北郵光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)報告

1、數(shù)字通信期中作業(yè)第四代移動通信技術(shù)分析院系：信息與通信工程姓名：學(xué)號：班內(nèi)序號：摘要21世紀(jì)移動通信技術(shù)和市場飛速發(fā)展，在新技術(shù)和市場需求的共同作用下，未 來移動通信技術(shù)將呈現(xiàn)以下幾大趨勢：網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、分組化，移動互聯(lián)網(wǎng)逐步 形成；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字化、寬帶化；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能化、小型化；應(yīng)用于更高的頻段， 有效利用頻率；移動網(wǎng)絡(luò)的綜合化、全球化、個人化；各種網(wǎng)絡(luò)的融合；高速率、 高質(zhì)量、低費用。這正是第四代（4G）移動通信技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)?！娟P(guān)鍵字】第四代移動通信（4G）；正交頻分復(fù)用；多模式終端AbstractIn the 21st century, mobile communication

2、 technology and market, rapid development in the new technology and market demand, under the joint action of future mobile communication technology will present the following trend: a digital and network business group, mobile Internet gradually formed; Network technology digital, broadband; Intelli

3、gent network devices, miniaturization; Applied to the higher frequencies, effective utilization of frequency; The integration of mobile networks, globalization, personalization; The fusion of various network; High speed, high quality and low cost. It is the fourth generation (4 G) mobile communicati

4、on technology development direction and goals.Key word The fourth generation mobile communication (4 G); Orthogonal frequency division multiplexing; Multi-mode terminals目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.移動通信概念1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2第四代通信技術(shù)的優(yōu)越性1 HYPERLIN

5、K l bookmark10 o Current Document 3.第四代移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.10FDM正交頻分復(fù)用技術(shù)3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2 MIMO 技術(shù) 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3. 3 軟件無線電技術(shù)3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.4 智能天線技術(shù)3 HYPERLINK l bookmark22 o C

6、urrent Document 3.5調(diào)制與編碼技術(shù)3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.6高性能的接收機4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.7全IP技術(shù)4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.8多用戶檢測技術(shù)4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.9切換技術(shù)4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.10睡眠模式5 HYPERLINK

7、 l bookmark34 o Current Document 參考文獻6移動通信概念移動通信是指移動用戶之間，或移動用戶與固定用戶之間的通信。隨著 電子技 術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體、集 成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，移動通信得到了迅速的 發(fā)展。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的擴大和對性能要求的提高，促使移動通信在技術(shù)上和理論 上向更高水平發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來，移動通信已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)中不可缺少并 發(fā)展最快的通信方式之一?；仡櫼苿油ㄐ诺陌l(fā)展歷程，移動通信的發(fā)展大致經(jīng)歷了 幾個發(fā)展階段：第一代移動通信技術(shù)主要指蜂窩式模擬移動通信，技術(shù)特征是蜂窩 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)克服了大區(qū)制容量低、活動范圍受限的問題。第二代移動通信是

8、蜂窩數(shù)字 移動通信，使蜂窩系統(tǒng)具有數(shù)字傳輸所能提供的綜合業(yè)務(wù)等種種優(yōu)點。第三代移動 通信的主要特征是除了能提供第二代移動通信系統(tǒng)所擁有的各種優(yōu)點，克服了其缺 點外，還能夠提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)，能提供高質(zhì)量的視頻寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)，并 能實現(xiàn)全球漫游。現(xiàn)在用的大多是第二代技術(shù)，第三代技術(shù)還不太成功，但已有了 第四代技術(shù)的設(shè)想。第四代移動通信系統(tǒng)（4G）標(biāo)準(zhǔn)比第三代具有更多的功能。第四代通信技術(shù)的優(yōu)越性第四代移動通信技術(shù)的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過 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)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)

9、擁有更多的功能。第四代 移動通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)， 可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位 定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。此外，第四代移動通信系統(tǒng)是集成多功能 的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。目前正在開發(fā)和研制中的4G通信將具有 以下特征：（ 1）通信速度更快由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問 Internet的速率，因此4G通信的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。專家預(yù)估， 第四代移動通信系統(tǒng)的速度可達到10-20Mbit/s，最高可以達至【JlOOMbit/s。

10、（ 2）網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬要想使4G通信達到100Mbit/s的傳輸速度，通信運營商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基 礎(chǔ)上對其進行大幅度的改造，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬高出許 多。據(jù)研究，每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。（ 3）智能性能更高第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)在4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計和操作具 有智能化，更重要的是4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如，4G手機將能根 據(jù)環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機的主人。（4）兼容性能更平滑要使4G通信盡快地被人們接受，還應(yīng)該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況 下輕易地過渡到4G通信。因此

11、，從這個角度來看，4G通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游、 接口開放、能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從2G、3G平穩(wěn)過渡等特點。（5）實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信4G通信提供的無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等，大量信息透過 寬頻的信道傳送出去，為此4G也稱為“多媒體移動通信”。4通信費用更加便宜。由 于4G通信不僅解決了與3G的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級到 4G通信，而且4G通信引入了許多尖端通信技術(shù)，因此，相對其他技術(shù)來說，4G通 信部署起來就容易、迅速得多。同時在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，通信運營商們將考 慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有

12、效地降 低運營成本。3 第四代移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4G移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點是，智能化多模式終端（multi-modeterminal） 基于公共平臺，通過各種接技術(shù)，在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（平臺）之間實現(xiàn)無縫連接和協(xié) 作。在 4G 移動通信中，各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個公共平臺，相互協(xié)作，以 最優(yōu)化的方式工作，來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)化路由，以達到最佳通信效果。目前，4G移動通信的 主要接入技術(shù)有：無線蜂窩移動通信系統(tǒng)（例如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

13、 通信（STS）；廣播電視接入系統(tǒng)（如DAB、DVB-T、CATV）。隨著技術(shù)發(fā)展和 市場需求變化，新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。 不同類型的接入技術(shù)針對不同業(yè)務(wù)而設(shè) 計，因此，我們根據(jù)接入技術(shù)的適用領(lǐng)域、移動小區(qū)半徑和工作環(huán)境，對接入技術(shù) 進行分層。分配層：主要由平流層通信、衛(wèi)星通信和廣播電視通信組成，服務(wù)范圍覆蓋面 積大。蜂窩層：主要由2G、3G通信系統(tǒng)組成，服務(wù)范圍覆蓋面積較大。熱點小區(qū) 層：主要由WLAN網(wǎng)絡(luò)組成，服務(wù)范圍集中在校園、社區(qū)、會議中心等，移動通信 能力很有限。 個人網(wǎng)絡(luò)層：主要應(yīng)用于家庭、辦公室等場所，服務(wù)范圍覆蓋面積很 小。移動通信能力有限，但可通過網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)連接其他網(wǎng)絡(luò)層

14、。固定網(wǎng)絡(luò)層：主 要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)在整個移動網(wǎng)絡(luò) 中處于十分重要的位置。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個方面進行技術(shù)革新和突 破：為最大限度開發(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)，提高信號處理算法、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一步研究。為提高網(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。提高和擴展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；加強軟件無線電技術(shù); 優(yōu)化無線電傳輸技術(shù)，如支持實時和非實時業(yè)務(wù)、無縫連接和網(wǎng)絡(luò)安

15、全。第四代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)3.1OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)的基本思想是將高速串行的數(shù)據(jù)碼流變換成N （通常 取偶數(shù)）路并行的低速數(shù)據(jù)流，再將這N路低速數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到等頻間隔的一組 總數(shù)為N的子載波上，并且這組子載波要滿足下交的條件。OFDM技術(shù)的優(yōu)點是可 以通地添加循環(huán)前綴來減小或消除碼間干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提 高了頻譜利用率，可實現(xiàn)低成本的單波段接收機。OFDM的主要缺點是功率效率不 高，對頻偏和相位噪聲比較敏感。3.2 MIMO 技術(shù)MIMO （多進多出）是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。MIMO技術(shù)主要有兩種表現(xiàn) 形式，即空間復(fù)用和空時編碼。這兩種

16、形式在WiMAX協(xié)議中都得到了應(yīng)用。WiMAX 相關(guān)協(xié)議還給出了同時使用空間復(fù)用和空時編碼的形式。支持MIMO是協(xié)議中的一 種可選方案，結(jié)合自適應(yīng)天線陣（AAS）和MIMO技術(shù)，能顯著提高系統(tǒng)的容量和 頻譜利用率，可以大大提高覆蓋范圍并增強應(yīng)對快衰落的能力，使得在不同環(huán)境下 能夠獲得最佳的傳播性能 。3. 3軟件無線電技術(shù)軟件無線電是美國MTLTRE公司于1992年明確提出的，其基本思想是將標(biāo)準(zhǔn) 化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種 類型的無線電通信系統(tǒng)，所有體制和標(biāo)準(zhǔn)的更新，以及不同體制之間的兼營，都可 以通過適當(dāng)?shù)能浖硗瓿伞＼浖o線電的核心思想是在盡可

17、能靠近天線的地方使用 寬帶A/D和D/A變換器，并盡可能多地用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處 理都盡可能用軟件實現(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變 換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無線電使 得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口。軟件無線電技術(shù)能 支持采用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現(xiàn)各種應(yīng)用的可變QoS。智能天線技術(shù)智能天線（SA）原名自適應(yīng)天線陣列，由多個天線單元組成，每個天線后面 接一個加權(quán)器，經(jīng)過加權(quán)器處理以后的信號，最后用相加器進行合并。智能天線具 有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被

18、認(rèn)為是未來移動通信 的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束 對準(zhǔn)用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達方向，達到充分利用移動用 戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容 量。調(diào)制與編碼技術(shù)4G移動通信系統(tǒng)采用新的調(diào)制技術(shù),如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載 波自適應(yīng)均衡技術(shù)等調(diào)制方式，以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。4G 移動通信系統(tǒng)采用更高級的信道編碼方案（如 Turbo 碼、級連碼和 LDPC 等）、自動 重發(fā)請求（ARQ）技術(shù)和分集接收技術(shù)等，從而在低Eb/NO條件下保證系統(tǒng)足夠的性高性能的接收機4G 移

19、動通信系統(tǒng)對接收機提出了很高的要求。 Shannon 定理給出了在帶寬為 BW的信道中實現(xiàn)容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可 以計算 出，對于3G系統(tǒng)如果信道帶寬為5MHz,數(shù)據(jù)速率為2Mb/s,所需的SNR 為1.2dB；而對于4G系統(tǒng)，要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數(shù)據(jù)，則所需要的 SNR為12dB。可見對于4G系統(tǒng)，由于速率很高，對接收機的性能要求也要高得多。全 IP 技術(shù)4G移動通信系統(tǒng)應(yīng)該是一個全IP的網(wǎng)絡(luò)，全IP網(wǎng)絡(luò)節(jié)約成本，提高可擴展性， 靈活性，并使網(wǎng)絡(luò)運行更有效率，可支持IPv6，解決IP地址不足并能實現(xiàn)移動IP。 同已有的移動網(wǎng)絡(luò)相比具

20、有根本性的優(yōu)點，即：可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。 核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，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)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；同時 核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。采用 IP 后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與 核心網(wǎng)絡(luò)（CN）協(xié)議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在 設(shè)計核心網(wǎng)絡(luò)時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié) 議。多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測是 WCDMA 通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。在實際的 CDMA 通信 系統(tǒng)中，各個用戶信號之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾存在的

21、根源。由個 別用戶產(chǎn)生的多址干擾固然很小，可是隨著用戶數(shù)的增加或信號功率的增大，多址 干擾就成為 WCDMA 通信系統(tǒng)的一個主要干擾。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)完全按照經(jīng)典直接 序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較 差；多用戶檢測技術(shù)在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成多址干擾的所有用戶 信號信息對單個用戶的信號進行檢測，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠(yuǎn)近效 應(yīng)問題，降低了系統(tǒng)對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資 源，顯著提高系統(tǒng)容量。隨著多用戶檢測技術(shù)的不斷 發(fā)展 ，各種高性能又不是特 別復(fù)雜的多用戶檢測器算法不斷提出，在 4G 實際系統(tǒng)中采用多用

22、戶檢測技術(shù)將是 切實可行的。3.9 切換技術(shù)MDHO （宏分集切換）和F基站S （快速基站切換）。移動臺可以通過當(dāng)前的 服務(wù)基站廣播的消息獲得相鄰小區(qū)的信息，或者通過請求分配掃描間隔或者是睡眠 間隔來對鄰近的基站進行掃描和測距的方式獲得相鄰小區(qū)信息，對其評估，尋找潛 在的目標(biāo)小區(qū)。切換既可以由終端決策發(fā)起也可以由基站決策發(fā)起。在進行快速基 站切換（F基站S）時，終端只與Anchor基站進行通信；所謂快速是指不用執(zhí)行 HO 過程中的步驟就可以完成從一個 Anchor 基站到另一個 Anchor 基站的切換。支 持F基站S對于終端和基站來說是可選的。進行宏分集切換（MDH0）時，終端可 以同時在多個基站之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，這樣可以獲得分集合并增益以改善信號質(zhì) 量。是否支持 MDH0 對于終端和基站來說是可選的。3.10 睡眠模式終端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。Sleep模式的目的在于減少終端