電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較

1、河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題： 3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較 目目 錄錄摘要摘要.1前言前言.1第第1 1章章 3G3G.11.1 3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念.11.2 3G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) .11.3 3G向4G演化的原因.2第第2 2章章 4G4G.32.14G移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念.32.2 4G的核心技術(shù)2.3 4G的特征.32.4 4G的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo).42.54G技術(shù)發(fā)展特征及趨勢(shì)分析.4第第3 3章章 3G3G與與4G4G的比較的比較.43.1 系統(tǒng)參數(shù)的比較.43.2 通信格局的變化.53.3 核心技術(shù)的不同.63.4 4G中的新技

2、術(shù) .6結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).7參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).7 13G和4G的技術(shù)比較摘要摘要：在移動(dòng)通信領(lǐng)域，每20年就發(fā)生一次革命性的變化。移動(dòng)通信技術(shù)從第一代演進(jìn)到現(xiàn)今的第三代，以及處于實(shí)驗(yàn)階段的第四代移動(dòng)通信的發(fā)展大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段。移動(dòng)通信已然成為當(dāng)代通信領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿ψ畲?、市?chǎng)前景最廣的熱點(diǎn)技術(shù)。本文首先討論了3G以及3G中的三大技術(shù)主流制式，并在3G到4G的演進(jìn)進(jìn)程做出簡(jiǎn)要的比較分析。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G) 是多種無(wú)線技術(shù)的綜合系統(tǒng), 它融合了現(xiàn)有第三代移動(dòng)系統(tǒng)(3G) 的增強(qiáng)型技術(shù), 集3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線LAN系統(tǒng)為一體。在4G的敘述中，首先簡(jiǎn)述了4G的特點(diǎn)，分析討論了4G 通信系統(tǒng)的技術(shù)目

3、標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后對(duì)4G 和3G的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、移動(dòng)性管理和安全策略等進(jìn)行了比較研究,對(duì)4G的研究和建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：3G；4G；關(guān)鍵技術(shù)；比較前言從20世紀(jì)80年代中期第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)商用開(kāi)始至今,短短的十幾年間經(jīng)歷了90年代初第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)從萌芽到完善的整個(gè)發(fā)展過(guò)程,直至今天人們對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)的商用開(kāi)發(fā),足以證明移動(dòng)通信的發(fā)展速度勢(shì)不可擋。3G的出現(xiàn)使移動(dòng)通信前進(jìn)了一大步,相對(duì)于2G,它能夠提供更大的容量、更佳的通信質(zhì)量并且支持多媒體應(yīng)用。但是3G系統(tǒng)尚有很多需要改進(jìn)的地方,例如: （1）缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);（2）所

4、采用的語(yǔ)音交換架構(gòu)仍承襲了第二代(2G)的電路交換,而不是純IP方式; （3）流媒體(視頻)的應(yīng)用不盡人意; （4）數(shù)據(jù)傳輸率也只接近于普通撥號(hào)接入的水平,更趕不上x(chóng)DSL等。3G面臨的致命缺點(diǎn)就是移動(dòng)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。所以, 制定一個(gè)針對(duì)IP多媒體業(yè)務(wù)的4G移動(dòng)通信系統(tǒng),提出相關(guān)新的理論,應(yīng)用新的技術(shù),已被許多國(guó)家提上議事日程1。相對(duì)于3G而言, 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)在技術(shù)和應(yīng)用上將有質(zhì)的飛躍,而不僅僅是在第三代移動(dòng)通信的基礎(chǔ)上再加上某些新的改進(jìn)技術(shù)。1第1章3G1.13G移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念3G(3rd Generation)指第三代移動(dòng)通信技術(shù)，與前兩代系統(tǒng)相比，第三

5、代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，其傳輸速率在高速移動(dòng)環(huán)境中支持144kb/s，步行慢速移動(dòng)環(huán)境中支持384kb/s，靜止?fàn)顟B(tài)下支持2Mb/s。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量、更好的通信質(zhì)量，而且要能在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游及為用戶提供包括話音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，同時(shí)也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。目前國(guó)際電聯(lián)接受的3G標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種：WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA。1.23G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.2.1MC-CDMA（CDMA2000）MC-CDMA（CDMA2000）由美國(guó)提出，是由IS-95系統(tǒng)演進(jìn)而來(lái)的，并向下

6、兼容IS-95系統(tǒng)。IS-95系統(tǒng)是世界上最早的CDMA移動(dòng)系統(tǒng)，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)進(jìn)行了10多年的實(shí)驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)已被證明是十分穩(wěn)定。MC-CDMA（CDMA2000）系統(tǒng)繼承了IS-95系統(tǒng)在組網(wǎng)、系統(tǒng)優(yōu)化方面的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)一步對(duì)業(yè)務(wù)速率進(jìn)行了擴(kuò)展，同時(shí)通過(guò)引入一些先進(jìn)的無(wú)線技術(shù)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)容量。在核心網(wǎng)絡(luò)方面，它繼續(xù)使用IS-95系統(tǒng)的核心網(wǎng)作為其電路域來(lái)處理電路型業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音業(yè)務(wù)和電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)在系統(tǒng)中增加分組設(shè)備（PDSN和PCF）來(lái)處理分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此在建設(shè)MC-CDMA（CDMA2000）系統(tǒng)時(shí)，原有的IS-95的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以繼續(xù)使用，只要新增加分組設(shè)備即可。在基站方面，由

7、于IS-95與1X的兼容性，可以作到僅更新信道板并將系統(tǒng)升級(jí)為CDMA2000-1X基站。在我國(guó)，聯(lián)通公司在其CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中就采用了這種升級(jí)方案。 1.2.2 DS-CDMA（WCDMA）DS-CDMA（WCDMA）由日本和歐洲提出，隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作的展開(kāi)，在此系統(tǒng)中逐漸引入了連續(xù)導(dǎo)2引信號(hào)，使得終端系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化?，F(xiàn)在DS-CDMA（WCDMA）將連續(xù)導(dǎo)引信道和不連續(xù)導(dǎo)引信號(hào)的方式都保留在標(biāo)準(zhǔn)中，具體使用哪種方式可以由廠家自行決定。從事DS-CDMA（WCDMA）標(biāo)準(zhǔn)研究和設(shè)備開(kāi)發(fā)的廠商很多，其中包括諾基亞、摩托羅拉、西門(mén)子、NEC、阿爾卡特等等，因此造成的投資比較分散，技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到集中

8、解決，這又給未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)互聯(lián)互通造成較多問(wèn)題。DS-CDMA（WCDMA）系統(tǒng)每個(gè)載波占用5MHz帶寬，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商在布置系統(tǒng)時(shí)僅能使用2-3個(gè)載波，因此CDMA在初始設(shè)計(jì)時(shí)，即考慮在同一個(gè)載波內(nèi)支持其中的一個(gè)子集，這就進(jìn)一步增加了互聯(lián)互通的難度和復(fù)雜程度。還有就是DS-CDMA（WCDMA）的主要運(yùn)營(yíng)商將會(huì)出自現(xiàn)在的GSM運(yùn)營(yíng)商，對(duì)于GSM運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，理想的演進(jìn)方式是GSM-GPRS-WCDMA，即首先通過(guò)GPRS建立全新的分組域核心網(wǎng)絡(luò)，再引入WCDMA提高速率，但是由于GPRS在近期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不很好，因此對(duì)WCDMA的推廣會(huì)產(chǎn)生一定影響。同時(shí)由于WCDMA在開(kāi)發(fā)中問(wèn)題較多，使得WCDM

9、A的商用計(jì)劃一再推遲，所有這些問(wèn)題使WCDMA已不像前兩年那樣被廣泛看好。如果WCDMA不能盡快進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段，也不能排除GSM運(yùn)營(yíng)商直接采用HDR無(wú)線技術(shù)提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并過(guò)渡到全面使用CDMA2000技術(shù)的可能。1.2.3 TD-SCDMATD-SCDMA是由我國(guó)在SCDMA技術(shù)上提出的一種TDD技術(shù)方案，并希望能夠用于支持從微微蜂窩到宏蜂窩的各種應(yīng)用環(huán)境。在TD-SCDMA中，使用了大量的先進(jìn)技術(shù)，如智能天線技術(shù)和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)等。同其它技術(shù)相比，TD-SCDMA技術(shù)有兩大優(yōu)勢(shì)，其一，它采用智能天線和低碼速率，頻譜利用率高，能夠解決高人口密度地區(qū)頻率資源緊張的問(wèn)題，并在互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等非對(duì)成移

10、動(dòng)數(shù)據(jù)和視頻點(diǎn)播等多媒體業(yè)務(wù)方面優(yōu)勢(shì)突出。TD-SCDMA的基站天線是一個(gè)智能化的天線陣，能夠自動(dòng)確定并跟蹤手機(jī)的方位，發(fā)射波束始終對(duì)準(zhǔn)手機(jī)方向，這樣可以降低基站的發(fā)射功率，從而降低運(yùn)營(yíng)成本；其二，TD-SCDMA技術(shù)采用軟件無(wú)線電技術(shù)，可使運(yùn)營(yíng)商在增加業(yè)務(wù)時(shí)，能在同一硬件平臺(tái)上利用軟件處理基站信號(hào)，也就是只要加載不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)。31.3 3G向4G演化的原因經(jīng)ITU認(rèn)可的3G標(biāo)準(zhǔn)有WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA。雖然3G和2G相比，有很多優(yōu)點(diǎn)，但是3G還是存在著很多不盡人意的地方，如：3G缺乏全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；3G所采用的語(yǔ)音交換架構(gòu)仍承襲了2G系統(tǒng)的電路交換，而

11、不是純IP的方式；3G的業(yè)務(wù)提供和業(yè)務(wù)管理不夠靈活；流媒體(視頻)的應(yīng)用不盡如人意；3G的高速數(shù)據(jù)傳輸不成熟，接入速率有限；安全方面存在算法過(guò)多、認(rèn)證協(xié)議容易被攻山-等安全缺陷。伴隨著無(wú)線技術(shù)的種類(lèi)越來(lái)越多，迫切需要將這些無(wú)線技術(shù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去，這就是正在形成的超三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(B3G)通信系統(tǒng)和未來(lái)的4G通信系統(tǒng)。B3G和4G通信系統(tǒng)將是未來(lái)提供寬帶接人，全球無(wú)縫漫游和無(wú)處不在的數(shù)據(jù)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)等方嚼的最合適和最好的技術(shù)圓2。第2章4G2.1 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念4G也稱(chēng)為Beyond3G(B3G) ,是多種無(wú)線技術(shù)的綜合系統(tǒng)。它融合了現(xiàn)有3G的增強(qiáng)型技術(shù),集3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)

12、線LAN系統(tǒng)為一體。4G包含很多目前正在使用以及今后即將使用的無(wú)線技術(shù)。這里所說(shuō)的無(wú)線技術(shù)不僅指利用新頻帶和新技術(shù)的新一代移動(dòng)通信,還包括現(xiàn)行的移動(dòng)通信(2G及3G) ,IEEE802.11等無(wú)線LAN以及藍(lán)牙等近距離通信技術(shù),此外還把數(shù)字廣播電視納入視野。4G除了繼續(xù)依賴3G標(biāo)準(zhǔn)組織已發(fā)展的多項(xiàng)新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)（如OFDM、MIMO、IP核心網(wǎng)、開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)架構(gòu)及IPv6等）并加以延伸外，其規(guī)劃還必須滿足整體系統(tǒng)架構(gòu)能夠由3G平滑演進(jìn)到4G的要求。2.2 4G網(wǎng)絡(luò)的研究及其應(yīng)用目前，國(guó)際上主流的4G技術(shù)主要是LTE-Advanced和802.16m兩種技術(shù)，TD-LTE技術(shù)方案屬于LTE-Advan

13、ced技術(shù)。LTE-Advanced得到國(guó)際主要通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)和制造企業(yè)的廣泛支持。法國(guó)電信、德國(guó)電信、美國(guó)AT&T、日本NTT、韓國(guó)KT、中國(guó)移動(dòng)、愛(ài)立信、諾基亞、華為、中興等明確表態(tài)支持LTE-Advanced。802.16m也獲得部分芯片、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造企業(yè)如英特爾、思科等的聯(lián)合推薦。國(guó)際電信聯(lián)盟確定LTE-4Advanced和802.16m為4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)。工信部表示，這必將對(duì)未來(lái)4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。根據(jù)工作計(jì)劃，國(guó)際電信聯(lián)盟下一步將對(duì)兩種候選技術(shù)進(jìn)行分析評(píng)估和試驗(yàn)驗(yàn)證，并于2010年10月最終決定4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。4G核心技術(shù)4G通信系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，決定了它將采

14、用一些不同于3G的技術(shù)。對(duì)于4G中將使用的核心技術(shù)，業(yè)界并沒(méi)有太大的分歧?？偨Y(jié)起來(lái)，有以下幾種。正交頻分復(fù)用（正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)）技術(shù) OFDM是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以消除或減小信號(hào)波形間的干擾，對(duì)多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實(shí)現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。軟件無(wú)線電軟件無(wú)線電軟件無(wú)線電的基本思想是把盡可

15、能多的無(wú)線及個(gè)人通信功能通過(guò)可編程軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，使其成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號(hào)傳輸與處理的無(wú)線電系統(tǒng)。也可以說(shuō)，是一種用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)物理層連接的無(wú)線通信方式。智能天線技術(shù)智能天線技術(shù)智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)并消除或抑制干擾信號(hào)的目的。這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。 多輸入多輸出（多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)）技術(shù)5MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它采

16、用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時(shí)，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無(wú)線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。基于基于IP的核心網(wǎng)的核心網(wǎng)4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；同時(shí)核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)?/p>

17、分開(kāi)。采用IP后，所采用的無(wú)線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)(CN)協(xié)議、鏈路層是分離獨(dú)立的。IP與多種無(wú)線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有很大的靈活性，不需要考慮無(wú)線接入究竟采用何種方式和協(xié)議?？傊?，4G技術(shù)是3G技術(shù)的進(jìn)一步演化，是在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷提高無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。同時(shí)，它包含的不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)，而是多種技術(shù)的融合。4G技術(shù)不僅僅包括傳統(tǒng)移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)，還包括寬帶無(wú)線接入領(lǐng)域的新技術(shù)及廣播電視領(lǐng)域的技術(shù)。2.4 4G的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)2.4.1 OFDM(正交頻分復(fù)用)OFDM技術(shù)實(shí)際上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制)的

18、一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ICI)。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。OFDM技術(shù)之所以越來(lái)越受關(guān)注，是因?yàn)镺FDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）頻譜利用率很高6，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍；（2）抗衰落能力強(qiáng)；（3）適合高速數(shù)據(jù)傳輸；（4）抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)。OFDM也有其缺點(diǎn)，例如：

19、對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感。功率峰值與均值比（PAPR）大，導(dǎo)致射頻放大器的功率效率較低。負(fù)載算法和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度。2.4.2 軟件無(wú)線電所謂軟件無(wú)線電（Software Defined Radio,簡(jiǎn)稱(chēng)SDR），就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。即整個(gè)無(wú)線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來(lái)完成。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無(wú)線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)。總之，軟件無(wú)線電是一種基于

20、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片，以軟件為核心的嶄新的無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)。軟件無(wú)線電有以下一些特點(diǎn)：靈活性；集中性；模塊化。2.4.3 智能天線智能天線定義為波束間沒(méi)有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。多波束天線在一個(gè)扇區(qū)中使用多個(gè)固定波束，而在自適應(yīng)陣列中，多個(gè)天線的接收信號(hào)被加權(quán)并且合成在一起使信噪比達(dá)到最大。與固定波束天線相比，天線陣列的優(yōu)點(diǎn)是除了提供高的天線增益外，還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。但是它們要求每個(gè)天線有一個(gè)接收機(jī)，還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，其基本工作原理是根據(jù)信號(hào)來(lái)波的方向自適應(yīng)地調(diào)整方向圖，跟蹤強(qiáng)信號(hào)，減少或抵消干擾信號(hào)

21、。智能天線可以提高信噪比，提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，緩解無(wú)線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾，降低系統(tǒng)整體造價(jià)，因此其勢(shì)必會(huì)成為系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線的核心是智能的算法，而算法決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速率，因此需要選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。2.4.4 IPv64G通信系統(tǒng)選擇了采用基于的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IPv6協(xié)議主要基于以下幾點(diǎn)的考慮：（1）巨大的地址空間；（2）自動(dòng)控制；（3）服務(wù)質(zhì)量（QoS）；（4）移動(dòng)性。72.4.5 多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)MIMO(MultipleInput MultipleOutput)技術(shù)是近

22、年來(lái)熱門(mén)的無(wú)線通訊技術(shù)之一。4G系統(tǒng)采用了MIMO技術(shù)，即在基站端放置多個(gè)天線，在移動(dòng)臺(tái)也放置多個(gè)天線，基站和移動(dòng)臺(tái)之問(wèn)形成MIM0通信鏈路。MIMO技術(shù)呵以比較簡(jiǎn)單地直接應(yīng)用于傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，將基站的單天線換為多個(gè)天線構(gòu)成的天線陣列。而GSM、CI)MAIS一95、3G系統(tǒng)中都沒(méi)有采用這種技術(shù)?，F(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多數(shù)基站的天線采用一發(fā)兩收的結(jié)構(gòu)。對(duì)比分析這兩種技術(shù)，MIMO系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：降低了碼問(wèn)下擾(ISU)；提高了空間分集增益；提高無(wú)線信道容量和頻譜利用率；大幅提高資料的傳輸速率；提高信道的可靠性，降低誤碼率。2.5 4G技術(shù)發(fā)展特征及趨勢(shì)分析業(yè)界關(guān)于下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的叫

23、法很多，4G只是一個(gè)通用的名稱(chēng)，除此之外，還有B3G、BeyondIMT-2000、IMT-Advanced技術(shù)等名稱(chēng)。不同組織在對(duì)4G技術(shù)的設(shè)想上存在著很大的差異。 ITU統(tǒng)一統(tǒng)一4G概念概念此前，世界很多組織給4G下了不同的定義，而ITU代表了傳統(tǒng)移動(dòng)蜂窩運(yùn)營(yíng)商對(duì)4G的看法，認(rèn)為4G是基于IP協(xié)議的高速蜂窩移動(dòng)網(wǎng)，現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)從現(xiàn)有3G演進(jìn)，并在3GLTE階段完成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。ITU4G要求傳輸速率比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)高1000倍，達(dá)到100Mbit/s。在2005年10月的ITU-RWP8F第17次會(huì)議上，ITU給了4G技術(shù)一個(gè)正式的名稱(chēng)IMT-Advanced。按照ITU的定義，當(dāng)前的WC

24、DMA、HSDPA等技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為IMT-2000技術(shù)；未來(lái)的新的空中接口技術(shù)，叫做IMT-Advanced技術(shù)。IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)依賴3G標(biāo)準(zhǔn)組織已發(fā)展的多項(xiàng)新定標(biāo)準(zhǔn)加以延伸，如IP核心網(wǎng)、開(kāi)放業(yè)務(wù)架構(gòu)及IPv6。同時(shí)，其規(guī)劃又必須滿足整體系統(tǒng)架構(gòu)能夠由3G系統(tǒng)演進(jìn)到未來(lái)4G架構(gòu)的需求。 第3章 3G與4G的比較 所謂3G，其實(shí)它的全稱(chēng)為3rd Generation，中文含義就是指第三代數(shù)字通信。1995年問(wèn)世的第一代數(shù)字手機(jī)只能進(jìn)行語(yǔ)音通話；而1996到1997年出現(xiàn)的第二代數(shù)字手機(jī)便增加了接收數(shù)據(jù)的功能，如接受電子郵件或網(wǎng)頁(yè)；第三代與前兩代的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的

25、提升，它能夠處理圖像、8音樂(lè)、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。相對(duì)第一代模擬制式手機(jī)(1G)和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(jī)(2G)，3G通信的名稱(chēng)繁多，國(guó)際電聯(lián)規(guī)定為“IMT-2000”(國(guó)際移 動(dòng)電話2000)標(biāo)準(zhǔn)，歐洲的電信業(yè)巨頭們則稱(chēng)其為“UMTS”通用移 動(dòng)通信系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，移 動(dòng)終端以車(chē)速移 動(dòng)時(shí)，其傳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)速率為144kbps，室外靜止或步行時(shí)速率為384kbps，而室內(nèi)為2Mbps。但這些要求并不意味著用戶可用速率就可以達(dá)到2Mbps，因?yàn)槭覂?nèi)速率還將依賴于建筑物內(nèi)詳細(xì)的頻率規(guī)劃以及組織與運(yùn)營(yíng)商協(xié)作的緊密程度。4G的定義到目前為止

26、依然有待明確，它的技術(shù)參數(shù)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、乃至業(yè)務(wù)內(nèi)容均未有明確說(shuō)法。不過(guò)關(guān)于4G仍然有不少描述。如下：4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動(dòng)，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性

27、。3.1 系統(tǒng)參數(shù)的比較見(jiàn)下表一3G4G開(kāi)始時(shí)間20022012典型標(biāo)準(zhǔn)WCDMA ,CDMA2000 ,TD - SCDMAOFDM ,UWB頻帶范圍1. 82. 5GHz28GHz帶寬25Mbps1020MHz多址技術(shù)CDMAFDMA ,TDMA ,CDMA ,SDMA核心網(wǎng)絡(luò)電信網(wǎng),部分IP 網(wǎng)全I(xiàn)P 網(wǎng)業(yè)務(wù)類(lèi)型話音為主,部分多媒體話音和數(shù)據(jù)融合,多媒體網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基站方式的廣域網(wǎng)模式融合局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的混合模式數(shù)據(jù)速率2Mbps20100 Mbps接入方式W- CDMAOFDM、MC - CDMA、LAS - CDMA9交換方式電路/ 分組交換分組交換前向糾錯(cuò)碼1/ 2 ,1/ 3 卷

28、積碼級(jí)連碼模塊設(shè)計(jì)無(wú)線優(yōu)化設(shè)計(jì),采用多載波適配器智能天線,軟件無(wú)線電協(xié)議多種空中接口鏈路協(xié)議并存全數(shù)字全I(xiàn)P移動(dòng)臺(tái)速率200km/ h200km/ h表1 3G和4G系統(tǒng)參數(shù)比較3.2 通信格局的變化3G的網(wǎng)絡(luò)是嚴(yán)格的分層結(jié)構(gòu),一般包括核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶設(shè)備三部分。核心網(wǎng)負(fù)責(zé)中央交換、數(shù)據(jù)傳輸及業(yè)務(wù)提供,分為電路網(wǎng)和分組網(wǎng)兩個(gè)服務(wù)區(qū)域。接入網(wǎng)負(fù)責(zé)移動(dòng)用戶接入到核心網(wǎng)中。3G中可采用不同的接入網(wǎng)與同一核心網(wǎng)相連,即支持多種空中鏈路協(xié)議。用戶設(shè)備即用于獲取服務(wù)的移動(dòng)終端,其通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線接口與接入網(wǎng)相連。它的工作模式為3種：?jiǎn)屋d波頻分雙工、多載波頻分雙工和時(shí)分雙工方式。圖1 3G移動(dòng)通信系統(tǒng)4G將

29、采用單一的全球范圍的蜂窩核心網(wǎng)來(lái)取代3G中密密麻麻的蜂窩網(wǎng)絡(luò),其采用全數(shù)字全I(xiàn)P技術(shù)。這是從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)智能化及網(wǎng)絡(luò)邊緣智能化向全網(wǎng)智能化的發(fā)展。核心網(wǎng)能夠支持不同的接入方式, 如IEEE802. 11a 、WCDMA、Bluetooth 、HyperLAN 等,同時(shí)每個(gè)用戶設(shè)備擁有唯一可識(shí)別的號(hào)碼,通過(guò)分層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的互操作。這種結(jié)構(gòu)使得多種業(yè)務(wù)能透明地與IP 核心網(wǎng)連接,具有較好的通用性和可擴(kuò)展性。4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示4:10圖2 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3.3 核心技術(shù)的不同3G系統(tǒng)主要以CDMA為核心技術(shù)。CDMA是將相互正交的不同的碼分配給不同用戶調(diào)制信號(hào),實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)使用同

30、一頻率接入系統(tǒng)。由于利用相互正交(或盡可能正交)的碼去調(diào)制信號(hào),會(huì)將原用戶信號(hào)頻譜帶寬擴(kuò)展,因此CDMA通信系統(tǒng)是一種典型的擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用。4G系統(tǒng)的核心技術(shù)OFDM屬于多載波調(diào)制(MCM) ,它將指配的信道分成許多正交子信道,在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸,同時(shí)要求信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬。OFDM與一般的頻分復(fù)用的主要差別在于它的不同載波的頻譜可以相互交疊,因此可以得到最佳的頻譜利用率,同時(shí),接收端只要采用正交解調(diào)的方法就可以恢復(fù)出有用的信息信號(hào)。OFDM技術(shù)具有良好的抗噪聲性能和抗多徑干擾的能力,以及頻譜利用率高的特點(diǎn)5。3.4 4G中的新技術(shù)4G系統(tǒng)技術(shù)有兩個(gè)基本目標(biāo):一是實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信全球覆蓋,二是提供無(wú)縫的高質(zhì)量無(wú)線業(yè)務(wù)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo),需要在下列幾個(gè)方面做出努力:頻譜的高效使用、帶寬的動(dòng)態(tài)分配、安全的無(wú)線應(yīng)用、更高的服務(wù)質(zhì)量、高性能的信號(hào)調(diào)制傳輸技術(shù)。因此、4G系統(tǒng)使用了許多新技術(shù), 包括超鏈接(ultra2connecti