的室內(nèi)熱點場景。第11頁毫米波頻段的優(yōu)點是可以實現(xiàn)超寬帶，可以很輕松地實現(xiàn)超

12、高的傳輸速率；但是挑戰(zhàn)也很大，第一個是傳播損耗：1：傳輸損耗與頻率的平方成正比，高頻段損耗大。針葉、降雨損耗也隨頻率增加而增加。2：與低頻段通信最大的差別在于毫米波的波長短，使其傳播距離近，容易受到墻面、物體和人等障礙物的阻擋，針對這些傳播損耗，最好的解決方案是采用高增益方向性天線或天線陣來補償。第二個是延時擴(kuò)展：毫米波頻段的延時擴(kuò)展依賴于散射環(huán)境，同時在非視距情況下的時延擴(kuò)展也隨波束變化而變化。第三個信道特征是小尺度衰落，在短時間內(nèi)的