第四代移動通信系統(tǒng)

1、1第四代移動通信系統(tǒng)第四代移動通信系統(tǒng)2l內(nèi)容 4G的技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)4G的架構(gòu)，接入系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)，4G的關(guān)鍵技術(shù)等。3 4G的定義“第四代移動通信的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò),具有非對稱的和超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)、互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星系統(tǒng)等。此外，第四代移動通信系統(tǒng)將是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100Mbit/s甚至更高，也是寬帶接入IP系統(tǒng)”。 4G是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級高速公路。這樣在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)高速率和大容量,需要頻譜效率極高的技術(shù)。在不同的固定無線平臺和跨

2、越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)中，4G可提供無線服務(wù)，并在任何地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信)，提供信息通信以外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。同時，4G系統(tǒng)還是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)和寬帶接入系統(tǒng)。44G的主要技術(shù)指標(biāo) 4G系統(tǒng)在技術(shù)方面必須要考慮到許多指標(biāo)：系統(tǒng)在技術(shù)方面必須要考慮到許多指標(biāo)：）頻譜效率。 ）峰值譜效率。下行15bits/s/Hz、上行6.75bits/s/Hz。）頻帶寬度。40MHz。）用戶邊緣譜效率。 5）延遲?？刂泼?00ms、用戶面10ms。6）移動性。350Km 。54G的主要技術(shù)指標(biāo) 7）切換與頻內(nèi)測量 ：測量與激活集相同頻率的下行物理信道。測量

3、對象為一個小區(qū)。頻間測量（Inter-Frequency measurement）：測量與激活集不同頻率的下行物理信道。測量對象為一個小區(qū)。 8）VoIP（voice over Internet Protocol， IP 電話）容量 。6 4G的優(yōu)點(diǎn) 4G在個人通信方面比3G更優(yōu)化,其相對3G有許多優(yōu)點(diǎn): ）4G的最高傳輸速率將超過100Mbit/s，信息傳輸能力要比3G高出50倍以上，但傳輸質(zhì)量相當(dāng)于甚至優(yōu)于3G，條件相同是小區(qū)覆蓋范圍等于或大于3G。）4G采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)的進(jìn)行資源分配，能夠調(diào)整系統(tǒng)對通信過程中變化的業(yè)務(wù)流量大小進(jìn)行相應(yīng)的處理，并滿足通信的要求。采用智能信號處理技術(shù)

4、，在信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境下都可以實(shí)現(xiàn)信號的收發(fā)，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。雖然3G盡管速率也很高，但動態(tài)分配資源能力欠佳，大流量通信時系統(tǒng)利用率不高。）在容量方面，可能在目前FDMA，TDMA和CDMA的基礎(chǔ)上引入空分多址（SDMA）。通過SDMA可采用自適應(yīng)波束，如同無線電波一樣連接到任何一個用戶，使無線系統(tǒng)容量提高12個數(shù)量級。7 4G的優(yōu)點(diǎn) 4G在個人通信方面比3G更優(yōu)化,其相對3G有許多優(yōu)點(diǎn): ）4G將支持交互式多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會議，無線互聯(lián)網(wǎng)，有相當(dāng)?shù)陌踩?，支持下一代的Internet(IPv6)和所有的信息設(shè)備，包括信息家電等，能通過中間支持和提供用戶定義的多種多樣

5、的個性化服務(wù)，可創(chuàng)造出許多消費(fèi)者難以想象的應(yīng)用。）4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，突破蜂窩組網(wǎng)的概念，達(dá)到更完美的覆蓋。核心網(wǎng)將全面采用分組交換（信元交換），使網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)用戶的需求分配帶寬，達(dá)到滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。）可在不同接入技術(shù)(包括蜂窩、無繩、WLAN、短距離連接及有線)之間進(jìn)行全球漫游與互通，實(shí)現(xiàn)無縫通信，讓所有移動通信運(yùn)營商的用戶享受共同的4G服務(wù)。既有水平(系統(tǒng)內(nèi))切換，又有垂直(系統(tǒng)間)切換，還可以在不同速率間進(jìn)行切換。84G的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在4G通信系統(tǒng)中，為了滿足不同用戶對不同業(yè)務(wù)的需求，將各種針對不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)通過多媒體接入系統(tǒng)連接到基于IP的核心網(wǎng)中，

6、形成一個公共的、靈活的、可擴(kuò)展的平臺?；贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)框架可以讓用戶能夠在2G、3G、4G、WLAN、固定網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)無縫漫游。94G的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以分為：物理層、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層、應(yīng)用層等三層。 104G的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層提供接入和選路功能，網(wǎng)路業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層為橋接層提供QoS映射、地址轉(zhuǎn)移、即插即用、安全管理、有源網(wǎng)絡(luò)。 物理層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層提供開放式IP接口。 應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層之間也是開放式接口，用于第三方開發(fā)和提供新業(yè)務(wù)。 4G移動網(wǎng)絡(luò)的根本任務(wù)是能夠接收、捕獲到終端的呼叫，在多個運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)（平臺）之間或者多個無線接口之間，建立其最有效的通信路

7、徑，并對其進(jìn)行實(shí)時的定位與跟蹤。 4G移動通信網(wǎng)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個無線端口，由多個業(yè)務(wù)提供者和眾多運(yùn)營商提供多媒體業(yè)務(wù)。114G的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)數(shù)字化數(shù)據(jù)交易點(diǎn): 數(shù)字化數(shù)據(jù)交易點(diǎn)是4G移動通信網(wǎng)絡(luò)的一個重要技術(shù)，其用于處理各個不同網(wǎng)絡(luò)平臺之間的呼叫。在網(wǎng)絡(luò)平臺之間的特定協(xié)議條件下，幫助業(yè)務(wù)提供者提供高質(zhì)量、低費(fèi)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用。 例如，兩個網(wǎng)絡(luò)平臺之間要傳送電視數(shù)據(jù)信息，首先經(jīng)由數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所處理，電視信號將被分成視頻信號和語信號，通過不同信道進(jìn)行傳輸。音頻信號將覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳輸，視頻信號將由只能處理，接收視頻信號的網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而達(dá)到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。12 4G的

8、接入系統(tǒng)4G的接入系統(tǒng)顯著特點(diǎn)是智能化多模式終端基于公共平臺，通過各種接入技術(shù)，在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（平臺）之間實(shí)現(xiàn)無縫連接和協(xié)作，以最優(yōu)化的方式來進(jìn)行工作，以達(dá)到滿足不同用戶的通信需求。 當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶，給出最優(yōu)路由，以達(dá)到最佳通信效果。 4G主要接入技術(shù)有：無線蜂窩移動通信系統(tǒng)（如2G，3G）、無繩系統(tǒng)（如DECT）、短距離連接系統(tǒng)（如藍(lán)牙）、WLAN系統(tǒng)、固定無線接入系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、平流層通信（STS）、廣播電視接入系統(tǒng)（如DAB、DVB-T、CATV）。新的接入技術(shù)將會伴隨市場需求和通信的發(fā)展也會出現(xiàn)。 13 4G的接入系統(tǒng)未來的接入系統(tǒng)將主要在下面三個方面進(jìn)行

9、技術(shù)革新和突破： 1）為了最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源，在接入系統(tǒng)的物理層、優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和信號傳輸技術(shù)，研究先進(jìn)的信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并在頻譜共享和新型天線方面做進(jìn)一步研究。 2）為了提高網(wǎng)絡(luò)性能，在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化和自動重構(gòu)技術(shù)、動態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。 3）提高和擴(kuò)展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，加強(qiáng)軟件無線電技術(shù)，優(yōu)化無線電傳輸技術(shù)，如支持實(shí)時和非實(shí)時業(yè)務(wù)，無線連接和網(wǎng)絡(luò)安全。 14 4G的軟件系統(tǒng)4G移動通信的軟件趨于標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜化和標(biāo)準(zhǔn)化，軟件系統(tǒng)的首要任務(wù)是創(chuàng)建一個公共的軟件平臺，讓不同通信系統(tǒng)和終端

10、都可以使用的應(yīng)用軟件。通過此平臺實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”；并通過該軟件平臺實(shí)現(xiàn)對不同通信系統(tǒng)和終端的管理和監(jiān)控。建立一個統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)協(xié)議，是4G移動通信軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵。軟件系統(tǒng)將逐步采用Web服務(wù)模式，代替現(xiàn)行的客戶/服務(wù)器模式。新的計算機(jī)語言如XML，將用于未來的這種基于Web的分布式服務(wù)。軟件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上作進(jìn)一步研究，以保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作、數(shù)據(jù)完整和其它特殊需要。15OFDM技術(shù) 多徑信道在頻域中表現(xiàn)出來的頻率選擇性衰落特性，提出正交頻分復(fù)用的調(diào)制技術(shù) 。正交頻分復(fù)用的基本原理是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸，在頻域內(nèi)將信道劃分為若干互

11、相正交的子信道，每個子信道均擁有自己的載波分別進(jìn)行調(diào)制，信號通過各個子信道獨(dú)立傳輸。 16OFDM技術(shù) 在OFDM系統(tǒng)中，在OFDM符號之間插入保護(hù)間隔來保證頻域子信道之間的正交性，消除OFDM符號之間的干擾。OFDM技術(shù)之所以越來越受關(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，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。 2)抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強(qiáng)。由于OFDM系統(tǒng)把數(shù)據(jù)分散到許多個子載波上，大大降低了各子載波的符號速率，從而減弱多徑傳播的影響，若再通過采用加循環(huán)前綴作為防護(hù)間隔的方法，甚至可以完全消

12、除符號間干擾。 17OFDM技術(shù) 3)采用動態(tài)子載波分配技術(shù)能使系統(tǒng)達(dá)到最大比特率。要求各子信道信息分配應(yīng)遵循信息論中的“注水定理”，亦即優(yōu)質(zhì)信道多傳送，較差信道少傳送，劣質(zhì)信道不傳送的原則。 4)通過各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強(qiáng)的抗衰落能力。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再加時域均衡器。但通過將各個信道聯(lián)合編碼，可以使系統(tǒng)性能得到提高。5)基于離散傅立葉變換(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT來實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，易用DSP實(shí)現(xiàn)。 18軟件無線電 所謂軟件無線電技術(shù)就是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟

13、件來實(shí)現(xiàn)無線電臺的各部分功能，包括前端接收，中頻處理以及信號的基帶處理等。整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來實(shí)現(xiàn) 。軟件無線電核心技術(shù)就是在盡可能接近天線的地方使用A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，盡早完成信號的數(shù)字化。因此，應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，一個移動終端，就可以實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺之間暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術(shù)有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。 19網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議 4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括了適用于IP分組傳輸?shù)目罩薪涌?、位置寄存、基站網(wǎng)絡(luò)配置、無線QoS控制、網(wǎng)路配置和集成式3G-WLAN無縫業(yè)務(wù)控制等功能模塊。為了解決城區(qū)密集的業(yè)務(wù)，頻率復(fù)用是關(guān)鍵，而且用微蜂窩

14、實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋要比熱點(diǎn)覆蓋策略好，因?yàn)榍罢呖梢员苊獾乩砦恢蒙系臉I(yè)務(wù)集中。在處理多媒體業(yè)務(wù)室，智能無線資源管理是關(guān)鍵技術(shù)，無線系統(tǒng)資源（頻率與發(fā)射功率）是有限的，并且受阻塞的困擾，為此有必要采用無線QoS資源控制，以保證業(yè)務(wù)質(zhì)量和支持各種級別的應(yīng)用。QoS資源控制方式能支持實(shí)時性應(yīng)用，也可支持非實(shí)時性的應(yīng)用。無線資源者首先檢查可用資源、前/后向鏈路質(zhì)量、應(yīng)用類別以及QoS業(yè)務(wù)用戶級別，然后在指配適當(dāng)?shù)那?后向鏈路速率和發(fā)射功率。4G系統(tǒng)基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以處理IP包，方便地提供全向功能，關(guān)鍵是選路/切換和鑒權(quán)策略。20定位技術(shù) 定位技術(shù)是指移動終端位置的測量方法和計算方法。它主要分為基于移動

15、終端的定位、基于移動網(wǎng)絡(luò)的定位以及混合定位三種方式。由于通信終端可能會在不同系統(tǒng)（平臺）間進(jìn)行移動通信。因此，對移動終端的定位和跟蹤，是實(shí)現(xiàn)移動終端在不同系統(tǒng)（平臺）間無縫鏈接和在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高速率、高質(zhì)量的移動通信的前提和保障。21切換技術(shù) 切換技術(shù)適用于移動終端在不同的移動小區(qū)之間、不同頻率之間通信或者信號強(qiáng)度降低時選擇信道等情況。切換技術(shù)是未來移動終端在眾多的通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立可靠通信的基礎(chǔ)，包括軟切換，更軟切換和硬切換。22MIMO技術(shù) MIMO技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別設(shè)置多副發(fā)射天線和接收天線，其出發(fā)點(diǎn)是將多發(fā)送天線與多接收天線相結(jié)合以改善每個用戶的通信質(zhì)量(如差錯率)或提

16、高通信效率(如數(shù)據(jù)速率)。 MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)上是為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益，空間復(fù)用技術(shù)可以大大提高信道容量，而空間分集則可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率。 MIMO技術(shù)的關(guān)鍵是能夠?qū)鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑衰落影響因素變成對用戶通信性能有利的增強(qiáng)因素，MIMO技術(shù)有效地利用隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率，因此它能夠在不增加所占用的信號帶寬的前提下使無線通信的性能改善幾個數(shù)量級。 23MIMO技術(shù) 信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。利用MIM

17、O技術(shù)可以成倍提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。目前MIMO技術(shù)領(lǐng)域另一個研究熱點(diǎn)就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼。空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。 24MIMO技術(shù) 在未來的寬帶無線通信系統(tǒng)中存在兩個最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：多徑衰落信道和帶寬效率。OFDM將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)換為平坦信道，減小了多徑衰落的影響，而MIMO技術(shù)能夠在空間中產(chǎn)生獨(dú)立的并行信道同時傳輸多路數(shù)據(jù)流，這樣就有效地提高了系統(tǒng)的傳輸速率，即在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜效率。25MIMO技術(shù) 當(dāng)然我們可以考