教案面向5G的毫米波移动通信Word格式文档下载.docx

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为了提供移动业务，到2010年，正式部署了第四代移动通信，4G的空中技术是在3.9G中演进的，将OFDM与FDMA结合，以正交频分多址技术为核心，用户峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。

前几代都是基于演进的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龟兔赛跑，面向2020年及未来5G，将很大程度上提高传输速率。

2015年工信部发表第五代移动通信的发展时间表，预计将在2018年将完成技术规范，2020年正式商用。

工信部电信研究院发表的5G无线技术架构白皮书也预示着我国在5G的研发进入标准制定阶段。

中国5G官方推进组负责人曹淑敏讲到，我们已经从最初的概念、需求、场景逐渐走向了用合适的技术去满足这些需求。

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1G~4G阶段里的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后状态！

比如在3G时代，中国虽然自主研发了TD-SCDMA，但是技术上依然无法与其相提并论。

即便到了4G时代，中国TD-LTE有了一定的突破，但是其核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码，都不是中国原创的技术。

这就导致美国高通动不动就控告你侵权，索取额外专利费。

4G和5G相比，简直就如同龟兔赛跑！

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随着4G进入规模商用阶段，第五代移动通信成为全球研究热点。

面向2020年及未来，移动互联网和物联网将成为移动通信发展的主要驱动力。

以用户为中心，提出了未来5G的总体愿景，总共包含三层，第一层将满足用户的居住生活，比如说人们的穿戴式设备中的眼镜、手表，手环等，用户移动终端多样化的互联网业务。

第二层将为用户提供极佳的交互式体验，带来身临其境的信息，比如说日常生活中的智能家具，VR增强现实的体验、观看超高清体育赛事，在外也能连接办公室电脑，打印机的在线云端。

相比4G，5G除了提供移动互联网之外，更加渗透到物联网及各种行业领域中，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。

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5G将满足信息随心致，万物触手及的总体愿景，要解决多样化应用场景下差异化性能指标带来的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，性能指标和效率需求共同定义了5G的关键能力，犹如一株绽放的鲜花。

红花与绿叶相辅相成，其中花瓣代表了5G的六大性能指标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，而花瓣顶点代表了相应指标的最大值；

绿叶则代表了三个效率指标。

其中有8个被ITU接受。

5G关键能力比前几代移动通信更加丰富，用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为5G的关键性能指标。

1用户体验速率：

在真实网络环境下用户可获得的最低传输速率。

在信道条件好的情况下，要求用户能达到1Gbps的下行速度，8K（3D）视频经过百倍压缩后传输速率大约为1Gbps，这样我下载一部高清电影只需要1秒；

相反而在小区边缘覆盖与信号复杂的区域，信道条件变差，但也要求达到100Mbps的下行速率。

相比4G百兆的下载速率明显提升。

与以往只强调峰值速率的情况不同，业界普遍认为用户体验速率是5G最重要的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受最密切的性能指标。

2连接数密度：

现在若是在大型集会、开展体育赛事、开演唱会、密集的商业中心，通常采用临时基站，到了5G每平方公里能同时连接百万个用户，这样就不需要安装临时的基站。

3端到端时延：

未来5G将实现智能交通，无人驾驶，那么对端到端时延需要小于1毫秒，有利于物联网的可靠传输

4移动性：

高铁信号不稳定、总是断线，飞机上还不能进行无线连接，未来5G就可以解决高速移动情况下的连接，速度能达到500+KM/H。

5峰值速率：

单用户可获得的最高传输速率。

一份全扫描的CT图像，只需要数秒便能传输，理论上5G峰值能达到10Gbps

6流量密度：

5G的流量密度能达到数十Tbps/平方公里，大大优化了频谱的利用。

从未来最具挑战性的流量需求出发，结合5G可用的频谱资源和可能的部署方式，经测算可得出5G系统的频谱效率大约需要提高5～15倍。

从我国移动数据流量的增长趋势出发，综合考虑国家节能减排规划和运营商预期投资额增长情况，预计5G系统的能源效率和成本效率也需要有百倍以上的提升。

频谱效率、能耗和成本是移动通信网络可持续发展的三个关键因素。

为了实现可持续发展，5G系统相比4G在频谱效率、能源效率和成本效率方面需要得到显著提升。

频谱效率需提升5~15倍，能源效率和成本效率均要求有百倍以上提升。

5G是面向2020年及未来的移动互联网和物联网业务需求，5G重点支持连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个主要技术场景，将采用大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构等核心技术，通过新空口和4G演进两条技术路线，实现Gbps用户体验速率，并保证在多种场景下的一致性服务。

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5G典型场景涉及未来人们居住、工作、休闲和交通等各种区域，特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等，从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战可归纳为连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四种典型的场景。

其中快速路和城区属于广域覆盖场景，它是移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。

该场景的主要挑战在于随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。

室内办公环境、住宅的小区属于局部的热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。

1Gbps用户体验速率，数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。

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低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持物联网及垂直行业应用。

主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火和车辆网、工业控制等应用需求。

1.低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境检测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。

这类终端分布范围广，数量众多，不仅要求网络具有超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。

2.低延时高可靠场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

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在5G之前，无线通信技术的主要发展方式是演进，也就是基于前一代，向后兼容前一代。

但是未来的5G移动通信不同，为了提供远远超过4G的传输速率，需要新的革命性技术。

5G中四个典型技术场景具有不同的挑战性指标需求，在考虑不同技术共存可能性的前提下，需要合理选择关键技术的组合来满足这些需求。

下面我们将5G中的一种关键技术毫米波通信。

1.在广域覆盖场景，受限于站址和频谱资源，喂了满足100Mbps用户体验速率需求，除了需要尽可能多的低频谱资源外，还需要大幅度提升系统频谱效率。

大规模天线阵列是其中最主要的关键技术之一，新型多只技术可与大规模天线阵列相结合，进一步提升系统频谱效率和多用户接入能力。

2.在热点高容量场景，极高的用户体验速率和极高的流量密度是该场景面临的主要挑战，超密集组网能够有效地复用频率资源，极大提升单位面积内的频率复用效率。

全频接入能够充分利用低频和高频的频率资源，实现更高的传输效率，大规模天线、新型多址等技术与前两种技术相结合，可实现频谱效率的进一步提升。

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无线信号通过电磁波传播，1G~4G采用了300MHz~3GHz的低频段，而5G将频谱分为低频段和高频段。

6GHz以下的低频段主要是以现在的4G 

LTE为基础演进；

而6GHz以上是高频段，也就是微波毫米波，它是全新的、革命性的，特别是应用极少的毫米波。

30GHz~300GHz频段是业界公认的毫米波频段，对应的波段是

就信道编码部分，3G、4G中使用turbo码，未来5G编码研究中，我国主推的是Polar码，欧洲主推Turbo2.0。

就在今年的10月19日，3GPP将美国主推的LDPC确定为5G标准的长码编码方案。

虽然Turbo2.0在理论和工程上都相对LDPC有优势，但也因为非技术原因让位于LDPC码。

美国时间11月17日，国际无线标准化机构3GPP的RAN1（无线物理层）87次会议在美国拉斯维加斯召开，就5G短码方案进行讨论。

三位主角依然是中国华为主推的PolarCode（极化码）方案，美国高通主推LDPC方案，法国主推Turbo2.0方案。

最终，华为的Polar方案从两大竞争对手中胜出！

毫米波的调制方式采用了传统的和新型的映射方式，并逐渐采用了多进制调制，一个符号可以传输更多的比特数。

比如传统单载波BPSK\QPSK、16QAM，传统多载波512OFDMA，新型的128QAM和1024OFDM。

为了充分利用毫米波通信的优势，将它与Massive 

MIMO结合，通过大大增加天线振元增加传输距离和空间复用率。

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毫米波通信被业界认为是5G中的黑暗技术，还存在诸如3D-信道模型、用户调度和拥塞控制，硬件限制、功率控制和自适应波控技术等开放性问题，这部分内容下一次讲。