《通信系统演进介绍》课件

通信系统的演进历程通信技术的发展历程见证了人类社会的进步从最初的电报到如今的网络通5G,信系统不断创新和升级为人类生活带来了翻天覆地的变革下面我们将一起探,讨通信系统的发展历程作者M M课程概述课程概述本课程将详细介绍通信系统的发展历程,从1G模拟系统到5G新空口系统的技术演进重点解析各代通信系统的特点和关键技术技术重点包括信道编码、调制技术、多址接入等关键技术的发展历程与性能分析了解通信技术的演进与未来趋势应用场景介绍5G典型应用场景,如增强移动宽带、海量机器通信、低时延通信等,探讨通信技术如何支撑未来应用需求通信系统发展历程1G模拟蜂窝系统1年代首次商用19802G数字蜂窝系统2年代引入数字技术19903G第三代移动通信系统3年代提升数据能力20004G长期演进LTE系统4年代实现高速移动宽带2010通信系统从最初的模拟蜂窝系统发展到如今的系统经历了一系列技术革新和迭代每个时代的移动通信系统都为用户提供了更高的连接1G4G LTE,速率、更广泛的覆盖范围和更丰富的业务体验作为下一代移动通信技术正在开启全新的通信时代5G,模拟蜂窝系统1G单一蜂窝覆盖模拟语音传输有限漫游能力缺乏安全性系统采用单一大功率基站覆系统采用模拟语音编码方式系统的漫游功能非常有限系统没有加密和用户身份验1G1G,1G,1G盖广阔区域不具备频谱重用通话质量较差不支持数字业只能在少数国家间实现有限的证机制通话安全性较差,,,能力通话质量易受干扰容务移动性,量有限数字蜂窝系统2G数字编码技术蜂窝网络结构12系统采用数字编码技术，提引入蜂窝结构实现频率复用2G,,高信号质量和抗干扰能力提高频谱利用率时分多址访问改善移动性34使用技术多用户共享同实现手机在蜂窝网中的顺畅切TDMA,一个频率信道换提高移动性,第三代移动通信系统3G高速数据传输完整的多媒体功能系统大幅提高了移动数据的传输速度支持更多互联网应用和服系统集成了语音、数据、图像和视频等多种通信能力为用户提3G,3G,务供优质的多媒体体验更广泛的覆盖范围增强的安全性系统的蜂窝网络覆盖范围不断扩大有效提升了移动通信的普及系统采用更加先进的加密技术和认证机制极大地提升了通信数3G,3G,率据的安全性长期演进系统4G LTE高速移动宽带高效网络架构全面移动性系统采用先进的无线接入技术能为网络采用了扁平化的全架构设计系统支持高速移动环境下的平滑切4G LTE,4G LTEIP,4G LTE用户提供高达的下载速率大幅提简化了网络结构提高了系统性能和能源利换和无缝漫游提升了用户移动通信体验100Mbps,,,升了移动宽带体验用效率新空口系统5G灵活自适应支持高频段新空口系统能够根据用户需求新空口系统可以利用高频段毫5G5G和网络环境自动调整各种关键参米波频段大幅提高系统带宽和数,数以提高系统性能和资源利用效据传输速度,率低功耗设计支持多连接新空口系统采用先进的信号处新空口系统支持大规模的设备5G5G理算法和硬件架构大幅降低终端同时连接满足海量物联网应用的,,和基站的功耗需求网络架构5G网络架构采用云原生设计采用软硬件解耦、虚拟化和容器化技5G,术核心网、无线接入网、传送网等功能模块实现完全虚拟化部署提高系统灵活性和可扩展性网络切片技术用于按需定制多样,化的业务网络边缘计算和分布式处理提高终端就近接入能力和实时响应性典型应用场景5G技术发展带来了众多创新应用场景包括远程医疗、智慧城市、工业物联网、5G,智能交通、虚拟现实等这些应用充分利用了的高带宽、低延迟和广覆盖特5G点为人们的生活和工作带来了前所未有的便利,通过技术医疗诊断和手术可以远程实现城市管理和环境监测更加智能高效5G,,,工厂生产线可以实现真正的自动化交通工具可以实现无人驾驶等沉浸,,VR/AR式体验也变得更加流畅关键技术5G毫米波通信技术大规模天线阵列技术12将利用高频毫米波频段大规模天线阵列可实现更高的5G24-扩大传输带宽为高速频谱效率和覆盖范围为提47GHz,,5G率、大容量的应用提供支持供性能提升非正交多址技术网络切片技术34非正交多址可大幅提网络切片可按需提供定制化网NOMA高频谱利用效率是网络关络服务满足不同行业和应用的,5G,键的多接入技术之一差异化需求毫米波通信技术高频率优势应用场景技术挑战发展趋势毫米波技术利用至毫米波技术广泛应用于新高频衰减强、穿透能力差是毫随着商用部署和技术进步30GHz5G5G,的高频率频段可提空口、短距离高速无线传输、米波通信的主要技术难题需毫米波通信将在高速移动通信、300GHz,,供更大的带宽资源支持更高车载雷达和卫星通信等领域要采用大天线阵列和波束赋形工业物联网等领域得到更广泛,的传输速率和容量技术克服应用大规模天线阵列技术提高数据传输效率大规模天线阵列通过空间复用增加了信道带宽利用率可以提高数据吞吐量,实现智能波束赋形通过相位和幅度调整大规模天线阵列可以生成高指向性的波束有效覆盖用户,,支持大容量MIMO多天线多用户技术可以极大提升系统的频谱效率和容量MIMO非正交多址技术非正交多址技术技术原理系统架构非正交多址技术是新兴的关键技术之一基于不同用户信号之间的特性差异如码序、非正交多址技术需要配合先进的信号处理和5G,,通过允许用户在同一时频资源上同时传输数调制波形、载波频率等实现在相同时频资干扰消除算法在发送端和接收端实现高效,,据大幅提高频谱利用率源上的非正交多址接入的信号分离和检测,网络切片技术灵活的网络资源部署业务隔离与安全保障动态智能调整降低运营成本网络切片技术可以根据不同业每个网络切片都是独立且相互通过分析业务需求网络切片基于网络切片的按需资源分配,务需求灵活划分网络资源为隔离的可以确保不同服务的可以动态调整网络配置实现模式可以有效降低网络部署,,,,每个业务定制专属的网络环境数据安全和业务隔离提高网快速响应和自动化管理提高和运营的成本提高网络投资,,,这种按需分配的方式提高了网络的可靠性和安全性网络的灵活性和适应性收益络资源的利用效率边缘计算技术就近处理数据提高响应速度边缘计算将数据处理和应用部署通过在网络边缘进行实时分析和到靠近数据源头的终端设备和网处理可以大幅降低数据传输时延,,关中减少中心云的负担提高系统响应速度,保护隐私安全增强网络弹性边缘计算可将数据保留在本地减即使中心云出现故障网络边缘的,,少数据上传到云端的风险提高数分散式架构也能保证关键应用继,据隐私和安全性续运行研究现状及发展趋势5G研究现状全球范围内标准化工作进展顺5G5G利主要国家和地区正在大规模部署,网络中国作为发展领先国5G5G家之一正在大力推动技术的研,5G发和商用部署发展趋势随着网络的广泛应用未来技5G5G,5G术将向更高频率、更大带宽、更低时延和更高可靠性等方向发展同时将与物联网、人工智能等技,5G术深度融合推动智能交通、远程医,疗等垂直行业的数字化转型通信系统性能指标对比信道编码技术发展历程1940年代1信道编码技术的雏形出现科学家开始研究如何提高数字,通信系统的抗噪声能力1950年代2香农在信息论的基础上提出了编码和解码的基本原理奠,定了信道编码的理论基础1960年代3卷积码和迭代解码算法的提出成为信道编码的重要发展这些技术在之后的通信系统中广泛应用1990年代4低密度奇偶校验码和循环码等高效编码技术被提出大幅,提升了信道编码的性能21世纪5随着通信技术的不断发展等新一代系统采用了更加,5G先进的高性能编码方案信道编码技术4G涡旋码低密度奇偶校验码卷积码循环冗余校验采用高效的涡旋码技术能够码具有良好的误码率特性卷积码作为一种经典的信道编码在系统中广泛应用于4G,LDPC CRC4G在信噪比较低时提供较高的纠和并行编码解码的特点广泛应码技术在系统中也有重要应误差检测提高信道编码的可靠,,4G,错性能用于系统用性4G新型信道编码技术5G新型码极化码技术改进的涡轮码LDPC采用了比以往更强大的低密度奇偶校验引入了基于信道极化的极化码能够更好在涡轮码的基础上进行了优化使用5G5G,5G4G,码码具有更好的抗干扰能力和编解地利用信道特性在保证可靠性的同时提高更高效的编解码算法从而进一步提高了性LDPC,,,码效率能够有效支持高数据速率传输编码效率能和效率,信道编码性能与复杂度分析10Mbps8数据速率码长10016码率编码器复杂度不同信道编码技术在数据速率、编码长度、码率以及编码器复杂度等方面存在差异需要根据具体应用场景权衡这些性能指标选择合适的,编码方案调制技术发展历程模拟调制1世纪末期开始应用19数字调制2世纪年代开始广泛应用2050先进频谱利用3高谱效率的调制技术通信调制技术从早期模拟信号传输发展到现代数字信号传输不断提高了频谱效率和系统性能近年来为了满足日益高带宽、高速率的要,,求新型先进调制技术如、等被广泛应用于通信网络,OFDM QAM4G/5G调制技术4G正交频分多址调制自适应编码调制1OFDMA264-QAM3系统采用技术将频带划系统采用调制技术可以系统会根据信道情况动态调整编4G OFDMA,4G64-QAM,4G分为多个正交的子载波实现高速数在有限的频谱资源内实现更高的频谱码和调制方式最大化传输效率和可,,据传输和可靠通信利用率靠性新型调制技术5G正交频分多址星座映射优化波束成形技术码速率自适应OFDMA引入更优化的星座映射算配合大规模天线阵列可实支持动态码速率自适应根5G,5G5G,5G采用OFDMA作为新型调制法,提升调制信号的抗干扰能现波束成形,聚焦信号传输方据信道状况调整调制方式,提方式,能够更好地抵抗频率选力和功率效率向,增强通信可靠性高传输效率择性衰落提高频谱利用率,调制技术性能分析多址技术发展历程频分多址FDMA最初的多址技术,通过分配不同的频率信道给用户实现互不干扰时分多址TDMA将时间频道划分为多个时隙,分配给不同用户使用具有更高的频谱利用率码分多址CDMA利用正交码对用户信号进行编码,实现在同一频带上共享信道正交频分多址OFDMA通过正交子载波分配,实现高速数据传输和频谱利用率成为4G和5G的主要技术多址技术4G多址技术多址技术多址技术OFDMA SC-FDMA CDMA系统采用正交频分多址技术上行链路采用单载波频分多址系统延续了的码分多址技术4G OFDMA,SC-FDMA4G3G CDMA,通过时频资源的合理分配实现多用户接入技术可降低终端功耗改善上行链路覆盖通过伪随机码的正交性实现多用户接入,,,具有抗多径干扰、频谱利用率高等兼具的优点与具有抗干扰、容量大等优点OFDMA SC-FDMA OFDMA,OFDMA CDMA优点形成有效补充新型多址技术5G混合多址技术采用非正交多址和正交多址的混合方式提高频谱利用率和连接性5G NOMAOMA,动态资源分配根据用户需求和信道状态动态分配资源实现更灵活和高效的资源利用,波束赋形技术利用大规模天线阵列实现波束赋形可针对用户位置和信道状态进行定制化服务,多址技术性能分析20%峰值数据率提升新型多址技术可提升峰值数据率约20%30%频谱效率提高频谱效率可提高约30%，提升网络容量15%时延降低5G多址技术可降低系统时延约15%5G新型多址技术包括非正交多址NOMA等先进方案,能显著提高系统的峰值数据率、频谱效率和时延性能与4G系统相比,这些指标均有15%以上的改善,增强了5G网络的整体性能结论与未来展望通信技术的迅猛发展带来了日新月异的变革技术的问世开启了新的通信时代,5G未来我们将迎来多种新兴技术的融合与创新为人类社会带来更智能、更高效和,更美好的未来。