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第四代移動通信技術論文
第四代移動通信技術
200730590123 丘 暉 07通信1班
摘要：21世紀移動通信技術和市場飛速發(fā)展，在新技術和市場需求的共同作用下，未來移動通信技術將呈現(xiàn)以下幾大趨勢：網絡業(yè)務數(shù)據化、分組化，移動互聯(lián)網逐步形成；網絡技術數(shù)字化、寬帶化；網絡設備智能化、小型化；應用于更高的頻段，有效利用頻率；移動網絡的綜合化、全球化、個人化；各種網絡的融合；高速率、高質量、低費用。這正是第四代（4G）移動通信技術發(fā)展的方向和目標。
關鍵詞：第四代移動通信（4G）；正交頻分復用；多模式終端
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。隨著電子技術的發(fā)展，特別是半導體、集成電路和計算機技術的發(fā)展，移動通信得到了迅速的發(fā)展。隨著其應用領域的擴大和對性能要求的提高，促使移動通信在技術上和理論上向更高水平發(fā)展。20世紀80年代以來，移動通信已成為現(xiàn)代通信網中不可缺少并發(fā)展最快的通信方式之一。
回顧移動通信的發(fā)展歷程，移動通信的發(fā)展大致經歷了幾個發(fā)展階段：第一代移動通信技術主要指蜂窩式模擬移動通信，技術特征是蜂窩網絡結構克服了大區(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，能提供高質量的視頻寬帶多媒體綜合業(yè)務，并能實現(xiàn)全球漫游�，F(xiàn)在用的大多是第二代技術，第三代技術還不太成功，但已有了第四代技術的設想。第四代移動通信系統(tǒng)（4G）標準比第三代具有更多的功能。
一.第四代移動通信技術
第四代移動通信技術的概念可稱為寬帶接入和分布網絡，具有非對稱的超過2Mbit/s的數(shù)據傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網絡。第四代移動通信標準比第三代標準擁有更多的功能。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絡中提供無線服務，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時、數(shù)據采集、遠程控制等綜合功能。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：
1.1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，最高可以達到100Mbit/s。
1.2網絡頻譜更寬
要想使4G通信達到100Mbit/s的傳輸速度，通信運營商必須在3G通信網絡的基礎上對其進行大幅度的改造，以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的帶寬高出許多。據研究，每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當于W-CDMA3G網絡的20倍。
二 第四代移動通信優(yōu)越性
個人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂等業(yè)務無縫連接為一個整體，滿足用戶的各種需求。4G應能集成不同模式的無線通信——從無線局域網和藍牙等室內網絡、蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。各種業(yè)務應用、各種系統(tǒng)平臺間的互聯(lián)更便捷、安全，面向不同用戶要求，更富有個性化。而且4G手機從外觀和式樣上看將有更驚人的突破，可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋都有可能成為4G終端。
2.1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通信的終端設備的設計和操作
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手機將能根據環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機的主人。
2.2兼容性能更平滑
要使4G通信盡快地被人們接受，還應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，從這個角度來看，4G通信系統(tǒng)應當具備全球漫游、接口開放、能跟多種網絡互聯(lián)、終端多樣化以及能從2G、3G平穩(wěn)過渡等特點。
2.3實現(xiàn)更高質量的多媒體通信
4G通信提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數(shù)據、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”。
2.4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，因此，相對其他技術來說，4G通信部署起來就容易、迅速得多。同時在建設4G通信網絡系統(tǒng)時，通信運營商們將考慮直接在3G通信網絡的基礎設施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地第一文庫網降低運營成本。
三 第四代移動通信系統(tǒng)結構
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，在各種網絡系統(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。當多模式終端接入系統(tǒng)時，網絡會自適應分配頻帶、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）。隨著技術發(fā)展和市場需求變化，新的接入技術將不斷出現(xiàn)。 不同類型的接入技術針對不同業(yè)務而設計，因此，我們根據接入技術的適用領域、移動小區(qū)半徑和工作環(huán)境，對接入技術進行分層。
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，服務范圍覆蓋面積大。
蜂窩層：主要由2G、3G通信系統(tǒng)組成，服務范圍覆蓋面積較大。
熱點小區(qū)層：主要由WLAN網絡組成，服務范圍集中在校園、社區(qū)、會議中心等，移動通信能力很有限。
個人網絡層：主要應用于家庭、辦公室等場所，服務范圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限，但可通過網絡接入系統(tǒng)連接其他網絡層。
固定網絡層：主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。
網絡接入系統(tǒng)在整個移動網絡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)化調制、信道編碼和信號傳輸技術，提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據壓縮技術，并在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究。為提高網絡性能，在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網絡自我優(yōu)化和自動重構技術，動態(tài)頻譜分配和資源分配技術，網絡管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。提高和擴展IP技術在移動網絡中的應用；加強軟件無線電技術；優(yōu)化無線電傳輸技術，如支持實時和非實時業(yè)務、無縫連接和網絡安全。
四 第四代移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術
4.1 OFDM正交頻分復用技術
OFDM正交頻分復用技術的基本思想是將高速串行的數(shù)據碼流變換成N（通常取偶數(shù)）路并行的低速數(shù)據流，再將這N路低速數(shù)據流分別調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。
4.2 MIMO技術
MIMO（多進多出）是未來移動通信的關鍵技術。MIMO技術主要有兩種表現(xiàn)形式，即空間復用和空時編碼。這兩種形式在WiMAX協(xié)議中都得到了應用。WiMAX相關協(xié)議還給出了同時使用空間復用和空時編碼的形式。支持MIMO是協(xié)議中的
一種可選方案，結合自適應天線陣（AAS）和MIMO技術，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
4.3 軟件無線電技術
軟件無線電是美國MTLTRE公司于1992年明確提出的，其基本思想是將標準化、模塊化的硬件功能單元經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)，所有體制和標準的更新，以及不同體制之間的兼營，都可以通過適當?shù)能浖䜩硗瓿�。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、調制解調算法軟件等。軟件無線電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網絡和空中接口。軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現(xiàn)各種應用的可變QoS。
4.4智能天線技術
智能天線（SA）原名自適應天線陣列，由多個天線單元組成，每個天線后面接一個加權器，經過加權器處理以后的信號，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)字波束調節(jié)等智能功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線應用數(shù)字信號處理技術，產生空間定向波束，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。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。
4.5調制與編碼技術
4G移動通信系統(tǒng)采用新的調制技術，如多載波正交頻分復用調制技術以及單載波自適應均衡技術等調制方式，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)技術和分集接收技術等，從而在低Eb/N0條件下保證系統(tǒng)足夠的性能。
4.6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，則所需要的SNR為12dB�？梢妼τ�4G系統(tǒng)，由于速率很高，對接收機的性能要求也要高得多。
4.7全IP技術
4G移動通信系統(tǒng)應該是一個全IP的網絡，全IP網絡節(jié)約成本，提高可擴展性，靈活性，并使網絡運行更有效率，可支持IPv6，解決IP地址不足并能實現(xiàn)移動IP。同已有的移動網絡相比具有根本性的優(yōu)點，即：可以實現(xiàn)不同網絡間的無縫互聯(lián)。核心網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，能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構，能允許各種空中接口接入核心網；同時核心網能把業(yè)務、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)議與核心網絡(CN)協(xié)議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入協(xié)議相兼容，因此在設計核心網絡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。
在不同的4G移動通信系統(tǒng)中將采用的不同的新技術組合，并且以上的新技術正在不斷的發(fā)展完善中，特別是目前的4G標準未確定，處于研究開發(fā)和完善階段，成熟期預計要三到五年或更長。但可以肯定的是，隨著移動互聯(lián)網高速發(fā)展，新技術將隨著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)
參考文獻：
移動通信原理 吳偉陵等編著 電子工業(yè)出版社
數(shù)字移動通信技術 何林娜編著 機械工業(yè)出版社
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