第一篇：研究4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)與面臨的問題范文

研究4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)與面臨的問題

摘要：本文主要對4G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)進行了簡要的論述，分析了4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和4G的關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上詳細討論了目前全球以及我國的4G技術(shù)進展及面臨的問題，最后對4G的前景進行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞：4G；4G關(guān)鍵技術(shù)；OFDM SAMIMO SDR4G發(fā)展現(xiàn)狀前言

根據(jù)國際電聯(lián)的工作安排，2009年將集中征集4G技術(shù)標準，2010年會推出第一個4G版本，并在2011年世界無線電通信大會上通過。4G預(yù)計2015年左右投入商用。4G技術(shù)的飛速發(fā)展，使得廣大用戶享受更新、更快捷、更豐富的通信生活成為可能。4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)

4G系統(tǒng)針對各種不同業(yè)務(wù)的接人系統(tǒng)，通過多媒體接入連接到基于口的核心網(wǎng)中。基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游。4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。

(1)物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路南選擇功能。

(2)中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。

(3)物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)。并運行于多個頻帶，這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個無線標準及多模終端，跨越多個運營商和服務(wù)商，提供更大范圍服務(wù)。

據(jù)國際電信聯(lián)盟定義，4G技術(shù)是可為移動中的用戶提供100 Mb/S的數(shù)據(jù)傳輸、為靜止的用戶提供1Gb/S的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通訊技術(shù)，包含OFDM、智能天線(SA)與多人多出天線(MIMO)技術(shù)、軟件無線電技術(shù)(SDR)三大關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 OFDM

OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。OFDM技術(shù)有很多優(yōu)點：可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率；適合高速數(shù)據(jù)傳輸；抗衰落能力強；抗碼間干擾(ISI)能力強。

2.2 智能天線(SA)與多入多出天線(MIMO)技術(shù)

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，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。

移動通信環(huán)境中的多徑傳播對通信的有效性與可靠性造成了嚴重的影響。而多輸入多輸出(M1MO)技術(shù)在通信鏈路兩端均使用多個天線，發(fā)端將信源輸出的串行碼流轉(zhuǎn)成多路并行子碼流，分別通過不同的發(fā)射天線陣元同頻、同時發(fā)送，接收方則利用多徑引起的多個接收天線上信號的不相關(guān)性從混合信號中分離估計出原始子碼流，這相當(dāng)于頻帶資源重復(fù)利用，使頻譜利用率和鏈路可靠性極大的提高。

2.3 軟件無線電技術(shù)(SDR)

軟件無線電(SDR)是將標準化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)等先進的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。盡可能多地用軟件來定義無線功能。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、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件(DSPH)、現(xiàn)場可編程器件(FPGA)、數(shù)字信號處理(DSP)等。2.4 基于IP的核心網(wǎng)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò)，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人方案，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)，能允許各種窄中接口接人核心網(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。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)議，主要采用全分組方式IPv6技術(shù)。4G技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況及其挑戰(zhàn)

3.1 日本NTI-DoCoMo在4G的領(lǐng)先優(yōu)勢

2008年日本NTT DoCoMo公司發(fā)布新聞公報稱，該公司在2007年年底進行的4G外場試驗中，創(chuàng)下5.3 Gb/s的最大下行速率紀錄。在此次試驗中，無線通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端天線均從一年前試驗時的6根增加到12根，并采用了該公司獨有的接收信號處理技術(shù)，使下行速率成功翻倍。

3.2 WiMAX“準4G”標準

2007年10月19日，國際電信聯(lián)盟ITU在日內(nèi)瓦舉行無線通信全體會議，無線寬帶技術(shù)WiMAX通過投票正式成為3G標準。

WiMAX，即IEEE 802A6x，全稱是“微波存取全球互通技術(shù)(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)”，被業(yè)界認為是高于現(xiàn)有3G標準的“準4G”標準。和傳統(tǒng)的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000相比，WiMAX的最大傳輸半徑達到了約50km，接近前者的兩倍。而在傳輸速度上，WiMAX也讓其他3G標準望塵莫及。在10km范圍內(nèi)，WiMAX網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以達到70Mb/S，甚至超過了ADSL等有線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，而3G標準中的TD SCDMA和WCDMA則均為2Mb/s。

3.3 美國與歐洲針對4G的舉動

作為美國的代表，3G時代的霸主高通公司一方面希望通過引入DMMX和HMMX這兩項技術(shù)后，性能達到4G的要求；另一方面則通過收購Flarion科技公司獲得了近300項OFDM技術(shù)專利，這被業(yè)界視為高通欲在4G時代繼續(xù)保持專利的絕對領(lǐng)先之舉。

在歐洲，愛立信已與美國加利福尼亞大學(xué)合作開發(fā)4G技術(shù)。加利福尼亞大學(xué)已正式成立了加州通信和信息技術(shù)學(xué)會，并得到了愛立信的投資。而阿爾卡特、愛立信、摩托羅拉、諾基亞、西門子成立了旨在推動4G技術(shù)開發(fā)的世界無線研究論壇WWRF(Wireless World Research Forum)。該組織下設(shè)的6個工作組，分別討論業(yè)務(wù)、市場、結(jié)構(gòu)、接口、核心技術(shù)等問題。

3.4 我國正在加快4G關(guān)鍵技術(shù)研究步伐

從2001年底起，繼在國產(chǎn)3G標準制定方面取得巨大進展之后，國家“十五”、“863”計劃啟動了面向未來移動與無線通信發(fā)展的“FUTURE計劃”。

2006年7月，上海建設(shè)的世界最大的4G實驗網(wǎng)通過了863項目的驗

收。通過驗收的上海試驗網(wǎng)由三個無線覆蓋小區(qū)、六個無線接入點組成，具有在移動環(huán)境下支持蜂值速率為100Mb/S的無線傳輸及高清晰度交互式圖像業(yè)務(wù)演示等功能。

“FUTURE計劃”負責(zé)人之

一、國家“863”計劃未來移動通信總體組組長尤肖虎表示，我國已經(jīng)在國內(nèi)外申請移動通信技術(shù)發(fā)明專利100余項，我國在第四代移動通信技術(shù)上已經(jīng)處于世界前沿。

2009年，我國對4G的發(fā)展步伐明顯加快。大唐移動聯(lián)合中興通訊、華為以及相關(guān)高校和科研院所完成了4G相關(guān)白皮書。相關(guān)業(yè)內(nèi)人士透露，我國已經(jīng)完成了4G標準的技術(shù)方案起草工作，目前正在進行4G關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)驗證。我國目前正在更多地區(qū)進行4G系統(tǒng)的測試工作，且要趕在2010年前對其進行商業(yè)化測試，以便在2011年世界無線電通信大會時向國際電信聯(lián)盟提交有著自主知識產(chǎn)權(quán)的4G標準。4G移動通信技術(shù)未來預(yù)測

隨著目前3G移動通信技術(shù)的全面商用化的開始，我國大部分的手機用戶將感受到3G技術(shù)給我們帶來的便捷，同時也能明顯的感到3G技術(shù)的不足與缺陷。這些不足與缺陷將成為移動通信技術(shù)不斷進步的動力。

所以3G技術(shù)目前的不足與缺陷將成為推動4G技術(shù)的重要力量，我們有理由相信4G將成為未來移動通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，會使我們未來的生活更加美好。在技術(shù)飛速發(fā)展的同時，我們應(yīng)該意識到，對待通信新技術(shù)我們更應(yīng)該冷靜、理智，4G演進的道路絕不會一帆風(fēng)順，前面的路仍是機遇與挑戰(zhàn)并存。

第二篇：4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)及特征解析

4G 移動通信關(guān)鍵技術(shù)及特征(轉(zhuǎn)

1、我國 4G 進展程度

2001年, “國家 863計劃”啟動了面向后三代 /四代(B3G/4G 的 移動通信 發(fā)展研究計劃—— 未來通用無線環(huán)境研究計劃(簡稱 FuTURE 計劃。其主要目標是面向未來 10年 無線通信 領(lǐng) 域的發(fā)展趨勢與需求, 重點突破新一代移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù), 逐步建立一個集大范圍蜂窩 移動通信、區(qū)域性 寬帶無線接入 和短程無線連接為一體的通用無線電環(huán)境, 為中國未來無線 與移動通信產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展創(chuàng)造條件。

2001年“國家 863計劃”啟動以來,截止到 2006年已經(jīng)取得了相當(dāng)多的科研成果,在國內(nèi) 外申請移動通信技術(shù)發(fā)明專利 100余項;FuTURE 計劃實施 5年來,累計培養(yǎng)了近千名移動 通信超前研發(fā)人才,顯著增強了我國移動通信可持續(xù)發(fā)展能力。B3G/4G研究并不只是一個 科研項目, 更是一個推動我國未來通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的試驗系統(tǒng), 涉及知識產(chǎn)權(quán)、專利、國際合 作等問題,并且能為我國在下一代移動通信標準化上打下基礎(chǔ)。在 B3G/4G研究上,中國與 國際同步, 而 B3G/4G外場技術(shù)演示和示范則在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在 3G 技術(shù)的研究 方面,我國比國外晚了 8~10年,而 4G 技術(shù)的研究已經(jīng)實現(xiàn)了與國際同步,這為我們擁有 一個更好的發(fā)展前景奠定了基礎(chǔ)。

我國啟動 4G 研發(fā)以來, 國內(nèi)十余家大學(xué)、企業(yè)和研究所均參與其中。在 FuTURE 計劃一期課 題的支持下,北京郵電大學(xué)等國內(nèi)六所高校, 分別與 華為、三星 等國內(nèi)外企業(yè)開展合作,經(jīng) 過一年多的艱苦努力, 完成了六種無線傳輸鏈路方案的設(shè)計, 并初步研究了無線資源管理方 案和上層協(xié)議, 基本完成了基帶電路核心硬件和軟件的設(shè)計和 測試 , 并完成了支持分布式多 天線 接入的 射頻 系統(tǒng)的設(shè)計;取得了一系列創(chuàng)新性研究成果, 申請了 30余項國家發(fā)明專利, 為進一步凝煉面向“十五”末期的超 3代總體技術(shù)方案打下了良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上, 國家“863”FuTURE 計劃于 2003年 11月啟動了第二階段研究開發(fā)計劃。本課題研究開發(fā)的 總體目標是:面向超 3代移動通信在傳輸速率、業(yè)務(wù)支持、系統(tǒng)容量等方面的

應(yīng)用需求,在 超 3G 移動通信系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)、空中接口等各個方面,進一步開展深入系統(tǒng)的研究,重點突 破,形成完善的超 3代總體技術(shù)方案,構(gòu)建具有超 3代移動通信主要技術(shù)特征的試驗系統(tǒng), 具備向 ITU 提交初步的新一代無線通信體制標準建議的技術(shù)基礎(chǔ)。國家“863”項目“超 3代蜂窩移動通信無線網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)研究與開發(fā)”子課題——“ TDD 系統(tǒng) OFDM 上行鏈路設(shè)計 與實現(xiàn)及 TDD 技術(shù)集成”由北京郵電大學(xué)無線新技術(shù)研究所承擔(dān), 具體負責(zé)該課題的實施和 集成。該子課題于 2003年 11月啟動, 2004年 7月完成了鏈路方案驗收,至 2006年 6月完 成了上下行鏈路以及整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)工作, 在 2006年 6月 17日進行了正式驗收。驗收結(jié)果 表明該系統(tǒng)已達到了國際領(lǐng)先水平, 這標志著我國在下一代移動通信系統(tǒng)的研究中取得了突 破性進展。

2007年 1月 28日,在上?？焖僖苿拥臏y試車上,基于 IPV6的高清電視等業(yè)務(wù)的演示十分 流暢。工作人員在上海延安西路高架做了 2km 長的覆蓋,車輛在真實的路況中以 50km/h的 時速行駛,獲得的下行速率為 20Mbps ~90Mbps ,上行最高也可達 80Mbps。這標志著我國第 一個 4G 試驗網(wǎng)已經(jīng)正式進入第三階段,即外場試驗和預(yù)商用計劃。該實驗系統(tǒng)由三個無線 覆蓋小區(qū)、六個接入站點和六個移動終端組成, 提供多小區(qū)、多用戶模擬網(wǎng)絡(luò)集成測試環(huán)境, 驗證室內(nèi)、開闊地、城市熱點, 高架路等多種無線場景適用性,其集成測試平臺提供從鏈路 空口質(zhì)量到業(yè)務(wù)承載質(zhì)量、從靜止模擬信道環(huán)境到實時高速移動環(huán)境下的多種測試手段。

4G 由技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)移,經(jīng)過系統(tǒng)集成、產(chǎn)品開發(fā)等環(huán)節(jié)之后,才能進入產(chǎn)業(yè)化研發(fā)階段, 根據(jù)預(yù)測還要經(jīng)歷至少 5年,也就是 2012年才能實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的商用試驗。

2、4G 的定義

4G 集 3G 與 WLAN 于一體,并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像,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,比目前的撥號上網(wǎng)快 2000倍,上傳的速度也能 達到 20Mbps ,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價格方 面, 4G 與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下,而且

計費方式更加靈活機動,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)器沒有覆蓋的 地方部署,然后再擴展到整個地區(qū)。

目前 4G 有來自 ITU 定義、WiMAX、4GMF 和通播網(wǎng)等幾個觀點,但都尚未定論。

ITU 的定義,在 2005年 10月 18日結(jié)束的 ITU-RWP8F 第 17次會議上, ITU 給了 B3G 技術(shù)一 個正式的名稱 IMT-Advanced。國際 電信 聯(lián)盟定義為:IMT-2000技術(shù)和 IMT-Advanced 技術(shù)擁 有一個共同的前綴“IMT”,表示移動通信;當(dāng)前的 WCDMA、HSDPA 等技術(shù)統(tǒng)稱為 IMT-2000技術(shù);未來的新的空中接口技術(shù)叫做 IMT-Advanced 技術(shù)。IMT-Advanced 與 IMT-2000是并 列的,都是 IMT 的一個分支。從這個意義上講, IMT-Advanced 是 3G 的新發(fā)展,而不是 4G。之所以稱為 B3G ,而不是 4G ,是因為未來系統(tǒng)及標準必須繼續(xù)依賴 3G 標準組織已發(fā)展的多 項新定標準加以延伸,如 IP 核心網(wǎng)、開放業(yè)務(wù)架構(gòu)及 IPv6。同時,其規(guī)劃又必須滿足整體 系統(tǒng)架構(gòu)能夠由 3G 系統(tǒng)演進到未來 B3G 架構(gòu)的需求。按照 ITU 對 IMT-Advanced 的定義, 當(dāng) 用戶處于靜止或者低速移動時, IMT-Advanced 應(yīng)當(dāng)能夠支持 1000Mbps 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率;當(dāng) 用戶處于高速移動狀態(tài)時, IMT-Advanced 應(yīng)當(dāng)能夠支持 100Mbps 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率。與 B3G 技術(shù)相比, IMT-Advanced 技術(shù)的性能要高一個數(shù)量級。與此相對應(yīng), IMT-Advanced 的商用 時間也將在 2010年以后,即在 B3G 技術(shù)商用以后。目前,雖然國際上正積極開展 IMT-Advanced 技術(shù)的預(yù)研工作,但是,對究竟采用什么樣的技術(shù)才能達到預(yù)定目標方面, 各個國家都還沒有一個明確的認識。在系統(tǒng)架構(gòu)上, B3G 的終端設(shè)備將可以利用單一或少數(shù) 的無線接口、軟件無線電、智能型天線, 并以最符合頻寬需求或具經(jīng)濟可行性的方式, 選擇

通信時的接口及協(xié)議。其可選擇的接口包括 WLAN、2G、2.5G、3G 接口,以及 B3G 新規(guī)劃的 高速無線接口。B3G 技術(shù)的發(fā)展,不僅僅包括移動通信領(lǐng)域的技術(shù),也就是 3GPP 和 3GPP2國際標準組織定義的接入技術(shù)標準發(fā)展演進路線, 還包括寬帶無線接入領(lǐng)域的新技術(shù)及廣播 電視領(lǐng)域的技術(shù)。

WiMAX 的定義, 4G 是從 WiMAX 演進而來, 是基于 IP 的、能覆蓋廣大地區(qū)的移動無線 城域網(wǎng) , 主要用于移動傳送高速數(shù)據(jù)而不是語音。既是 WiFi 的競爭者,又是 XDSL ,技術(shù)的無線替代 技術(shù),構(gòu)成支持高速移動和實時在線的公共無線 寬帶接入 網(wǎng)。目前 WiMAX 是寬頻無線接入(BWA 中最受關(guān)注的技術(shù)。BWA 是指以無線傳輸方式向用戶提供連接到寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的接 入技術(shù)。韓國 運營商 是最早商用 WiMAX 的運營商之一, WiBro 是韓國提出的寬帶無線接入標 準,可以看作是 802.16e 標準的子集,其下行速率 18.4Mbps ,上行速率 6.1Mbps。韓國的 KT、SK 都已經(jīng)建立了 Wibro 商用網(wǎng)絡(luò)。目前, WiMAX 向 4G 演進的工作正在有條不紊的進行 中。2006年 11月, IEEE802委員會成立了新的工作組“P802.16m”, 其瞄準的目標即是 4G。在 2008年 ITU 確定 4G 標準時, P802.16m 希望能被 IMT-Advanced 所采納。P802.16m 的特點 是能夠確保與移動 WiMAX 的兼容,除了采用與移動 WiMAX 同樣的“OFDMA”接駁方式外,還 將實現(xiàn) 基站 的共用等功能。以 WiMAX.為代表的寬帶無線接入技術(shù)和以 LTE、AIE 為代表的移 動通信技術(shù)已經(jīng)非常相似, 兩者之間界線變得模糊。出現(xiàn)這樣的局面, 究其原因是不同的產(chǎn) 業(yè)領(lǐng)域從不同方向向同一市場滲透的結(jié)果。

4GMF 的定義, 4G 技術(shù)的重點是 融合 無線接入技術(shù)、移動技術(shù)和寬帶技術(shù)于一體。4G 的主要 特征將是開放的無線結(jié)構(gòu), 而不是高速無線傳輸技術(shù), 開放的無線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多網(wǎng)合一。其應(yīng) 用將不局限于電信行業(yè),也將廣泛應(yīng)用于汽車通信業(yè)、民航通信業(yè)、廣播電視業(yè)、國防、政 府、教育、醫(yī)療和金融系統(tǒng)等領(lǐng)域。

盡管業(yè)界的描述各有不同,但有幾點是大家公認的,即 4G 將實現(xiàn)移動化、寬帶化、IP 化。移動化將人們從地理的限制上解脫出來, 實現(xiàn)無時不在、無所不在的信息傳遞。寬帶化是滿 足用戶對視頻業(yè)務(wù)、流媒體 等業(yè)務(wù)帶寬的需求。而 下一代網(wǎng)絡(luò) 將是全 IP 網(wǎng),從核心網(wǎng)到用 戶設(shè)備均支持 IP 協(xié)議。隨著向 4G 演進, 趨勢將是不同的無線技術(shù)在 NGN 架構(gòu)下融合、共存, 發(fā)揮各自的優(yōu)勢,形成多層次的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3、4G 的基本特征

4G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層:物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和 路由選擇功能, 中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng) 絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易, 提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù), 并運行于多個頻帶, 這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個無線標準及多 模終端,跨越多個運營商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。

移動化將人們從地理的限制上解脫出來, 實現(xiàn)無時不在、無所不在的信息傳遞。不僅是無線, 距離還得夠遠,以基地臺為圓心,傳輸距離得在直徑 10km 以上。無線已是現(xiàn)代通信的必要 手段,傳輸距離的遠近,會直接影響建設(shè)的進度與成本。

2寬帶化

寬帶化是滿足用戶對視頻業(yè)務(wù)、流媒體等業(yè)務(wù)帶寬的需求。在 2G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)解決了語音應(yīng)用 和一部分數(shù)據(jù)應(yīng)用之后, 視頻應(yīng)用將是 4G 網(wǎng)絡(luò)上的最主要內(nèi)容。3G 向視頻邁出了重要一步, 但是較 2G 的提升有限, 并未從根本上改變無線結(jié)構(gòu)。比如 3G 的帶寬問題, 多用戶同時使用 就會出現(xiàn)擁堵。而 4G 的帶寬是 3G 的 10倍, 頻譜利用率 大約也是 10倍,這樣吞吐量就是 100倍。IP 化

下一代網(wǎng)絡(luò)將是全 IP 網(wǎng), 從核心網(wǎng)到用戶設(shè)備均支持 IP 協(xié)議。未來的通信世界, 應(yīng)該一切 以 IP 為基礎(chǔ),形成網(wǎng)絡(luò)化的移動世界。每一個網(wǎng)絡(luò)使用者,只要具有專屬的 IP 號碼,可以 在任何時間、任何地點,透過 4G 網(wǎng)絡(luò)來通信,至于是語音、數(shù)據(jù),還是視頻,不再是運營 商該管的事了。

4融合化

隨著 4G 的演進,不同的無線技術(shù)在下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN 架構(gòu)下將實現(xiàn)融合、共存,發(fā)揮各自 的優(yōu)勢,形成多層次的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。4G 應(yīng)該是 NGN 的一部分, 4G 必須適應(yīng) 三網(wǎng)融合 的發(fā) 展需求,既要實現(xiàn)“無所不在,無所不能”,又要滿足個性化服務(wù)的

需求。因此,多體制、多技術(shù)仍將共存, 必須統(tǒng)一的將是共同的承載網(wǎng)絡(luò)—— 互聯(lián)網(wǎng)。三網(wǎng)都將失去其獨立組網(wǎng)特 征,而淪為 NGN 的 接入網(wǎng)。

4G 移動通信系統(tǒng)支持更豐富的移動業(yè)務(wù),包括高清晰度圖像業(yè)務(wù)、會議電視、虛擬現(xiàn)實業(yè) 務(wù)等, 用戶在任何地方都可以獲得任何所需的信息服務(wù)。將個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛 樂等行業(yè)結(jié)合成一個整體,更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。

5靈活性

4G 移動通信系統(tǒng)采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)地進行資源分配,能對通信過程中不斷變化的 業(yè)務(wù)流大小進行相應(yīng)處理而滿足通信要求, 采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù) 雜環(huán)境進行信號的正常發(fā)送與接收,有很強的智能性、適應(yīng)性和靈活性。

4G 移動通信系統(tǒng)是實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標準, 讓所有移動通信運營商的用戶享受共同的 4G 服務(wù), 真正實現(xiàn)一部 手機 在全球的任何地點都能進行通信。

7層疊系統(tǒng)

為了實現(xiàn) 1Gbps 的峰值速率, 4G 系統(tǒng)需要寬達 100MHz 的系統(tǒng)帶寬,但在 3GHz 以下頻段分 配 100MHz 連續(xù)頻譜幾乎是不可能的,而在高頻段又很難實現(xiàn)無縫全域覆蓋和高速移動(運 營商要求基于現(xiàn)有站址部署 4G 系統(tǒng),因此廣泛使用中繼和分布式天線技術(shù)有一定困難, 因此需要同時使用部分 3GHz 以下頻譜。也就是說, 4G 系統(tǒng)將是一個層疊系統(tǒng),需要同時使 用上述兩段離散的頻譜,這形成了 4G 系統(tǒng)的一個重要特征。

4、4G 的關(guān)鍵技術(shù)

4G 移動通信系統(tǒng)將應(yīng)用一批先進的技術(shù), 包括正交頻分復(fù)用(OFDM、多輸入多輸出(MIMO 技術(shù)、智能天線、空時編碼技術(shù)、無線鏈路增強技術(shù)、軟件無線

電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技 術(shù)、高性能的收發(fā)信機、多用戶檢測技術(shù)和分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等,提供全新的空中接口, 并為 終端用戶帶來更多的使用體驗。OFDM 未來無線 多媒體 業(yè)務(wù)既要保證數(shù)據(jù)傳輸速率高, 又要保證傳輸質(zhì)量, 這就要求所采用的調(diào)制 解調(diào)技術(shù)既要有較高的信元速率, 又要有較長的碼元周期, OFDM 技術(shù)正滿足這一需求。OFDM 是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。無線信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的, OFDM 技術(shù) 的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, 在每個子信道上使用一個子載波 進行調(diào)制, 各子載波并行傳輸, 這樣盡管總的信道是非平坦的, 但每個子信道是相對平坦的。且在各子信道上進行的是窄帶傳輸, 信號帶寬小于信道帶寬, 大大消除了信號波形間的干擾。OFDM 技術(shù)的最大優(yōu)點是能對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾,從而降低各子載波間的相互干 擾,提高頻譜利用率。

2軟件無線電技術(shù)

在 4G 眾多關(guān)鍵技術(shù)之中, 軟件無線電技術(shù)是通向未來 4G 的橋梁。由于各種技術(shù)的交迭有利 于減少開發(fā)的風(fēng)險,所以未來的 4G 技術(shù)需要適應(yīng)不同種類的產(chǎn)品的要求。而軟件無線電技 術(shù)則是適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的基礎(chǔ),它不僅能減少開發(fā)風(fēng)險,還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。此外, 它還減少了硅芯片的容量, 從而削減了運算器件的價格, 其開放的結(jié)構(gòu)也會允許多方運營的 介入;同時, 由于數(shù)碼信號處理器(DSP 的使用, 也彌補了廉價射頻(RF 所造成的不足。

在實際應(yīng)用中，RF 部分是昂貴而缺乏靈活性的，寬帶的 RF 是非線性的，而通過使用軟件無 線電技術(shù)可彌補其在靈活性上的不足。3）智能天線技術(shù) 智能天線技術(shù)也是 4G 中的關(guān)鍵，它與軟件無線電技術(shù)同樣緊密相連。它是在軟件無線電基 礎(chǔ)上提出的天線設(shè)計新概念，是數(shù)字多波束形成（DBF）技術(shù)與軟件無線電完美結(jié)合的產(chǎn)物。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能，被認為是未來移動通信的關(guān) 鍵技術(shù)。智能天線成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，既能 改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本

原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信 機來實現(xiàn)射頻信號的收發(fā)，同時，通過基帶數(shù)字信號處理器對各天線鏈路上接收到的信號按 一定算法進行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前，智能天線的工作方式主要有全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng) 智能天線雖然從理論上講可以達到最優(yōu)，但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)計算量大、信 道模型簡單、收斂速度較慢、在某些情況下甚至可能出現(xiàn)錯誤收斂等缺點。實際信道條件下，當(dāng)干擾較多、多徑嚴重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進行實時跟蹤。在基于預(yù) 多波束的切換波束工作方式下，全空域被一些預(yù)先計算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對應(yīng)的 波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊，接收時的主要任務(wù)是挑選一 個作為工作模式，與自適應(yīng)方式相比它顯然更容易實現(xiàn)，是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。4）MIMO MIMO 系統(tǒng)，該技術(shù)最早是由 Marconi 于 1908 年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根 據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng)，MIMO 還可以包括單輸入 多輸出（SIMO）系統(tǒng)和多輸入單輸出（MISO）系統(tǒng)。MIMO 系統(tǒng)在一定程度上可以利用傳播中的多徑分量，也就是說 MIMO 可以抗多徑衰落，但是 對于頻率選擇性深衰落，MIMO 系統(tǒng)依然是無能為力。目前解決 MIMO 系統(tǒng)中的頻率選擇性衰 落的方案一般是利用均衡技術(shù)，還有一種是利用 OFDM。大多數(shù)研究人員認為 OFDM 技術(shù)是 4G 的核心技術(shù)，但 4G 需要極高的頻譜利用率，而 OFDM 提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的。在 OFDM 的基礎(chǔ)上合理開發(fā)空間資源，也就是

MIMO+OFDM，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外，OFDM 由于碼率低和加入了時間保護間隔而具有極強的抗多徑干擾能力。由于多徑時 延小于保護間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網(wǎng)絡(luò)（SFN）可以用于寬帶 OFDM 系統(tǒng)，依靠多天線來實現(xiàn)，即采用由大量低功率發(fā)射機組成的發(fā)射機陣列消除陰影效 應(yīng)，來實現(xiàn)完全覆蓋。5）先進的信道編碼技術(shù)

4G 移動通信系統(tǒng)采用 Turbo 碼與基于低密度校驗（LDPC）碼相結(jié)合的信道編碼技術(shù)，同時 與自動重發(fā)請求（ARQ）技術(shù)和分集接收技術(shù)相結(jié)合，從而在低 Eb/No 條件下保證系統(tǒng)足夠 的性能。6）基于 IP 的核心網(wǎng) B3G-TDD 移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全 IP 的網(wǎng)絡(luò)，同已有的移動網(wǎng)絡(luò)相比具有根本 性的優(yōu)點，即可實現(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，可以 提供端到端的 IP 業(yè)務(wù)，能與已有核心網(wǎng)和公共交換電話網(wǎng)（PSTN）兼容。其具有開放的結(jié) 構(gòu)，允許多種空中接口接入核心網(wǎng)；同時能將業(yè)務(wù)、控制和傳輸分開。IP 與多種無線接入 協(xié)議相兼容，因此在核心網(wǎng)的設(shè)計上具有很大的靈活性。7）高性能的接收機 4G 移動通信系統(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信噪比（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。

5、國際合作與國際競爭形勢 國際上 4G 的技術(shù)與標準角力早就如火如荼地展開，任何有企圖的廠商、任何有實力的國家，都不愿意在這場戰(zhàn)役中缺席。目前，日本、韓國、美國、歐盟等已經(jīng)在泛 4G 技術(shù)的研究上 取得了領(lǐng)先，這些國家無不是采用《政府+運營商+制造企業(yè)》的模式來推動泛 4G 技術(shù)的研 究，許多企業(yè)已經(jīng)在泛 4G 技術(shù)領(lǐng)域有了長達十年左右的技術(shù)儲備。目前，歐洲和美國一些 大學(xué)和機構(gòu)都已大力投入對 4G 的研究，并結(jié)成了一些聯(lián)盟。新一代無線通信技術(shù)在美國及日本等發(fā)達國家已經(jīng)進入密集的研發(fā)和市場化階段。據(jù)美國電 氣電子工程學(xué)會（IEEE）最新公布的 802.16 無線寬帶技術(shù)草案文本，該機構(gòu)目前正在研究 一項無線傳輸新標準 802.16m 兼容 WiMAX 和 4G。802.16m 標準在快速移動狀態(tài)下的傳輸速率 可達 100Mbit/s。新標準之所以能達到以上速率，主要歸功于 MIMO 技術(shù)，802.11g 和 802.11n 標準路由器及接入節(jié)點目前已廣泛采用 MIMO 技術(shù)。54Mb/s 的路由器在采用了 MIMO 技術(shù)之 后，理論傳輸速率可達 108Mb/s。據(jù)稱，新標準至少還需一到兩年才能出臺。2006 年 3 月，中國、韓國和日本曾就進一步聯(lián)合研發(fā) 4G 移動通信標準一事達成共識。中國 信息產(chǎn)業(yè)部與他國的 4G 合作研發(fā)始于 2003 年，當(dāng)時與日本 NTTDoCoMo 簽訂了合作意向書，共同探討和研發(fā) 4G 技術(shù)；2004 年 10 月，又與韓國達成協(xié)議，擴大技術(shù)合作范圍，共同支

持對 4G 無線通信系統(tǒng)的研發(fā)。FuTURE 計劃的支持下，在 一批中國研究機構(gòu)作為合作伙伴參 與了歐盟第六框架 WINNER、Magnet、MOCCA 等國際上有關(guān)

未來移動通信研究項目，并與一批 跨國企業(yè)設(shè)立了一系列聯(lián)合研發(fā)項目。FuTURE 計劃已成為世界范圍內(nèi)推動新一代移動通信 技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。目前 ITU（國際電信聯(lián)盟的簡稱）還沒確定 4G 標準。根據(jù) ITU 的 4G 時間表：2006～2007 年完成頻譜規(guī)劃，2007～2008 年國際電信聯(lián)盟將會征集 4G 標準，2010 年左右完成全球統(tǒng)一 的標準化工作，2012 年之后開始逐步商用。我國正醞釀聯(lián)合一些大型電信設(shè)備商及大學(xué)研 究機構(gòu)組建 4G 標準聯(lián)盟，以便參與 2008 年開始的 ITU 全球 4G 標準征集。對 4G 最為關(guān)注的外企包括北電、三星、摩托羅拉等，分別在 3G 以及 Wimax 上擁有較多知識 產(chǎn)權(quán)的高通和英特爾也“爭得不可開交”，希望能獲得 4G 的主導(dǎo)權(quán)。2006 年 11 月，摩托 羅拉正式在北京成立無線寬帶中國研究中心，摩托羅拉執(zhí)行副總裁兼網(wǎng)絡(luò)及企業(yè)通信事業(yè)部 總裁格雷格-布朗透露，該研究重點集中在 OFDM、MIMO 等涉及 4G 的基礎(chǔ)技術(shù)方向。4G 最終 采用哪種版本對任何一個企業(yè)來說都很重要，中國采取哪種戰(zhàn)略則涉及到外企能在未來的中 國市場獲得多大的市場份額。來源：中國聯(lián)通網(wǎng)站 [此貼子已經(jīng)被作者于 2008-4-25 9:41:58 編輯過]

第三篇：移動通信課題研究

實踐報告

一、實驗內(nèi)容：

假設(shè)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)（勝利路以南、學(xué)府街以西、大學(xué)路以北和紅旗街以東，即以佳木斯大學(xué)A院、翰林苑一期、佳木斯市體育場、體校和學(xué)城名筑為主構(gòu)

成的地區(qū)）為一個海島，距陸地約50公里，其它情況與現(xiàn)實相同。蜂窩移動通信技術(shù)，對海島所需中國移動GSM900網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進行模擬工程設(shè)計。陸地與海島基站的通信采用光纖作傳輸介質(zhì)。具體任務(wù)如下：

? 進行基站選址、天線高度和信道數(shù)量設(shè)定，依據(jù)手機接收的最小功率和奧村模型進行信道場強中值的估算，計算發(fā)射機的發(fā)射功率。

? 1.實地調(diào)查海島的邊長、周長、面積、形狀和地形

? 大學(xué)路756米、勝利路761米、紅旗路634米、學(xué)府街617米

? 周長：756+634+761+617=2768；面積：762.5*625=474441.75 ? 形狀：近似于長方形。地形：平坦地區(qū)

2、基站選址 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求：

基站站間距根據(jù)電測及仿真分析結(jié)果確定，一般要求基站站址分布與標準蜂窩結(jié)構(gòu)的偏差應(yīng)小于站間距的1/4，在密集覆蓋區(qū)域應(yīng)小于站間距的1/8。

無線傳播環(huán)境要求：

基站天線高度滿足覆蓋目標，一般要求天線主瓣方向100米范圍內(nèi)無明顯阻擋。同時，天線不宜過高，避免扇區(qū)間的過度重疊影響網(wǎng)絡(luò)容量和質(zhì)量。基站所在建筑物高度、天線掛高要求如下表所示，實際工程中應(yīng)根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整。

經(jīng)綜合考慮設(shè)在大學(xué)主樓樓前 3設(shè)定天線高度

建議市區(qū)基站站址建筑物高度選址在30米（7層樓）－35米（12層樓）之間。如周圍建筑均比較高時，可選擇平均高度的建筑物。如果找不到合適高度的建筑時，可以選擇較低的建筑，通過樓頂建塔（角鋼塔、拉線塔等）的方式達到高度要求；或選擇較高的建筑，通過將天線安裝在較低樓層的外墻上來達到要求，但這兩種情況需要同規(guī)劃和物業(yè)協(xié)商。郊區(qū)和農(nóng)村一般通過建塔來解決天線架設(shè)問題，一般高度取定為40-60米，視情況而定。

? 由題意知咱們這個小海島設(shè)為市區(qū)，天線高度設(shè)為40米。

4、估算用戶數(shù)量，選擇信道數(shù)量

? 通過查詢可知：全國大約有7.8億人選擇用中國移動網(wǎng)絡(luò)，大約1.6億人民選擇中國聯(lián)通，大約1.2億人民選擇中國電信，則可計算780000000/960000*=39位移474441.75動用戶，160000000/9600000000000*474441.75=8位聯(lián)通用戶，120000000/9600000000000*474441.75=6位電信用戶。估計有九千人。

5、查詢手機的最小接收功率（靈敏度）

? 經(jīng)查詢是-102dBm(摘自百度)?

6、計算無線電波自由空間損耗

所謂自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。[Lbs](dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中Lbs為傳輸損耗，d為傳輸距離，頻率的單位以MHz計算。

由上式可見，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)f或d增大一倍時，［Lfs］將分別增加6dB.下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗Lbs = 32.45 + 20lg d(Km)+ 20lg f(MHz)Lbs 是傳播損耗，單位為dB，d是距離，單位是Km，f是工作頻率，單位是MHz，工作頻率：500MHz，通信距離：15km，基站天線高度：46m，移動臺天線高度：1.5 所以Lbs=32.45+20lgd+20lgf =32.45+20lg15+20lg500=109.95dB

7、利用奧村模型修正

（Okumura）是最常用的傳播模型，比較簡單，分析起來比較方便，常用于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中。奧村模型得名于奧村，奧村在20世紀60年代測量了日本東京等地?zé)o線信號的傳播特性，根據(jù)測量數(shù)據(jù)得到了一些統(tǒng)計圖表，用于對信號衰耗的估計。奧村模型有一定的適用范圍，載波頻率從150～1950 MHz；離基站不能太近，有效距離為1～100 km；天線高度要在30 m以上。Hata在奧村模型上做了改進，將統(tǒng)計圖表轉(zhuǎn)換為公式，這樣計算信號衰耗就不必查圖表，非常方便，而且還適合計算機處理。盡管如此，這些公式仍然統(tǒng)稱為奧村模型。除了城市以外，奧村模型還分別針對郊區(qū)、農(nóng)村和開闊地定義了相應(yīng)的公式。其中，城市環(huán)境A為135.8，郊區(qū)環(huán)境A為128.6，農(nóng)村環(huán)境A為116.5。

市區(qū)準平滑地區(qū)的傳播衰耗中值：

Am（f，d）=Am（500，15）=29.5dB

Hb（hb，d）=Hb（46，15）=—14dB

Hm（hm，f）=Hm（1.5,500）=—3dB LT=Lbs+Am（f，d）—Hb（hb，d）—Hm（hm，f）

=103.33+30.5—（—14）—（—3）=150.83dB 因為KT=0，所以任意地形地物情況下的衰耗中值： LA=LT—KT=LT=150.83dB

8、計算發(fā)射機發(fā)射功率

電壓：

具體分工：

? 楊連月———計算周長面積以及選址，天線高度，寫實踐總結(jié) ? 潘琦——分析數(shù)據(jù)，上網(wǎng)查資料計算數(shù)據(jù)。校驗。

實踐總結(jié)：

在做這個實踐的時候，我們需要知道覆蓋的區(qū)域是什么類型，它是平原還是去丘陵，是郊區(qū)還是縣城。不同類型有不同的修正和調(diào)整。奧村模型有各自的計算方式。在預(yù)測模型中，天線高度對電波傳輸過程中損耗的影響較復(fù)雜一些，但也是以一定的對應(yīng)關(guān)系，隨著天線高度的鄭家，損耗響應(yīng)的增加。不同類型的天線參數(shù)，覆蓋效果也不同，天線增益越大，發(fā)射功率越強，傳播中的能忍受的衰耗也越大。在這次海島的測量中我們采用高精度的電子地圖，測量它們的長度寬度以及面積周長。通過網(wǎng)絡(luò)我們查詢我們需要的資料，在這個范圍內(nèi)我們問了一些商鋪的店主，學(xué)生以及路上的行人的手機是什么運行商，她們中間學(xué)生愛上網(wǎng)的用聯(lián)通和電信的居多，因為流量便宜，其他人多少是移動，首先移動信號強，其次營業(yè)廳多，方便繳費。我們的調(diào)查樣本容量很少，為了保證準確性，我們在網(wǎng)上百度了一下它們所占的比例。

第四篇：試析移動4G通信的關(guān)鍵技術(shù)及實踐應(yīng)用

試析移動4G通信的關(guān)鍵技術(shù)及實踐應(yīng)用

引言：4G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)，不僅可以為廣大用戶帶來更多的福音，而且也將會是未來移動通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)。文章對4G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，并探討了當(dāng)前4G技術(shù)發(fā)展的問題

一、4G移動通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

一般來說，4G移動通信技術(shù)主要涉及了OFDM技術(shù)、智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)、軟件無線電技術(shù)（SDR）、基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)，下面就這幾種關(guān)鍵技術(shù)展開深入的分析。

（一）OFDM

OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實際上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。OFDM技術(shù)有很多優(yōu)點：可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率；適合高速數(shù)據(jù)傳輸；抗衰落能力強；抗碼間干擾（ISI）能力強。

（二）智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)

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，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。

移動通信環(huán)境中的多徑傳播對通信的有效性與可靠性造成了嚴重的影響。而多輸入多輸出（M1MO）技術(shù)在通信鏈路兩端均使用多個天線，發(fā)端將信源輸出的串行碼流轉(zhuǎn)成多路并行子碼流，分別通過不同的發(fā)射天線陣元同頻、同時發(fā)送，接收方則利用多徑引起的多個接收天線上信號的不相關(guān)性從混合信號中分離估計出原始子碼流，這相當(dāng)于頻帶資源重復(fù)利用，使頻譜利用率和鏈路可靠性極大地提高。

（三）軟件無線電技術(shù)（SDR）

軟件無線電（SDR）是將標準化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）及數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）等先進的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求，盡可能多地用軟件來定義無線功能。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、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件（DSPH）、現(xiàn)場可編程器件（FPGA）、數(shù)字信號處理（DSP）等。

（四）基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò)，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)，能允許各種窄中接口接人核心網(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。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)議，主要采用全分組方式IPv6技術(shù)。

二、4G移動通信技術(shù)實踐應(yīng)用

現(xiàn)今，對于4G移動通信技術(shù)的期待者愈來愈多。作為建網(wǎng)時間最早，建網(wǎng)準備最充分的中國移動運營商，已經(jīng)在廣深兩地進行充分的布局，在TD-LTE牌照正式發(fā)放后，中國移動如猛虎出閘，極力推廣4G業(yè)務(wù)，以下通過實際地點的測試我們來分析4G技術(shù)的應(yīng)用。

在此通過4G手機我們在廣州越秀區(qū)公元前進行測試，公園前地區(qū)作為廣州市中心主要的商業(yè)區(qū)域，其4G覆蓋質(zhì)量如何頗受關(guān)注。這里因為是舊城區(qū)的關(guān)系，街道較多，樓宇更加密集，而且人流量多，包括商業(yè)和居住，眾多室內(nèi)商場考驗了移動4G的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。由于4G采用高頻段的關(guān)系，利用基站進行室外的廣覆蓋是基本沒有問題的，但是遇到室內(nèi)的微覆蓋，因為穿透力弱，所以需要專門的室內(nèi)信號布局與優(yōu)化。我們測試的地點選在了公園前五月花地下商業(yè)區(qū)域中，這里是室內(nèi)區(qū)域，如果沒有進行專門的4G信號覆蓋，單靠室外宏基站是肯定無法進行覆蓋的。從現(xiàn)場信號來看，說明移動在重點的商業(yè)區(qū)域的布局還是比較給力的，整體信號強度比較給力。從測速結(jié)果來看，結(jié)果也是令人滿意，采用廣州服務(wù)器的測速更是達到了峰值60Mbps，下行測試為14.28Mbps，上行測試為8.11Mbps，軟件的下載速度為1.9 Mbps，視頻緩存速度為756KB/S，實際的軟件下載速度與視頻緩沖速度都比較正常，相比3G還是會有質(zhì)的飛躍。當(dāng)然現(xiàn)在使用4G服務(wù)的人相對較少，基站負荷相對較小，待使用人數(shù)逐漸增多，那時候便要看移動的優(yōu)化能力了。

接下來選取梅花園地鐵站為測試地點，覆蓋情況可以基本代表在梅花園與南方醫(yī)院之間區(qū)域的4G信號狀況。該區(qū)域小區(qū)樓盤眾多，人口密度較高，加上擁有較多樓宇密集的地方，這對于4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋有一定的考驗。實際的體驗中，筆者走在戶外路上，4G信號一直都只是在2-3格之間徘徊，極少情況有4格信號。由于4G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段為高頻段，進入到室內(nèi)后，信號衰減很強烈，樓宇較為密集下，其信號強度只有1-2格左右。從測試成績來看，即使信號強度不是特別強，但是4G網(wǎng)絡(luò)的速度還與基站的負載等因素有關(guān)。通過進行測速，服務(wù)器普遍下行速度較高，不過反而在上行速度，服務(wù)器數(shù)據(jù)都不是特別高。實際應(yīng)用中，我們利用豌豆莢下載40MB大小的游戲，平均下載速度為2.4MB/s，而優(yōu)酷客戶端在線觀看視頻做到即點即開，拖動到那里都基本做到與本地視頻一樣。視頻緩存速度也有1.2MB/s，不過根據(jù)不同視頻軟件服務(wù)器的不相同，緩存的下載速度會有差異。

三、4G移動通信技術(shù)的發(fā)展前景

現(xiàn)今，3G移動通信技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，也已經(jīng)投入到全面商用化的使用階段。愈來愈多的手機用戶運用著便捷的3G移動技術(shù)，但是仍然可以發(fā)現(xiàn)3G移動技術(shù)尚存在許多的不足與缺陷，阻礙了用戶進一步體驗高效、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)需求服務(wù)。

在4G移動通信的發(fā)展路程中，依然會面臨許多的問題與挑戰(zhàn)，但同時機遇也是極大的。根據(jù)筆者所查閱的大量資料，不難預(yù)測，全球的TDLTE產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2015年將可實現(xiàn)1512億美元，并將可突破9100萬戶目標。由此可見，4G移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將推動4G移動通信技術(shù)逐步替代3G移動技術(shù)，而成為整個移動通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，為廣大用戶實現(xiàn)更為高效、穩(wěn)定、便捷的信息化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

參考文獻

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第五篇：4G移動通信系統(tǒng)的主要特點和關(guān)鍵技術(shù)

4G移動通信系統(tǒng)的主要特點和關(guān)鍵技術(shù)

1、引言

隨著人們對移動通信系統(tǒng)的各種需求與日俱增，目前投入商用的2G、2.5G系統(tǒng)和部分投入商用的3G系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，許多國家已經(jīng)投入到對4G移動通信系統(tǒng)的研究和開發(fā)中。本文將概要介紹4G移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù)特點，并討論4G系統(tǒng)中可能采用的有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。2、4G移動通信系統(tǒng)的主要特點

與3G相比，4G移動通信系統(tǒng)的技術(shù)有許多超越之處，其特點主要有：

(1)高速率。對于大范圍高速移動用戶(250km/h)，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s；對于中速移動用戶(60km/h)，數(shù)據(jù)速率為20Mb/s；對于低速移動用戶(室內(nèi)或步行者)，數(shù)據(jù)速率為100Mb/s。(2)以數(shù)字寬帶技術(shù)為主。在4G移動通信系統(tǒng)中，信號以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區(qū)也會相應(yīng)小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時也會引起系列技術(shù)上的難題。

(3)良好的兼容性。4G移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標準，讓所有移動通信運營商的用戶享受共同的4G服務(wù)，真正實現(xiàn)一部手機在全球的任何地點都能進行通信。

(4)較強的靈活性。4G移動通信系統(tǒng)采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)地進行資源分配，能對通信過程中不斷變化的業(yè)務(wù)流大小進行相應(yīng)處理而滿足通信要求，采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進行信號的正常發(fā)送與接收，有很強的智能性、適應(yīng)性和靈活性。(5)多類型用戶共存。4G移動通信系統(tǒng)能根據(jù)動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和變化的信道條件進行自適應(yīng)處理，使低速與高速的用戶以及各種各樣的用戶設(shè)備能夠共存與互通，從而滿足系統(tǒng)多類型用戶的需求。

(6)多種業(yè)務(wù)的融合。4G移動通信系統(tǒng)支持更豐富的移動業(yè)務(wù)，包括高清晰度圖像業(yè)務(wù)、會議電視、虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)等，使用戶在任何地方都可以獲得任何所需的信息服務(wù)。將個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等行業(yè)結(jié)合成一個整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。

(7)先進的技術(shù)應(yīng)用。4G移動通信系統(tǒng)以幾項突破性技術(shù)為基礎(chǔ)，如：OFDM多址接入方式、智能天線和空時編碼技術(shù)、無線鏈路增強技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高性能的收發(fā)信機和多用戶檢測技術(shù)等。

(8)高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。4G移動通信系統(tǒng)是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，擁有對結(jié)構(gòu)的自我管理能力，以滿足用戶在業(yè)務(wù)和容量方面不斷變化的需求。3、4G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

為了適應(yīng)移動通信用戶日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，具體實現(xiàn)4G系統(tǒng)較3G的優(yōu)越之處，4G移動通信系統(tǒng)將主要采用以下關(guān)鍵技術(shù)：(1)接入方式和多址方案

OFDM(正交頻分復(fù)用)是一種無線環(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，在每個子信道上使用一個子載波進行調(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，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM技術(shù)的優(yōu)點是可以消除或減小信號波形間的干擾，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。(2)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/N0條件下保證系統(tǒng)足夠的性能。(3)高性能的接收機

4G移動通信系統(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l.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?？梢妼τ?G系統(tǒng)，由于速率很高，對接收機的性能要求也要高得多。(4)智能天線技術(shù)

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，被認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，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，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。(5)MIMO技術(shù)

MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效的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，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。例如：當(dāng)接收天線和發(fā)送天線數(shù)目都為8根，且平均信噪比為20dB時，鏈路容量可以高達42bps/Hz，這是單天線系統(tǒng)所能達到容量的40多倍。因此，在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術(shù)是實現(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)。在無線頻譜資源相對匱乏的今天，MIMO系統(tǒng)已經(jīng)體現(xiàn)出其優(yōu)越性，也會在4G移動通信系統(tǒng)中繼續(xù)應(yīng)用。(6)軟件無線電技術(shù)

軟件無線電是將標準化、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)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。軟件無線電的核心思想是在盡可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。(7)基于IP的核心網(wǎng)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò)，同已有的移動網(wǎng)絡(luò)相比具有根本性的優(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。

(8)多用戶檢測技術(shù)

多用戶檢測是寬帶CDMA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，多址干擾就成為寬帶CDMA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)中采用多用戶檢測技術(shù)將是切實可行的。

4、總結(jié)

4G移動通信系統(tǒng)目前還只是一個基本概念，處于實驗室研究開發(fā)階段。不少業(yè)內(nèi)人士認為，盡管4G移動通信技術(shù)有著比3G更強的優(yōu)越性，可要是把4G投入到實際應(yīng)用，還需要對現(xiàn)有的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施進行更新改造，這將會引發(fā)一系列的資金、觀念等問題，從而在一定程度上減緩4G正式進入市場的速度。但可以肯定的是，隨著互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，4G也會繼續(xù)高速發(fā)展，4G將會是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是滿足未來市場需求的新一代的移動通信系統(tǒng)。