论4G通信技术

1、姓名：王 小 冬学号：201440930236 班级：14级信工2班移动通信期末考察试题目录一、通信系统的基本介绍:2二、在4G移动通信系统中引入的关键技术21. 网络结构22. 正交频分多路复用33. 软件无线电44 .智能天线55. IPv66三、4G移动通信系统与3G系统的关系7四、总结8参考文献84G移动通信系统:关键技术和发展摘要:随着全球第四代移动通信系统的实现，移动通信的未来发展成为问题的热点和演变。本文介绍了第四代移动通信系统及其性能和网络结构和OFDM、软件定义的无线电、智能天线、IPv6和其他关键技术，分析了移动通信和3G的4G移动通信系统的关系，以及通信系统的发展前景。关

2、键词：移动通信的历史，4G通信，正交频分复用，软件无线电Abstract: With the worldwide fourth-generation mobile communication system gradually implemented, the future development of mobile communications has become a hot topic and evolution of the problem. This paper introduces the fourth generation mobile communication system a

3、nd its performance and network structure and OFDM, software defined radio, smart antennas, IPv6 and other key technologies, and analyzes the relationship between 4G mobile communication system for mobile communications and 3G, and the evolution of communication systems do Prospect.Keyword: History o

4、f mobile communication，4G Technology，OFDM, Softwave Radio一、通信系统的基本介绍:第三代移动通信(3G)标准和规范已经形成数年，从2001年起，3G在日本和韩国都有商业应用，但大多数国家仍在运营2G或2.5 g移动通信系统。移动通信系统主要是2G GSM / GPRS和CDMA系统。目前用户的移动通信系统的数据传输速率越来越苛刻,和实际最高的3 g系统只能提供384 Kbps(尽管名义上的最高速度为2 Mbps),但无法满足用户的实际需要,所以3 g系统无法在大规模的商业中取得优势，这时4G研发迫在眉睫。目前对第四代移动通信系统的描述主要

5、有以下几个方面:1。在无线通信系统上建立一个新的波段(例如2 5Ghz)，基于数据包的高速传输(50Mbps或更多)，承载大量的多媒体信息，它具有不对称的上行链路和下行链路速率、连续覆盖区域、QoS机制等。2。真正的“全球统一”通信系统(包括卫星组件)、基于新系统的网络系统，它将成为新无线网络(智能、多服务支持，可以移动管理)的一部分，可在不同类型的媒体进行“无线接入”、通信和网络之间进行“无缝”连接，使用户能够在各种网络环境之间自由自由地漫游。3。“通讯”系统并不仅仅是传统意义上的，而是数字通信、数字音频/视频接收器的新系统和互联网接入的融合，用户可以自由地选择协议、应用和网络。保持应用程序

6、服务提供商(ASP)和内容提供商独立于操作业务和内容。二、在4G移动通信系统中引入的关键技术1. 网络结构 “全IP核心网络”的包括：从传输层的IP主干到控制层、应用层。未来无线基站通过IP协议将能够直接访问“全IP核心网”, 2G移动通信现有的主要功能系统是交换中心MSC,本地注册HLR,AUC认证中心和其他由4G或数据库服务器在网络上实现网络元素,信号网络协议层被IP协议将逐渐取代。整个网络从过去的分布式垂直树路由结构演变，业务差异只反映在访问级别上。根据其功能，4G通信系统可分为访问层、载波层和服务控制层3层。访问层允许用户使用各种终端通过各种形式访问4G通信系统,这部分将发生革命性的变

7、化;载体层提供QoS保证、安全管理、地址转换等功能,它和访问层之间的界面应该是开放IP协议接口;服务控制层提供业务管理、加载和其他功能,还应该开放和承载层之间的接口,以提供一个新的第三方业务应用程序。从前面的4G通信系统的描述来看，它是一个更加复杂的3G通信系统，它的实现需要依赖于许多新兴技术。在4G通信系统中使用关键技术包括OFDM、软件定义的无线电、智能天线和其他移动IPv6，以下是对每个关键的4G通信系统技术的描述2. 正交频分多路复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM(Multi C

8、arrier Modulation)，多载波调制的一种。OFDM技术由MCM（Multi-Carrier Modulation，多载波调制）发展而来。OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。OFDM主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用

9、相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI) 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易当调制信号通过无线信道到达接收端时，由于信道多径效应带来的码间串扰，子载波之间不再保持良好的正交状态，因而发送前需要在码元间插入保护间隔。如果保护间隔大于最大时延扩展，则所有时延小于保护间隔的多径信号将不会延伸到下一个码元期间，从而有效地消除了码间串扰。OFDM在3G、4G中被运用，在通信方面有很多优势： 1. 在窄带带宽下也能够发出大量的数据。OFDM技术能同时

10、分开至少1000个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力将直接威胁到CDMA技术的进一步发展壮大的态势；2. OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信；3. 该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信；4. OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。除了上

11、述优点之外，OFDM还有三个明显的缺点。虽然OFDM有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得OFDM信号在传输过程中存在着一些劣势：首先，它对相位噪声和载波频偏十分敏感这是OFDM技术一个致命的缺点，整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI。同样，相位噪声也会导致码元的旋转、扩散，形成ICI。而单载波系统就没有这个问题，相位噪声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比SNR，而不会引起互相之间的干扰。其次，峰均比过大OFDM信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制。同传统的恒包络的调制方法相比，OFDM

12、调制存在一个很高的峰值因子。因为OFDM信号是很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数据，这些小信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。而峰均比过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率。同时，在发射端，放大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，这会在OFDM频段内和相邻频段之间产生干扰。第三，所需线性范围宽由于OFDM系统峰值平均功率比(PAPR)大，对非线性放大更为敏感，故OFDM调制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高。3. 软件无线电软件定义的无线电(Software Defined Radio，SDR

13、) 是一种无线电广播通信技术。无线电利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信技术。软件无线电技术的重要价值在于：传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现，它仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，模拟通信到数字通信之后第三次革命。软件无线电的主要优势在以下方面:1.具有很强的灵活性。软件无线电可以通过增加软件模块，很容易地增加新的功能。它可以与其它任何电台进行通信，并可以作为其它电台的射频中继。可以通过无线加载来改变软件模块或更新软件。为了减少开支，可以根据所需

14、功能的强弱，取舍选用的软件模块。2.具有较强的开放性。软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构，其硬件可以随着器件和技术的发展而更新或扩展。软件也可以随需要而不断升级。软件无线电不仅能和新体制电台通信，还能与旧式体制电台相兼容。这样，既延长了旧体制电台的使用寿命，也保证了软件无线电本身有很长的生命周期。实现软件无线电技术需要克服这些困难1。多波段天线的设计。软件无线电天线需要覆盖多个频段同时满足以不同的方式进行多通道通信,和不同的无线电频率和传播条件,所以天线的频带要求存在巨大差异,所以多波段天线设计成为软件无线电技术的难点之一。2。高速A / D,D / A转换器。根据尼奎斯特的采样定理，从

15、采样中恢复原始信号的信号，采样频率应该大于2倍的高频信号。目前，A / D、D / A的最大采样频率受其性能限制，这也限制了频率调制信号的处理。3。高速DSP(数字信号处理器)。主要是为了完成高速DSP芯片调制解调器和解码处理各种波形，需要更多的计算和更高的操作速度宽带，由A/ D、高速数据流D / A转换，使其芯片进一步发展。4 .智能天线智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。智能天线指的是带有可以判定信号的空间信息（比如传播方向）和跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据此信息，进行空域滤波的天线阵列。智能天线抑制信号干扰、自动跟踪和数字波束调整和其他智能特征，根据信号波形的方

16、向调整基本工作原理，适应跟踪强信号，减少或抵消干扰信号。智能天线可以提高信号的噪声比，提高通信系统的质量，缓解频谱资源和无线电通信日益短缺的矛盾，降低整体系统成本，使其成为一个关键的4G技术系统。核心智能天线是一种智能算法，算法决定了电路的复杂性和瞬态响应速度，因此你需要选择一个好的算法智能控制波束智能天线采用空分复用（SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别,相同的频率或时间槽,和信号代码通道区分动态改变信号的覆盖区域,这样用户的主波束方向,或旁瓣调零与干扰信号的方向一致,可以自动跟踪和监测用户的环境的变化,为每个用户提供高质量的上行和下行信号,从而抑制干扰,准确地提取有效信号。因此，

17、智能天线技术更适合于具有复杂波传播环境的移动通信系统。在我国3G标准TDSCDMA智能天线技术被采用。智能天线有以下优点:1。增加系统容量。采用智能天线技术的SDMA，利用不同的空间方向通道分割，可以同时使用相同的频率而不受不同信道的干扰，从而提高系统容量。2。减少系统干扰。智能天线技术在波束旁瓣或干扰信号的方向上，有可能有效地抑制干扰。3。扩大覆盖范围。由于智能天线具有自适应波束导向功能，与传统天线相比，在相同条件下的传输功率，使用智能天线信号可以传输到更远的距离，从而提高覆盖率。4。降低系统建设成本。由于智能天线技术扩大了覆盖范围，基站建设的数量可以减少，从而降低了运营商的建设成本。智能天

18、线技术的主要缺点是使用它会增加通信系统的复杂性，组件提供更高的性能要求。5. IPv6通过使用基于IP数据包的传输数据流来选择4G通信系统，因此IPv6协议将成为下一代网络的核心技术。选择IPv6协议主要基于两点考虑，一点是足够的地址空间，另一点是支持移动管理，这两者在IPv4中都是不可用的。此外，IPv6还可以提供比IPv4更好的QoS，并确保更好的安全性。由于无记名网络是一个IP网络，未来的移动终端必然需要具有唯一的IP地址作为标识。目前使用的IPv4地址长度只有32位，其IP地址资源预计即将耗尽。并且有多达128bit IPv6地址空间，这是多达2128个地址，可以解决资源不足的问题。采

19、用基于IP数据包的传输数据流来选择4G通信系统，因此IPv6协议将成为下一代网络的核心技术。选择IPv6协议基于以下考虑:1。一个巨大的地址空间。在可预测的时间内，它可以为所有网络设备提供一个全局唯一的地址。2。自动控制。IPv6还有一个基本特性，它支持两种无状态和有状态地址自动配置模式。无状态地址自动配置模式是解决问题的关键。这样，您需要使用节点地址，配置一个邻居发现机制，以获得一个本地连接地址。一旦你得到这个地址，它就会使用另一种机制来插入和播放，无需任何人工干预，以获得一个全局唯一的路由地址。有状态的配置机制，如DHCP(动态主机配置协议)，需要额外的服务器，因此需要更多的操作和维护。3

20、。服务质量。服务质量(QoS)包括几个方面。从协议的角度来看，IPv6和当前的IPv4提供了相同的QoS，但是IPv6的优势反映在提供不同的服务上。这些优势来自IPv6头部添加新的字段“流标志”。“在20位的领域，在传输过程中，每一个节点都可以被识别，并且可以单独处理任何IP地址流。”尽管这条流旗的确切应用还没有达到相关的标准，但是在未来，新的计费系统将根据服务级别来使用。4。移动性。IPv6(MIPv6)在新特性和服务方面提供更大的灵活性。不管地址的位置和设备当前连接到的互联网，每个移动设备都有一个固定的家庭住址(家庭住址)。当设备被使用到外部时，通过一个地址提供移动节点的当前位置信息。每次

21、您更改位置时，移动设备将被转发到地址和相应的通信节点。移动设备传送数据包通常在IPv6头部的地址中，作为源地址传输。三、4G移动通信系统与3G系统的关系从前面描述的4G通信系统可以看出，它虽然比3G系统更好，却不能完全抛弃3G移动通信系统。首先，3G系统的建设实际上能够使用更广泛的多媒体服务在未来的市场开发中发挥作用，作为第一代模拟系统来促进移动业务用户，GPRS系统为3G数据服务来培养相同的服务。新服务的用户从最初认识到到最后接受是一个长期的过程,要求运营商广泛使用从一个简单的业务多元化业务逐步由第一吸引高端用户提供逐步蔓延到中、低端用户,允许用户有选择地使用从偶尔的广泛的自然程序,这一切都取决于市场发展。其次，每一项新技术从最初的概念到所提出的技术难题，再到建立一个测试网络，然后再到市场的最终产品是一个冗长的申请过程。在这个过程中,用户流量类型和内容的需求逐渐提高通信服务市场不可能一直处于等待状态,等待新的强大的系统来解决所有的问题,而是市场发展的每个阶段都必须有一个通信系统可以应用与支持。因此，在开发数据和多媒体服务的初期，要满足用户构建简单的3G通信系统是必须的。对于设备开发人员，3G系统的建设，帮助他们从3G网络的实际运行中找到问题，以探索更好的解决方案，为4