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1、3G缺乏全球统一标准；数据传输率只接近普通的拨号接入水平，更赶不上XDSL等。所以，在第三代移动通信还没有完全的铺开，距离完全实用还有一段距离的时候，已经有不少国家开始对下一代（4G）移动系统的研究。第四代移动通信系统可称为广带（Broadband）接入和分布网络，第四代移动通信技术可把上网速度提高到超过第三代移动技术50倍，可实现三维图像高质量传输。4G移动通信技术的信息传输级数要比3G移动通信技术的信息传输级数高一个等级。本文将介绍第四代移动通信技术的核心技术，发展方向和目标。关键词：第四代移动通信技术（4G） 正交频分复用（OFDM） 多入多出技术（MIMO） 智能天线A brief d

2、iscussion of future mobile communication systemMajor: Communication EngineeringStudent: Zhu Qingyun Supervisor:Tang QuanAbstractIn twenty-first Century, the mobile communication technology and the rapid development of the market,under the joint action of new technology and market demand.Future mobil

3、e communication technology will present the following trend: The network of business data, Grouping, Mobile Internet gradually formed, Digital network technology, Broadband, Network equipment intelligent, Applied to the higher frequency band, Efficient utilization of frequency spectrum; Miniaturizat

4、ion; Integrated of Mobile network, Globalization, Personalized; Convergence of variety of network; High speed, high quality, low cost. Mobile communication technology has been rapid development, It has experienced three generations.But, The third generation mobile communication system has been limit

5、ed by air interface stadand,3G can provide the service rate of the dynamic range is not big,It can not meet the requirements of various business types. Which frequency assigned to the3G resources have become saturated that no more than XDSL and so on.So In the third generation mobile communication a

6、re not completely spread, From full utility to still have a paragraph of space time, There have been many countries start to the next generation （4G ） mobile system research. The fourth generation mobile communication system can be called Broadband access and distribution network. The fourth generat

7、ion mobile communication technology could improve the Internet speed to more than third generation mobile technology 50times.It could realize three-dimensional images of high quality transmission. 4G mobile communication technology information transmission series than the 3G mobile communication tec

8、hnology information transmission progression is high one grade. This paper introduces the fourth generation mobile communication technology is the core technology, development direction and target.Key words：The fourth generation mobile communication technology（4G） Intelligent antenna OFDM（Orthogonal

9、 Frequency Division Multiplexing） MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put） 目 录1导 论 52 4G移动通信简介 52.1 4G发展背景 52.2 4G优势 62.2.1通信速度更快 62.2.2网络频谱更宽 72.2.3通信更加灵活 72.2.4智能性能更高 72.2.5兼容性能更平滑 72.2.6提供各种增值服务 82.2.7实现更高质量的多媒体通信 82.2.8频率使用效率更高 82.2.9 通信费用更加便宜 93. 4G中关键技术 93.1OFDM正交频分复用技术 93.2MIMO技术 93.3 软件无线电技术 93

10、.4智能天线技术 103.5 调制与编码技术 103.6 高性能的接收机 103.7全IP技术 103.8多用户检测技术 113.9切换技术 113.10睡眠模式 113.11定位技术 123.12切换技术 123.13软件无线电技术 123.14智能天线技术 123.15交互干扰抑制和多用户识别 133.16新的调制和信号传输技术 134 正交频分复用（OFDM）详细介绍及功能仿真 134.1 串/并变换 144.2 子载波调制 144.3 OFDM的IDFT/DFT实现 144.4 保护间隔和循环前缀 155. 多入多出（MIMO）以及智能天线的运用 165.1MIMO天线3种技术及应用场

11、景分析 165.1.1 发射分集的空时编码 165.1.2 空间复用 185.1.3波束成型技术 185.1.4三种技术优缺点及应用场景 195.2 智能天线 195.3小结 20结束语 20参考文献 21致 谢 221导 论移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的通信。随着电子技术的发展，特别是半导体、集成电路和计算机技术的发展，移动通信得到了迅速的发展。随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。20世纪80年代以来，移动通信已成为现代通信网中不可缺少并发展最快的通信方式之一。回顾移动通信的发展历程，移动通信的发展大致经历了几个发展阶段：

12、第一代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量低、活动范围受限的问题。第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点。第三代移动通信的主要特征是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点，克服了其缺点外，还能够提供宽带多媒体业务，能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务，并能实现全球漫游。现在用的大多是第二代技术，第三代技术还不太成功，但已有了第四代技术的设想。第四代移动通信系统（4G）标准比第三代具有更多的功能。2 4G移动通信简介2.1 4G发展背景大家知道，所有技术的发展都不可能在一夜之间实现，从GSM、GPRS到4

13、代，需要不断演进，而且这些技术可以同时存在。我们都知道最早的移动通信电话是采用的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能提供区域性话音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。随着移动电话迅猛发展，用户增长迅速，传统的通信模式已经不能满足人们通信的需求，在这种情况下就出现了GSM通信技术，该技术用的是窄带TDMA，允许在一个射频（即蜂窝）同时进行8组通话。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在9001800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国采纳。GSM是1991年开始投入使用的。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。GSM数

14、字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s，和五、六年前用固定电话拨号上网的速度相当，而当时的internet几乎只提供纯文本的信息。而时下正流行的数字移动通信手机是第二代（2G），一般采用GSM或CDMA技术。第二代手机除了可提供所谓“全球通”话音业务外，已经可以提供低速的数据业务了，也就是收发短消息之类。虽然从理论上讲，2G手机用户在全球范围都可以进行移动通信，但是由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。针对GSM通信出现的缺陷，人们在2

15、000年又推出了一种新的通信技术GPRS，该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步，GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入股务。在这之后，通信运营商们又将推出EDGE技术，这种通信技术是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半”技术，它有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，它允许高达384KbPs的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有

16、的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。在新兴通信技术的不断推动之下，象征着3G通信的标志技术WCDMA也将成为未来通信技术的主流。该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率，在这样的条件下，现在计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。WCDMA通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图像数据、与互联网快速连接；此外WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。人们之间沟通的瓶颈将由现在的网络传输速率转变为各种新型应用的提供：如何让无线网络更好的为人们服务而不是给人们带来骚扰，如何让每

17、个人都能从信息的海洋中快速的得到自己需要的信息，如何能够方便的携带、使用各种终端设备，各种终端设备之间如何更好的自动协同工作等等。在上述通信技术的基础之上，无线通信技术最终将迈向4G通信技术时代。从无线通信系统的发展历程来看，第一代移动通信系统的任务已经达成，而现阶段是第二代移动通信系统的时代，今后十年将会是3G移动通信系统正兴的时期，或许到了十年以后将会是第四代移动通信的天下。但我们不难发现每一个不同的移动通信系统均会有重复性的时间点，大约每十年就有一项技术更新，不过随着通信科技的日新月异，或许转变会更快、时间也会更短。对于移动通信服务业者、系统设备供货商或其他相关产业来说，必须随时注意移动

18、通信技术的变化，以因应市场需求。2.2 4G优势 2.2.1通信速度更快 由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；专家则预估，第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以达到每秒高达100Mbps速度传输无线信息，这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万

19、倍左右。2.2.2网络频谱更宽 要想使4G通信达到100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的基础上，进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。据研究4G通信的AT&T的执行官们说，估计每个4G信道会占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网路的20倍。2.2.3通信更加灵活 从严格意义上说，4G手机的功能，已不能简单划归“电话机”的范畴，毕竟语音资料的传输只是4G移动电话的功能之一而已，因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了，而且4G手机从外观和式样上，会有更惊人的突破，人们可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个

20、性为前提，任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端，只是人们还不知应该怎么称呼它。未来的4G通信使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。也许有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼，但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比，这简直可以忽略不计。2.2.4智能性能更高 第四代移动通信的智能性更高，不仅表现于4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，例如对菜单和滚动操作的依赖程度会大大降低，更重要的4G手机可以实现许多难以想象的功能。例如4G手机能根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什

21、么事，4G手机可以把电影院票房资料，直接下载到PDA之上，这些资料能够把售票情况、座位情况显示得清清楚楚，大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类的各种现场直播。2.2.5兼容性能更平滑 要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑的它的功能强大外，还应该考虑到现有通信的基础，以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，未来的第四代移动通信系统应当具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。2.2.6提供各种增值服务 4G通信并不是从3G通信的基础上经

22、过简单的升级而演变过来的，它们的核心建设技术根本就是不同的，3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以正交多任务分频技术（OFDM）最受瞩目，利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB）等方面的无线通信增殖服务；不过考虑到与3G通信的过渡性，第四代移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术，CDMA技术会在第四代移动通信系统中，与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用，甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到的数字音讯广播，其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术，同样是利用两

23、种技术的结合。因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也会结合两项技术的优点，一部分会是以CDMA的延伸技术。2.2.7实现更高质量的多媒体通信 尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，但未来的4G通信能满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，第四代移动通信系统提供的无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去，为此未来的第四代移动通信系统也称为“多媒体移动通信”。第四代移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加，更重要的是，必须要因应多媒体的传输需求，当然还包括通信品质的要求。总结来说，首先必须可

24、以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良，以及达到高速数据传输的要求。2.2.8频率使用效率更高 相比第三代移动通信技术来说，第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，例如一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度，引入了交换层级技术，这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口，也就是说第四代主要是运用路由技术（Routing）为主的网络架构。由于利用了几项不同的技术，所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。按照最乐观的情况估计，这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情，而且做这些事情的时候速度相当快。研究人员说，下载速

25、率有可能达到5Mbps到10Mbps。2.2.9 通信费用更加便宜 由于4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端的通信技术，这些技术保证了4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式，因此相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易迅速得多；同时在建设4G通信网络系统时，通信营运商们会考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。据研究人员宣称，4G通信的无线即时连接等某些服务费用会比3G通信更加便宜。3. 4G中关键技术3.1OFDM正交频分复用技术 OFDM正交频分复用技

26、术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N（通常取偶数）路并行的低速数据流，再将这N路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为N的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM技术的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。3.2MIMO技术 MIMO（多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MI

27、MO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能 3.3 软件无线电技术 软件无线电是美国MTLTRE公司于1992年明确提出的，其基本思想是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统，所有体制和标准的更新，以及不同体制之间的兼营，都可以通过适当的软件来完成。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。

28、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、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。3.4智能天线技术 智能天线（SA）原名自适应天线阵列，由多个天线单元组成，每个天线后面接一个加权器，经过加权器处理以后的信号，最后用相加器进行合并。智能天线具有抑制信号干扰、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。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对

29、准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。3.5 调制与编码技术 4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案（如Turbo码、级连码和LDPC等）、自动重发请求（ARQ）技术和分集接收技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够的性能。3.6 高性能的接收机 4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon定理给出了在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按

30、照Shannon定理，可以 计算 出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需的SNR为l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。3.7全IP技术 4G移动通信系统应该是一个全IP的网络，全IP网络节约成本，提高可扩展性，灵活性，并使网络运行更有效率，可支持IPv6，解决IP地址不足并能实现移动IP。同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PST

31、N兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络（CN）协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。3.8多用户检测技术 多用户检测是WCDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为WCDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用