大学设计方案移动通信发展前景大学方案

1、毕业设计（论文） 标题： 移动通信发展前景 学生姓名： 张继栋 系部： 头用信息技术 专业： 移动通信技术 班级： 移动通信（1） 指导教师： 王南 目录 摘要 、尸、 亠 刖言 第一章4G移动通信简介 1.1通信速度更快 1.2网络频谱更宽 第二章多种业务的完整融合 2.1智能性能更高 22兼容性能更平滑 2.3实现更高质量的多媒体通信 2.4通信费用更加便宜 第三章4G移动通信的接入系统 第四章4G移动通信系统中的关键技术 结论 参考文献 致谢 摘要 移动通信发展前景 论文摘要： 21 世纪移动通信技术和市场飞速 发展 ，在新技术和市场需求的共同 作用下，未来移动通信技术将呈现以下几大趋势

2、： 网络 业务数据化、分组化， 移动互联网逐步形成；网络技术数字化、宽带化；网络设备智能化、小型化； 应用于更高的频段，有效利用频率；移动网络的综合化、全球化、个人化；各 种网络的融合；高速率、高质量、低费用。这正是第四代（4G）移动通信技术 发展的方向和目标。 论文关键词：第四代移动通信（4G）;正交频分复用；多模式终端 一、引言 移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的通信。随着 电子技 术 的 发 展 ， 特 别 是 半 导 体 、 集 成电路和 计算机技术的发展，移动通信得到了迅速的发展。随着其应用领域的 扩大和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。

3、 20 世纪 80 年代以来，移动通信已成为 现代通信网中不可缺少并发展最快的通 信方式之一。 回顾移动通信的发展历程，移动通信的发展大致经历了几个发展阶段：第一代 移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大 区制容量低、活动范围受限的问题。第二代移动通信是蜂窝数字移动通信，使 蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点。第三代移动通信的主 要特征是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点，克服了其缺点 外，还能够提供宽带多媒体业务，能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务， 并能实现全球漫游。现在用的大多是第二代技术，第三代技术还不太成功，但 已有了第四代技术

4、的设想。第四代移动通信系统（ 4G）标准比第三代具有更多 的功能。 第 一 章 4G 移 动 通 信 简 介 第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过 2Mbit/s 的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽 带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准拥有更多的功 能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中 提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通 信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移 动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入 IP 系统

5、。目前正在 开 发 和 研 制 中 的 4G 通 信 将 具 有 以 下 特 征 ： 1.1通信速度更快 由于人们研究 4G 通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问 Internet 的速率，因此 4G 通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。专家 预 估 ， 第 四 代 移 动 通 信 系 统 的 速 度 可 达 到 10-20Mbit/s ， 最 高 可 以 达 到 100Mbit/s 。 1.2 网 络 频 谱 更 宽 要想使 4G 通信达到 100Mbit/s 的传输速度，通信运营商必须在 3G 通信网络的 基础上对其进行大幅度的改造，以便使 4G网络在通信带宽上比3G

6、网络的带宽 高出许多。据研究，每个 4G 信道将占有 100MHz 的频谱，相当于 W-CDMA3G 网络的20倍。 第二章 多种业务的完整融合 个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝 连接为一个整体，满足用户的各种需求。 4G 应能集成不同模式的无线通信 从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户 可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、各种系统平台间的 互联更便捷、安全，面向不同用户要求，更富有个性化。而且 4G 手机从外观 和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、 旅游鞋 都 有 可 能 成 为 4G 终 端 。 2.1 智

7、能 性 能 更 高 第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在 4G 通信的终端设备的设计和操作 具有智能化，更重要的是 4G 手机可以实现许多难以想象的功能。例如， 4G 手 机将能根据环境、时间以 及其 他因素来适时提醒手机的 主人。 2.2 兼容性能更平滑 要使 4G 通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多 的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到 4G 通信。因此，从这个角度来看， 4G 通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以 及 能 从 2G 、 3G 平 稳 过 渡 等 特 点 。 2.3 实 现 更 高 质 量 的 多 媒 体 通 信 4G 通信提供的无线多

8、媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过 宽 频 的 信 道传 送出 去 ， 为此 4G 也 称 为 “多媒 体 移动通 信 ”。 2.4 通 信 费 用 更 加 便 宜 由于 4G 通信不仅解决了与 3G 的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地 升级到 4G 通信，而且 4G 通信引入了许多尖端通信技术，因此，相对其他技术 来说， 4G 通信部署起来就容易、迅速得多。同时在建设 4G 通信网络系统时， 通信运营商们将考虑直接在 3G 通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方 法 ， 这 样 就 能 够 有 效 地 降 低 运 营 成 本 。 第三章 4G 移 动 通 信 的 接

9、 入 系 统 4G 移动通信接入系统的显著特点是，智能化多模式终端( multi-modeterminal) 基于公共平台，通过各种接技术，在各种网络系统(平台)之间实现无缝连接 和协作。在 4G 移动通信中，各种专门的接入系统都基于一个公共平台，相互 协作，以最优化的方式工作，来满足不同用户的通信需求。当多模式终端接入 系统时，网络会自适应分配频带、给出最优化路由，以达到最佳通信效果。目 前， 4G 移动通信的主要接入技术有：无线蜂窝移动通信系统（例如2G、 3G）;无绳系统（如 DECT）;短距离连接系统（如蓝牙）； WLAN系统；固 定无线接入系统；卫星系统；平流层通信（STS）;广播电

10、视接入系统（如 DAB、DVB-T、CATV）。随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不 断出现。 不同类型的接入技术针对不同业务而设计，因此，我们根据接入技术的适用领 域 、 移 动 小 区 半 径 和 工 作 环 境 ， 对 接 入 技 术 进 行 分 层 。 分配层：主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信组成，服务范围覆盖面 积大。 蜂窝层：主要由 2G、 3G 通信系统组成， 服务范围覆盖面积较大。 热点小区层：主要由 WLAN 网络组成，服务范围集中在校园、社区、会议中心 等 ， 移 动 通 信 能 力 很 有 限 。 个人网络层：主要应用于家庭、办公室等场所，服务范围覆盖面积

11、很小。移动 通 信 能 力 有 限 ， 但 可 通 过 网 络 接 入 系 统 连 接 其 他 网 络 层 。 固定网络层：主要指双绞线、 同轴电缆、 光纤组成的固定通信系统。 网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。未来的接入系统将主要 在以下三个方面进行技术革新和突破：为最大限度开发利用有限的频率资源， 在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算 法、信号检测和数据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。 为提高网络性能，在接入系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构 技术，动态频谱分配和资源分配技术，网络管理和不同接入系统间协作。提高 和

12、扩展 IP 技术在移动网络中的应用；加强软件无线电技术；优化无线电传输技 术 ， 如 支 持 实 时 和 非 实 时 业 务 、 无 缝 连 接 和 网 络 安 全 。 第四章 4G 移 动 通 信 系 统 中 的 关 键 技 术 （一）定位技术 定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。它主要分为基于移动终端定 位、基于移动网络定位或者混合定位三种方式。在 4G 移动通信系统中，移动 终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟 踪，是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接和系统中高速率和高质量 的移动通信的前提和保障。 （二）切换技术 切换技术适用于移动终端在不同

13、移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降 低信道选择等情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间 建立可靠移动通信的基础和重要技术。它主要有软切换和硬切换。在 4G 通信 系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向 发展。 （ 三 ） 软 件 无 线 电 技 术 在 4G 移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂。为此，专家们提议引入软件 无线电技术，将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥 梁。软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将 A/D和D/A转换器尽可能地靠近 RF前端，利用DSP进行信道分离、调制解调 和信道编

14、译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软 件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。因此，应用软件无线电 技术，一个移动终端，就可以实现在不同系统和平台之间，畅通无阻的使用。 目前比较成熟的软件无线电技术有参数控制软件无线电系统。 （四）智能天线技术 智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，能满足 数据中心、移动 IP 网络 的性能要求。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互 干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输 容量。 （五）交互干扰抑制和多用户识别 待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为 4G 的组成部分，它

15、们以交互 干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系统，消除不必要的邻近和共信道用户 的交互干扰，确保接收机的高质量接收信号。这种组合将满足更大用户容量的 需求，还能增加覆盖范围。交互干扰抑制和多用户识别两种技术的组合将大大 减 少 网 络 基 础 设 施 的 部 署 ， 确 保 业 务 质 量 的 改 善 。 （ 六 ） 新 的 调 制 和 信 号 传 输 技 术 在高频段进行高速移动通信，将面临严重的选频衰落（frequency- selectivefadi ng）。为提高信号性能，研究和发展智能调制和解调技术，来有效 抑制这种衰落。例如正交频分复用技术（ OFDM ）、自适应均衡器等。另一方

16、面，采用TPC、Rake扩频接收、跳频、FEC （如AQR和Turbo编码）等技术， 来 获 取 更 好 的 信 号 能 量 噪 声 比 。 4G移动通信系统的关键技术：OFDM正交频分复用技术 OFDM正交频分复用技术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N （通 常取偶数）路并行的低速数据流，再将这 N 路低速数据流分别调制到等频间隔 的一组总数为 N 的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。 OFDM 技术 的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒 频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。 OFDM 的主 要 缺 点 是 功 率 效 率

17、不 高 ， 对 频 偏 和 相 位 噪 声 比 较 敏 感 。 （2）MIMO技术 MIMO （多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形 式，即空间复用和空时编码。这两种形式在 WiMAX 协议中都得到了应用。 WiMAX 相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持 MIMO 是 协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提 高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能 力 ， 使 得 在 不 同 环 境 下 能 够 获 得 最 佳 的 传 播 性 能 （3）软件无线电技术 软件无线电是美国 MTLTRE 公

18、司于 1992 年明确提出的，其基本思想是将标准 化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现 各种类型的无线电通信系统，所有体制和标准的更新，以及不同体制之间的兼 营，都可以通过适当的软件来完成。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天 线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能， 各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则 与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调 算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络 和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式

19、手机和基站， 能 实 现 各 种 应 用 的 可 变 QoS 。 (4) 智 能 天 线 技 术 智能天线(SA)原名自适应天线阵列，由多个天线单元组成，每个天线后面 接一个加权器，经过加权器处理以后的信号，最后用相加器进行合并。智能天 线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来 移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束， 使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达 到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信 号质量又能增加传输容量。 (5) 调 制 与 编 码 技 术 4G 移动通信系统采

20、用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载 波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿 命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC 等)、自动重发请求 (ARQ) 技术和分集接收技术等，从而在低 Eb/N0 条件下保证 系统足够的性能。 (6) 高性能的接收机 4G 移动通信系统对接收机提出了很高的要求。 Shannon 定理给出了在带宽为 BW的信道中实现容量为 C的可靠传输所需要的最小 SNR。按照Shannon定 理，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s， 所需的SNR为l.2dB;而对

21、于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数 据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的 性能要求也要高得多。 (7)全IP技术 4G 移动通信系统应该是一个全 IP 的网络，全 IP 网络节约成本，提高可扩展 性，灵活性，并使网络运行更有效率，可支持 IPv6，解决IP地址不足并能实 现移动IP。同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：可以实现不同网络 间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的 IP 业 务，能同已有的核心网和 PSTN 兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空 中接口接入核心网;同时核心网能把业务、控制和传输

22、等分开。采用 IP 后，所 采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与 多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要 考 虑 无 线 接 入 究 竟 采 用 何 种 方 式 和 协 议 。(8) 多 用 户 检 测 技 术 多用户检测是WCDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系 统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由 个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增 大，多址干扰就成为 WCDMA 通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全 按照经典直接序列扩频理论对每个用

23、户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而 抗多址干扰能力较差;多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造 成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的 抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此 可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术 的不断 发展 ，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在 4G 实 际 系 统 中 采 用 多 用 户 检 测 技 术 将 是 切 实 可 行 的 。 （9）切换技术 MDHO （宏分集切换）和 F基站S （快速基站切换）。移动台可以通过当前的 服务基站广播的消息获得

24、相邻小区的信息，或者通过请求分配扫描间隔或者是 睡眠间隔来对邻近的基站进行扫描和测距的方式获得相邻小区信息，对其评 估，寻找潜在的目标小区。切换既可以由终端决策发起也可以由基站决策发 起。在进行快速基站切换（F基站S）时，终端只与Anchor基站进行通信；所 谓快速是指不用执行 HO 过程中的步骤就可以完成从一个 Anchor 基站到另一个 Anchor基站的切换。支持F基站S对于终端和基站来说是可选的。进行宏分集 切换（MDHO）时，终端可以同时在多个基站之间发送和接收数据，这样可以 获得分集合并增益以改善信号质量。是否支持 MDHO 对于终端和基站来说是可 选的。 （ 10 ） 睡 眠 模

25、 式 终端睡眠模式： Sleep 模式和 Idle 模式。 Sleep 模式的目的在于减少终端的能量 消耗并降低对 Serving 基站空中资源的使用。 Sleep 模式是终端在预先协商的指 定周期内暂时中止 Serving 基站服务的一种状态。从 Serving 基站的角度观察， 处于这种状态下的终端处于不可用（ unavailability ）状态。 Idle 模式为终端提供 了一种比 Sleep 模式更为省电的工作模式，在进入 Idle 模式后，终端只是在离 散的间隔，周期性地接收下行广播数据（包括寻呼消息和 M 基站业务），并且 在穿越多个基站的移动过程中，不需要进行切换和 网络 重新进入的过程。 Idle 模式与 Sleep 模式的区别在于： Idle 模式下终端没有任何连接，包括管理连 接，而 Sleep 模式下终端有管理连接，也可能存在业务连接； Idle 模式下终端 跨越基站时不需要进行切换， Sleep 模式下终端跨越基站需要进行切换，所以 Idle 模式下终端和基站的开销都比 Sleep 小