浅谈第四代移动通信技术.docx

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浅谈第四代移动通信技术

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浅谈第四代移动通信技术

通行工程A班：

王梦蝶

学号：

08111039

浅谈第四代移动通信技术

摘要：

本文介绍了第四代移动通信系统的产生背景、特点和网络架构，讨论了第四代移动通信物理层的关键技术（OFDM、MIMO等）、网络和协议，最后对未来移动通信系统的发展进行了展望。

关键词：

第四代移动通信；物理层关键技术；网络协议

TheFourthGenerationofMobileCommunicationTechnology

Abstract：

Thebackground．charactersandnetworkstructureof4Gmobilecommunicationswereintroduced．Keytechnologiesofphysicallayerof4GmobilecommunicationsnetworksanysuchasOFDM．MIMOandnetworkprotocolswerediscussed．Theprospectoffuturecommunicationwasanalyzedattheend．

Keywords：

4G　keytechnologiesofphysicallayer　networkprotocol

一、移动通信技术的发展状况

（一）第一代——模拟移动通信系统

第一代（即1G，是thefirstgeneration的缩写）移动通信系统的主要特征是采用模拟技术和频分多址（FDMA）技术、有多种制式。

我国主要采用TACS，其传输速率为2．4kbps，由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只是一种区域性的移动通信系统。

第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来，如频谱利用率低、业务种类有限、无高速数据业务、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盗听和盗号、设备成本高、体积大、重量大。

所以，第一代移动通信技术作为2O世纪8O年代到9O年代初的产物已经完成了任务退出了历史舞台。

（二）第二代——数字移动通信系统

第二代（即2G，是thesecondgeneration的缩写）移动通信系统是从2O世纪9O年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统，采用的技术主要有时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）两种技术，它能够提供9.6-28.8kbps的传输速率。

全球主要采用GSM和CDMA两种制式，我国采用主要是GSM这一标准，主要提供数字化的语音业务级低速数据化业务，克服了模拟系统的弱点。

和第一代模拟移动蜂窝移动系统相比，第二代移动通信系统具有保密性强，频谱利用率高，能提供

丰富的业务，标准化程度高等特点，可以进行省内外漫游。

但因为采用的制式不同，移动标准还不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，还无法进行全球漫游，虽然第二代比第一代有更大的带宽，但带宽还是很有限，限制了数据的应用，还无法实现高速率的业务，如移动的多媒体业务。

（三）第三代——多媒体移动通信系统

随着通信业务的迅猛发展和通信量的激增，未来的移动通信系统不仅要有大的系统容量，还要能支持话音、数据、图像、多媒体等多种业务的有效传输。

第二代移动通信技术根本不能满足这样的通信要求，在这种情况下出现了第三代（即3G，是thethirdgeneration的缩写）多媒体移动通信系统。

第三代移动通信系统在国际上统称为IMT一2000，是国际电信联盟（1TU）在1985年提出的工作在2000MHz频段的系统。

与第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信系统相比，第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业务。

二、第四代移动通信系统的概念

4G也称为广带接入和分布网络．具有超过2Mb／s的非对称数据传输能力。

对高速移动用户能提供150Mb／s的高质量的影像服务。

并首次实现三维图像的高质量传输它包括广带无线固定接入、广带无线局域网。

移动广带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。

是集多种无线技术和无线LAN系统为一体的综合系统。

也是宽带lP接入系统。

在这个系统上。

移动用户可以实现全球无缝漫游。

为了进一步提高其利用率。

满足高速率、大容量的业务需求。

同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落和多径干扰等众多优势。

第四代移动通信系统的网络体系可以分为3层：

物理层（接入层）、网络业务执行技术层（承载层）以及应用层。

物理层提供接入和选路功能，网络业务执行技术层作为桥接

层提供QoS映射、地址转换、即插即用、安全管理、有源网络。

物理层与网络业务执行技术层提供开放式IP接口。

应用层与网络业务执行技术层之间也是开放式接口，用于第

三方开发和提供新业务。

第四代移动通信系统应该具有如下特征。

（1）高速率，高容量

对于高速移动的用户，数据速率为2Mbit/s；对于中速移动的用户，数据速率为20Mbit/s；对于低速移动的用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。

（2）兼容性更加平滑

第四代移动通信系统应该接口开放、能够跟多种网络互联，并且具备很强的对2G、3G手机的兼容性，以完成对多种用户的融合。

在不同系统间无缝切换，传送高速多媒体业务数据。

（3）灵活性更强

4G拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。

采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。

（4）用户共存性

能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通，从而满足多类型用户的需求。

（5）高度自治的自适应网络

能对其结构进行自适应管理，可采用分布式管理和多跳结构，从而满足用户在业务和容量上的变化和演进。

三、第四代移动通信的关键技术

由于不同业务和不同用户之间业务量的不均匀、节点移动引起的网络结构变化以及不同网络之间的无缝漫游等原因，使得第四代移动通信系统需要采用更为先进的无线传输技术，主要的关键技术如下。

1．先进的信号处理及传输技术

在无线通信中，高速移动会产生较大的多普勒频移，会导致严重的频率选择性衰落。

新的调制技术如多载波正交频分复用（OFDM）调制技术可以有效地对抗频率选择性衰落，同时还具有很高的频谱效率。

从技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，第四代移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目，OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。

无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。

OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。

在OFDM系统中，各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。

OFDM有如下优点：

抗多径干扰与窄带干扰能力较单载波系统强；高的频谱利用率；能充分利用信噪比比较高的子信道；抗频率选择性衰落能力强；可与其他多址方式相结合，灵活支持多种业务。

自适应传输技术也是第四代移动通信系统基带信号处理的核心技术。

自适应无线传输技术是指移动通信设备能够根据无线网络的不同情况选取不同的传输方式来获得最佳的无线传输效果。

基于新一代的移动通信系统，这种自适应无线传输技术将得到广泛的应用，其中信源信道联合编码技术、OFDM子载波自适应调制技术就是自适应技术的很好体现。

OFDM自适应调制机制允许各个子载波根据信道状况的不同采用动态的调制方式：

在信道条件比较好的时候采用高效的调制方案；信道状况比较差的时候采用效率较低而性能较好的调制方案。

迭代接收技术是提高接收系统可靠性的主要手段之一。

迭代接收是指在接收端通过多次循环迭代使得接收机的检测和解码性能达到最佳。

一般而言迭代次数越多,接收机的解码性能越好，但系统复杂度也相应增加。

迭代技术从1993年提出的Turbo码迭代译码技术发展而来，Turbo迭代信道估计和解码、波束形成和解码的联合迭代接收、面向MIMO的迭代接收技术都是迭代接收技术具体应用的体现。

随着硬件器件和数字信号处理技术的飞速发展,这些迭代技术将会在下一代通信技术中得到广泛应用。

除此之外，高性能的前向纠错编码（如Turbo编码、LDPC编码技术等）、自动重发请求（ARQ）和分集接收技术也是下一代移动通信网络信号处理使用的主要技术。

2．多入多出技术

MIMO（多入多出）技术已经成为无线通信领域的关键技术之一。

MIMO技术利用发送端和接收端的多个天线来对抗无线信道衰落，从而在不增加系统带宽和天线发射功率的情况下可以有效地提高无线系统的容量，其本质是一种基于空域和时域联合分集的通信信号处理方法。

理论和计算机仿真表明：

在信道状态已知的情况下，基于MIMO的无线系统信道容量可随着收、发端天线的增加而线性增大,因此具有广泛的应用价值。

MIMO技术领域的一个研究热点就是空时编码，常见的编码方法主要有空时分组码、空时格码和BLAST码。

MIMO系统有以下优点：

降低了码间干扰（ISI）；提高了空间分集增益；提高了无线信道容量和频谱利用率。

通过近几年的持续发展，MIMO技术越来越多地应用于各种无线通信系统。

在无线宽带移动通信系统方面，第三代移动通信合作计划组织已经在标准中加入了MIMO技术相关的内容，B3G和4G的系统中也将应用MIMO技术。

在

无线宽带接入系统中，正在制订中的802.16e、802.11n和802.20等标准也采用了MIMO技术。

在其他无线通信系统研究中，如超宽带（UWB）系统、认知无线电系统（CR），都在考虑使用MIMO技术。

3．智能天线技术

智能天线（adaptiveantennaarray，AAA）是一种基于自适应天线原理的移动通信技术，具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。

智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，同时，通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。

在移动通信中，智能天线在消除干扰、扩大小区半径、降低系统成本、提高系统容量等方面具有不可比拟的优越性。

这种技术的优点主要在于可以改善信号质量和增加传输容量，同时又能扩大覆盖区域、降低系统建设成本，因此将在4G系统中得到广泛应用。

4．软件无线电技术

软件无线电（softwaredefinedradio，SDR）是利用数字信号处理技术，在一个通用、可编程控制的硬件平台上，将无线电的标准化、模块化硬件功能单元利用软件加载方式来实现的一种具有开放式结构的技术。

各功能模块如基带处理、高频、中频还有控制协议等全部由软件来完成，即通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可以实现不同的功能，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。

软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现，其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。

5．网络结构与协议

第四代移动通信系统的网络体系结构包括了适用于IP分组传输的空中接口、位置寄存、基站网络配置、无线QoS控制、网络配置和集成式3G-WLAN无缝业务控制等功能模块。

在处理多媒体业务时，智能无线资源管理是关键技术，无线系统资源（频率和发射功率）是有限的且易受阻塞的困扰，因此，有必要采用无线QoS资源控制，以保证业务质量和支持各种级别的应用。

由4G系统支持的应用业务将依据业务的特点进行分类（如分为实时和非实时），无线QoS资源控制方式要既能支持实时性应用，又能支持非实时性应用。

无线资源管理者首先检查可用资源、前/后向链路质量、应用类别以及QoS业务用户级别，然后再指配适当的前/后向链路速率和发射功率。

4G系统中基于IP技术的网络结构可以处理IP包，方便地提供全向功能，关键是选路/切换和鉴权策略。

在第四代移动通信系统中，核心网侧的交换应是一个基于全IP的交换系统，这和固网的发展趋势是相同的，即传统的电路交换和现行的分组交换网络将会被IP分组交换网络所取代，因此射频、线性放大器与信道的控制均是相当重要的组件。

在硬件的实现上，第三代移动通信基础架构均是交换层架构，而第四代移动通信不仅要考虑到交换层级技术，还必须涵盖不同类型的通信接口，因此第四代移动通信主要是基于路由技术的网络架构。

四．结束语

第四代移动通信目前处于实验室研究开发阶段，相关标准的征集也刚刚结束。

尽管第四代移动通信技术有着比3G更快的通信速度、更宽的网络频谱、更加灵活等一系列优越性，但要真正实现，还面临许多难题。

现在对第四代移动通信网络结构的可行性、灵活性及其关键技术的探讨将对它的尽快实现有十分重要的意义。

与3G以及B3G移动通信系统相比，第四代移动通信系统具有高数据率、高频谱利用率、低发射功率、灵活的业务支撑等能力，是未来无线移动通信发展的必然趋势。

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