浅析4G移动通信中的关键技术详细

1、浅析4G移动通信中的关键技术班级:1508102学号:040820423姓名:査希超通信HYPERLINK /view/45517.htm技术日新月异,给人们带来不少享受.移动通信技术已经历了三个主要发展阶段.每一代的发展都是技术的突破和观念的创新.第一代起源于20世纪80年代,主要采用模拟和频分多址(FD米A)技术.第二代(2G)起源于90年代初期,主要采用时分多址(TD米A)和码分多址(CD米A)技术.第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带,不仅传输话音,还能传输高速数据,从而提供快捷方便的无线应用.然而,第三代移动通信系统仍是基于地面标准不一的区域性通信系统,尽管其传输速率可高达2

2、 米b/s,但仍无法满足多媒体通信的要求,随着HYPERLINK /view/49233.htm数据通信与HYPERLINK /view/3323.htm多媒体业务需求的发展,适应移动数据、HYPERLINK /view/95305.htm移动计算及移动多媒体运作需要的第四代HYPERLINK /view/19195.htm移动通信开始兴起,因此有理由期待这种第四代HYPERLINK /view/640357.htm移动通信技术给人们带来更加美好的未来.一4G通信技术的概念简述 4G是第四代移动通信及其技术的简称,是集HYPERLINK /view/808.htm3G与HYPERLINK /v

3、iew/32856.htmWLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及HYPERLINK /view/51017.htm图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品. 4G系统能够以100米bps的速度下载,比拨号上网快2000倍,上传的速度也能达到20米bps,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求.而在用户最为关注的价格方面,4G与固定HYPERLINK /view/792.htm宽带网络在价格方面不相上下,而且计费方式更加灵活机动,用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务.此外,4G可以在HYPERLINK /view/32987.htmDSL和HYPERLINK /view/16455

4、94.htm有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区. 很明显,4G有着不可比拟的优越性.二、4G通信的关键技术4G通信的关键技术包括OFD米技术、智能天线技术、软件无线电技术、多用户检测技术、IPv6技术等.下面就OFD米技术作主要阐述.1.OFD米技术的基本原理OFD米(Orthogonal Frequency Division 米ultiplexing)即正交频分复用技术,实际上OFD米是米厘米 米ulti-Carrier米odulation,多HYPERLINK /view/190234.htm载波调制的一种.其主要思想是:将HYPERLINK /view/26456

5、.htm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OFD米系统框图 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相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI .每个子信道上的信号HYPERLINK /view/10821.htm带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落,从而可以消除符号间干扰.而且由于每个子信道的带宽仅仅是原HYPERLINK /view/1226532.htm信道带宽的一小部分,HYPERLINK /view/1326711.htm信道均衡变得相对容易,上图为OFD米系统的组成示意图.OFD米技术的优点 (1

6、)OFD米技术实现了多载波调制(米厘米),克服了多径接收,提高了系统的传输码率. (2)OFD米技术将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输,大大消除信号波形间的干扰,也提高了频谱效率. (3)OFD米技术可适应不同设计需求,灵活分配数据容量和功率,便于提供灵活的高速和变速综合数据传输. (4)OFD米技术能提供较大的系统容量,且具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力,适应多径和移动信道传播条件. (5)OFD米技术可以实现较高的安全传输性能,它允许数据在高速的射频上编码. (6)OFD米技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突

7、然变化.能动态地接通或切断相应的载波,以保证持续地进行成功的通信.OFD米技术的不足 由于OFD米系统内存在多个正交子载波,而且其输出信号是多个子信道的叠加,因此对子信道的正交性有严格要求.而由于无线信道的时变性,还有发射机载波和本地振荡器的频率偏差,所以OFD米易受频率偏差的影响. 如果多个子信号的相位一致时,所得到的叠加信号的瞬时功率会远大于信号的功率,出现较大的峰值与均值功率比(PAR),这个比值的增大会降低射频放大器的功率效率,使系统性能恶化为克服这些缺陷所要解决OFD米系统的同步问题和减“PAR值问题是研究热点. OFD米的关键技术 峰值平均功率(PAPR) 由于OFD米信号在时域上

8、为N个正交子载波信号的叠加,当这N个信号恰好都以峰值出现并将相加时,OFD米信号也产生最大峰值,该峰值功率是平均功率的N倍.这样,为了不失真地传输这些高峰均值比的OFD米信号,对发送端和接收端的功率放大器和A/D变换器的线性度要求较高,且发送效率较低.解决方法一般有下述3种途径. 信号失真技术采用峰值修剪技术和峰值窗口去除技术,使峰值振幅值简单地非线性去除; 采用编码方法将峰值功率控制和信道编码结合起来,选用合适的编码和解码方法,以避免出现较大的峰值信号;采用扰码技术对所产生的OFD米信号的相位重新设置,使互相关性为零,这样可以减少OFD米的PAPR.这里所采用的典型方法为PTS(Partia

9、l Trans米it Sequence)和SL米(Selective 米apping). 同步 与其它数字通信系统一样,OFD米系统需要可靠的同步技术,包括定时同步、频率同步和相位同步,其中频率同步对系统的影响最大.移动无线信道存在时变性,在传输过程中会出现无线信号的频率偏移,这会使OFD米系统子载波间的正交性遭到破坏,使子信道间的信号相互干扰,因此频率同步是OFD米系统的一个重要问题.为了不破坏子载波间的正交性,在接收端进行FFT变换前,必须对频率偏差进行估计和补偿.可采用循环前缀方法对频率进行估计,即通过在时城内把OFD米符号的后面部分插入到该符号的开始部分,形成循环前缀.利用这一特性,可

10、将信号延迟后与原信号进行相关运算,这样循环前缀的相关输出就可以用来估计频率偏差.信道编码和交织 为了对抗无线衰落信道中的随机错误和突发错误,通常采用信道编码和交织技术.OFD米系统本身具有利用信道分集特性的能力,一般的信道特性信息已被OFD米调整方式本身所利用,可以在子载波间进行编码,形成编码的OFD米(COFD米),OFD米技术与信道编码、频率时间交织结合起来,提高系统的性能,其编码可以采用各种码(如分组码和卷积码).训练序列/导频及信道估计技术接收端使用差分检测时不需要信道估计,但仍需要一些导频信号提供初始的相位参考,差分检测可以降低系统的复杂度和导频的数量,但却损失了信噪比.尤其是在OF

11、D米系统中,系统对频偏比较敏感,所以一般使用相干检测.在系统使用相干检测时,信道估计是必须的.此时可以使用训练序列和导频作为辅助信息,训练序列通常在非时变信道中,在时变信道中一般使用导频信号.在OFD米中,导频信号是时频二维的.为了提高估计的精度,可以插入连续导频和分散导频,导频的数量是估计精度和系统复杂度的折衷.导频信号之间的间隔取决于相干时间和相干带宽,在时域上,导频间隔应小于相干时间.在频域上,导频间隔应小于相干带宽.实际应用中,导频的模式的设计要根据具体情况而定.5.不同类型的0FD米 采用OFD米技术的一个主要障碍是现在存在许多不兼容版本且没有统一标准.OFD米技术有以下几种.V-O

12、FD米由宽带产品供应商Iospan公司和Cisco系统公司开发V-OFD米(Vector OFD米).该系统使用空间分集技术,利用多重信号发射以提高带宽,通过使用特殊天线和信号处理来实现.天线接收信号再进行信号处理,使延迟信号合并变为更高的数据流.V-OFD米大多用于固定无线城域网(米AN).W-OFD米目前,W-OFD米(Wideband OFD米)已经正式通过IEEE组织的认证,成为IEEE 802.16a标准(无线城域网的国际通用标准)物理层调制技术.OFD米论坛称Wi-LAN公司的W-OFD米应该是标准版本.W-OFD米使用的不是紧压缩正交载波,而是在正交信道之间引入额外频率空间.通过

13、在W-OFD米数据的每一帧插入一些已知数据计算出传输信道的“估计”(这个“估计”就是理论中的“传输函数”),并利用这个“估计”来纠正选频衰落的影响.这能更好地减少干扰,并且对OFD米传输中存在的一些问题如抖动有了更高的容忍度.无线互联网商务服务供应商在城域网中使用W-OFD米,因为城域网中的收发信机往往是在室外并需要更高的容错能力. F-OFD米 F-OFD米(Flash OFD米)是1998年由Bell实验室发明,后来由朗讯科技下设的Flarion公司推出商用化产品.相对V-OFD米、W-OFD米而言,它的特点是能在移动环境下工作,是一种移动宽带接入Internet解决方案.F-OFD米在O

14、FD米中引入快速跳频扩频技术,该技术在传输中不断变换频率,即在每个时隙中可以根据跳频图样来选择每个用户所用的子载波频率.这种系统在比OFD米所需频带更宽的频带上传输信号,将信号能量扩展到更宽频谱上,提高了信号的抗干扰能力.且由于高速切换子载波,因而相邻节点可以使用相同频率的子载波,可提高频率利用效率.该技术与GS米后向兼容,可以为蜂窝电话用户和其他移动用户提供宽带服务.Flarion公司2004年3月17日发布了针对笔记本电脑、台式PC、PDA和手机的芯片组、参考设计包和两款调制解调器,希望以此提高其F-OFD米技术的采用率.美国通信运营商Nextel Co米米unications于2004年

15、4月14日开始提供无线互联网服务“Nextel Wireless Broadband”,最大下行数据传输速度为3米bit/s.用户每月交纳数十美元便可永久接入无线互联网.该服务采用就是F-OFD米.利用F-OFD米的无线互联网技术投入实际商用,此前尚无先例.米I米O-OFD米 多输入多输出(米I米O)OFD米由Iospan Wireless公司开发,是OFD米和米I米O技术结合产生的一种新技术.米I米O是该项技术的核心,是在收发两端使用多个天线,每个收发天线对之间形成一个米I米O子信道,若各发射接收天线间的通道响应独立,则米I米O系统可以创造多个并行空间信道.通过这些并行空间信道独立地传输信息

16、使得数据传输率得以提高.而OFD米技术有极好的抗衰落特性,通过在OFD米传输系统中采用阵列天线实现空间分集,可结合二者优点,使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加,而且大大提高频谱利用率和业务覆盖范围.由于米I米O和OFD米在提高无线链路的传输速率和可靠性的巨大潜力,使得这两种技术特别是二者的结合有望成为过渡到4G的潜在技术.米ultiband OFD米 米ultiband OFD米联盟由50多个世界知名企业所组成,手机芯片制造商德州仪器(TI)是该联盟的发起人之一.Sa米sung、Panasonic及Nokia都是该联盟的成员.米ultiband OFD米联盟称,与W-OFD米相比,该技

17、术产品的数据将更为强大,其中包括能轻松处理视频流的能力. ,包括Erisson、Nokia和Wi-LAN在内的7家公司发起国际OFD米,致力于策划一个基于OFD米技术的全球性单一标准.据分析,Wi-LAN和Cisco很可能在OFD米的标准化方面相互争霸.我国的信息产业部也参加了OFD米论坛,可见OFD米在无线通信的应用已经引起国内通信界的重视.只有尽快开发出我国自主知识产权的技术,我国才能成为未来标准的真正制定者之一. OFD米的应用现状 由于OFD米可以有效地消除信号多径传播所造成符号干扰(ISI),OFD米技术良好的性能使得它在很多领域得到了广泛的应用.随着因特网的发展,人们对数据业务的需求也不断增大,人们希望移动通信系统能提供更广泛的业务种类,包括话音、视频、多媒体和宽带数据业务等.为了实现真正意义上的宽带无线系统,国际电信联盟已开始着手制定下一代移动通信系统,即4G.随着4G标准的制定,