4-2 移动通信与4G5G技术

4-2移动通信与4G 5G技术

移动通信发展

移动通信制式

运营商	2G	3G	4G	5G	备注
中国移动	GSM	TD-SCDMA	TD-LTE	SA和NSA
中国联通	GSM	WCDMA	TD-LTE FDD-LTE	SA和NSA	CDMA码分多址 TD是时分复用 FDD是频分复用
中国电信	CDMA	CDMA2000	TD-LTE FDD-LTE	SA和NSA

TD-LTE-Aavanced是我国自主知识产权的4G标准

移动通信技术标准

WiMAXII属于4G标准。3G和4G最大的区别是，3G标准骨干网是基于传统时分复用的语音网络，而4G骨干网是基于IP的分组交换网络。

标准	技术	特点
1G	蜂窝通信	只能传语音
2G	GSM、CDMA、GRPS(2.5G)	可以传输少量数据
3G	CDMA2000（中国电信）、WCDMA（中国联通）、TD-SCDMA（中国移动）	骨干网是基于时分复用的语音网络
4G	LTE、UMB、WiMAX Ⅱ	骨干网是基于IP的分组交换网络
5G	统一技术标准，包含NSA/SA组网	大带宽、低时延、支持物联网海量接入

4G

4G标准

候选4G标准有3个：UMB (Ultra Mobile Broadband)、LTE (Long Term Evolution)和 WiMAX II(IEEE 802.16m)。

LTE(长期演进)是沿着GSM→W-CDMA→HSPA→4G 路线发展的技术，是由以欧洲电信为首的3GPP组织制定的。

中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照，中国移动获得了130MHz的频谱资源，远高于中国电信和中国联通的40MHz。

各家运营商得到的商用频段划分如下：

(1)中国移动：1880一1900MHz、2320一2370MHz、2575一2635MHz。

(2)中国联通：2300一2320MHz、2555一2575MHz。

(3)中国电信：2370一2390MHz、2635一2655MHz。

4G关键技术

4G关键技术包括: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、MIMO (Multiple Input Multiple Output)软件无线电(Software Defined Radio,SDR)技术、VolP (Voice over Internet Protocol)技术等。

OFDMA技术：OFDMA技术是4G中的一种多址技术，通过将无线信道分成多个子信道来实现多用户之间的并行传输，提高了频谱利用率和数据传输速率。

MIMO技术：MIMO技术是4G中的一种天线技术，通过使用多个天线来发送和接收数据，可以显著提高无线信道的容量和数据传输速率。

码本分集技术：码本分集技术是4G中的一种编码技术，通过在发送数据时添加纠错码来提高数据的可靠性，减少误码率，从而提高数据传输速率和通信质量。

软件无线电技术：通过软件定义无线电设备的信号处理、调制解调、信道估计等功能，可以实现高度灵活的无线通信系统，提高了系统的可扩展性和适应性。

VoIP技术：VoIP技术是4G中的一种语音通信技术，通过将语音数据转换成数字信号进行传输，实现了语音和数据在同一网络上的传输，提高了通信效率和资源利用率。

安全加密技术：4G中的安全加密技术主要包括身份认证、数据加密、安全传输等，通过使用密码学算法等技术保障数据的安全性和用户的隐私。

4G关键技术之OFDMA

OFDMA技术主要特点：

高频谱效率：OFDMA技术可以将一个频段分成多个子载波，每个子载波都可以独立地传输数据，提
高了频谱利用率。
低功率消耗：日由于OFDMA技术使用了正交频分多址技术，降低了同频干扰，因此可以通过降低传输
功率来实现能耗的降低。
抗干扰能力强：OFDMA技术可以采用频率、时间和空间上的多重保护技术，以提高系统的抗干扰能
力。
支持多用户：OFDMA技术可以将一个频段分成多个子载波，使得多个用户可以同时通过不同的子信道进行通信，提高了系统容量。
LTE系统采用了OFDMA技术作为下行链路的多用户调制技术，以提高系统容量和频谱利用率。
WiMAX系统也采用了OFDMA技术作为其物理层的多用户调制技术。

4G关键技术之MIMO

MIMO技术利用多个天线同时传输和接收信号，增加了信道的自由度，能够显著提高频谱利用率和信道容量，提高数据传输的可靠性和覆盖范围。

MIMO技术主要有两种形式：空时编码(SpaceTime Coding,STC)和空间复用(Spatial Multiplexing,SM)。

空时编码：指在发送端将多个数据流分别编码成多个符号，通过多个天线同时发送，接收端则利用接收到的符号进行解码，从而提高信道的可靠性和传输速率。
空间复用：指利用多个天线同时发送不同的数据流，接收端通过接收到的多个数据流进行解码，从而
提高频谱利用率和传输速率。

4G关键技术－SDR

软件定义无线电(SDR)技术允许无线电设备中的硬件和软件分离，通过软件可编程的方式实现无线电通信，提高通信系统的灵活性和可靠性，同时也可以降低通信系统的成本和维护难度

SDR技术主要用于实现基站设备和终端设备的软件定义，使它们能够在不同频段和协议之间进行无缝切换，并支持不同的通信服务，如数据、语音和视频等
SDR关键功能：

多模式支持：由于4G支持多种制式，采用软件定义无线电技术可以方便地实现多模式支持，使得设备具备更加广泛的应用范围。
多天线技术：软件定义无线电技术可以实现对多天线技术的支持，从而可以提高通信系统的传输速率和容量。
动态频谱接入技术：软件定义无线电技术可以实现对动态频谱接入技术的支持，使得设备可以更加灵活地使用频率资源。
自适应调制技术：软件定义无线电技术可以实现对自适应调制技术的支持，从而可以根据不同的信道条件选择最合适的调制方式，提高通信系统的传输效率

4G关键技术之VoIP

VoIP技术是4G中的一种语音通信技术，通过将语音数据转换成数字信号进行传输，实现了语音和数据
在同一网络上的传输，提高了通信效率和资源利用率。

VoIP技术通过IMS系统实现了语音信号的数字化和封装，使其能够在IP网络中进行传输。

VoIP技术的优点在于能够大幅降低通话费用、提高语音质量、提供更多的增值业务和更加便利的使用方式。

VoIP技术还可以支持多种网络接入方式，包括3G、4G、Wi-Fi、有线网络等。

5G

5G应用场景

高带宽（eMBB）：支持20Gbps峰值速率，适用于3D、AR/VR等应用，提升用户体验。
低时延高可靠（uRLLC）：支持超低时延高可靠通信，5G可以提供小于1ms的端到端时延以及99.9999%的可靠性保障。
海量终端互联（mMTC）：侧重于人与物之间的信息交互，主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等，要求提供多连接的承载通道，实现万物互联。

5G两种组网模式

NSA在原4G基站上搭载5G，节约建设资源、减少建设时间、快速进入5G时代

SA单独组建5G基站，更好的网络体验、更炫酷的应用场景

5G关键技术

5G关键技术包括：超密集异构无线网络、大规模输入输出（MIMO）、毫米波通信、软件定义网络和
网络功能虚拟化。

超密集异构无线网络：相对于4G网络，5G使用较高的频谱，覆盖范围相对较小，需要密集部署宏基站、微基站和室分等不同架构的网络满足覆盖需求。
大规模输入输出（MIMO)：5G沿用了4G网络的多进多出技术（MultipleInputMultiple Output,MIMO），能有效提升网络带宽。
毫米波通信：毫米波小基站可以增强高速环境下用户的网络体验，提升网络的组网灵活性
SDN和NFV：SDN技术实现控制层面和数据层面分离，提升网络灵活性、可管理性和扩展性。NFV技术可以实现软件和硬件解耦，比如传统网络需要购买防火墙、入侵检测、防病毒等硬件安全设备NFV实现网络功能虚拟化后，只需要购买标准服务器，然后虚拟出多台虚拟机，可以在虚拟机上运行软件的虚拟防火墙（vFW）、虚拟机入侵检测（vIPS）和虚拟防病毒（vAV），从而大幅降低网络的建设和维护成本。