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文档简介

移动通信系统技术发展综述摘要在国家经济快速发展下,移动通信发展方面也不例外。多年来,人类从刀耕火种,到进入现代化的工业农业生产社会,再快速发展到工业革命,再快速发展一直到如今的人类现代化工业信息技术社会,移动通信技术无疑都为人类现代化工业信息技术社会的不断进步做出了突出的历史贡献。近年来,移动通信技术由1G到现在所使用的5G,改变不仅仅是通信方面,也改变了人们的生活,人们见证了各个阶段移动通信技术的变化与发展。论文对1G-3G的技术和发展史进行了简单的概述,并与大家进行了比较,详细地阐述了4G、5G的一些关键技术和应用领域,如4G的关键技术有正交频分复用技术、智能天线技术、多输入输出技术、软件无线电技术等。其技术应用于电视直播、移动医护和智能手机中。如5G关键技术有超密集组网技术、大规模天线列阵技术、非正交多址接入技术、高频端信号传输技术、灵活频谱共享技术等。其关键技术在于应用到了大流量的移动宽带业务以及大规模的机器类通信和高可靠、低时延通信中。同时对下一代移动通信进行了展望。关键词:关键技术;移动通信;5G;4G;目录TOC\o"1-3"\h\u23786引言 [11]。超密集组网也就是通过增加小基站的建设,来用减少空间的方法来实现更高效的性能。基站可以分为两种:宏基站是一种覆盖面积可以高达几千米的大型网络基站。小基站包括家庭基站、微型基站、微微基站、室内和私人基站。小基站具有系统体积小,成本低,容易设计和安装,可以通过更大的深度覆盖较小范围内的频率复用,可以提高使用的容量,距离较近的用户,可提升信号质量和达到更高速率等优点。该技术广泛应用于密集的街区、紧凑的住房、办公楼、公寓、聚会、运动场地、购物中心、地铁等。(2)大规模天线列阵MIMO指基站与手机之间有很多对信道并行通信,每一对天线都独立传送一路信息,经汇集后可成倍提高速率。而大规模天线阵列指当基站侧天线数远大于用户天线数时,基站到各个用户的信道将趋于正交。大规模天线列阵具有提高整个基站的网络信号传输可靠性,提升整个基站的网络吞吐率,以及减少对其他基站的干扰,可以服务各种的移动终端等优点。该技术广泛应用于都市城区无线宏覆盖、高层建筑、室内外无线热点、郊区、无线信号回传链路。(3)非正交多址接入技术(NOMA)技术工作原理:PDMA图样分割多址接入是一种利用多用户通信系统整体优化的新型非正交多址接入技术,通过发送端和接收端的结合,在发送端采用功率、空间、编码等多种信号域的单独或者联合非正交特征图样区分用户,在接收端采用SIC方式实现准最优多用户检测。(4)低时延高可靠物联网设计技术原理:能满足移动互联网及其应用场景的扩大所需低时延和可靠性要求。该技术主要实现端到端ms级用户面时延;10ms控制面时延;可靠性高达99.999%以上。(5)高频段信号传输技术技术工作原理:由于目前移动通信传统工作频段非常有限,而6GHz以上的高频段的频谱资源非常充足,其能够有效地缓解不同频谱资源的紧张现状,同时可以支持很高速的各种短距离通信。一个具有高达1GHz带宽的频率资源,将有效地支持10Gbps峰值速率和1Gbps用户在线体验速率该通信技术主要包含认知无线电、毫米波无线通信、可见光数据传输。其中,认知无线电是为了提高分配频谱的利用率,同时使用5Ghz以下频段。毫米波通信是指处于红外波与微波频段之间的频段,波长范围为1-10mm,频率范围为30-300GHZ。其具有以下几个优势:频段很宽,波束比较集中,方向性较好等优点,但也具有路损大,易受到周围环境的影响,绕射能力差,高速差的缺点。(6)先进编码与调制技术移动通信发展过程所采用的编码BCH码到卷积码再到Turbp码。5G空中接口技术采用的调制编码有极化码、多元、LDPC、APSK和网络编码。目前Palor码和LDPC码都被采用为5G标准,控制信道使用Polar码,业务信道使用LDPC码。以中国华为公司为首的专家主推的PolarCode(极化码)方案,成为5G控制信道eMBB场景编码方案。5G是使用比LTE更高阶的调制技术,提高了信号的频谱利用率;当前的版本支持最大256QAM(R15版本),后续的版本会引入1024QAM;表格2.25G调制方式LTE5GQPSKQPSK上行16QAM16QAM64QAM64QAM256QAMLET5GQPSKQPSK16QAM16QAM下行64QAM64QAM256QAM256QAM1024QAM(R15协议还未写入)(6)双工技术随着互联网和在线视频业务以及社交网络的发展,移动流量主要具有以下特征:上下行业务的需求会因为所处的时间、地点而发生改变等,灵活的双工可以有效地提高整个系统的资源利用率。其主要应用场景:低功率节点的小型基站;低功率的中继节点。常见分工:1)时分双工上下行链路同频,分时进行2)频分双工上下行链路分频,同时进行3)全双工上下行链路同频,同时进行(7)动态自组织网络(SON)动态自组织网络技术是在5G蜂窝网络的安全授权和管理控制下,通过在本地将基站、终端以及系统末端节点组成网络,相比于其他的传统蜂窝架构更具有网络灵活性。动态自组织网络被广泛用于5G两个方面的性能要求:在低时延、高可靠的场景中降低了端到端的时延,提高了传输的可靠性;在低功耗、大连接的场景中扩展了网络的覆盖率和接入。优点:系统部署灵活、可靠性高、支持超高带宽。(8)软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)SDN即系统利用网络平台虚拟化将整个网络管理设备的各个控制面与数据面分开,实现对整个网络中数据流量的灵活控制,使作为管道的网络变得越来越智能。在2005年美国斯坦福大学clean-slate课题研究中首次提出了软件定义网络。其分为转发层、控制层、应用层。NFV即网络功能虚拟化,是指通过软硬件使设备功能不依赖于专用硬件,可以灵活共享资源,实现新业务的开发和部署、故障隔离和自愈等。3.下一代移动通信展望从目前的技术需求看来,5G实现“万物互联”,那么6G将实现“智能互联”。其中人工智能(AI)将被广泛应用在频谱管理的不同方面。在网络边缘也有可能使用AI技术,实现边缘化网络决策。随着网络的不断复杂化,传输更加多样化,现有5G网络中的安全技术,新的安全技术和安全管理方法无法保障网络的可靠性,6G网络将更具有安全性。3.16G技术随着移动通信技术的发展,6G技术的发展将在5G基础继续发展。具体技术如下:(1)高频通信由于5G技术目前使用的频段是毫米波频段,6G将向更高频段发展,即太赫兹通信,其技术特点有可支持超大宽带、超高速率进行通信传输和更低的传输延迟。同时高频通信频段的路径损耗相对较大,且其穿透性和绕射能力也比较差。(2)智能超表面智能超表面技术是基于一种超材料发展起来的新技术。通过增加控制的电路,可以动态地控制这些智能的超材料单元的各种电磁特性,比如单元的反射系数和透射系数,进而改变单元的反射信号或透射信号的幅度、相位、频率甚至极化特性。智能超表面技术可以实现对无线信号的可编程式无源反射、透射、吸收和散射。(3)轨道角动量多址技术电磁辐射可以携带一个角动量。角动量分为自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。轨道角动量(OAM)利用传感器检测电磁波的轨道角动量。通过将不同OAM模式作为一个独立信道进行传输将大大增加通信系统的传输容量,能够有效地利用网络的频谱效率,这将缓解未来6G网络对于日益扩长的业务需求与日益紧缺的频谱资源之间的矛盾。(4)基于服务的无线网络无线的技术架构底层虚拟化,6G基于服务的无线网络融入AI、感知通信一体化。多个小区经过集中调度和协调工作,最终实现“以服务为中心”网络,网络越来越接近“无蜂窝状”构架。可以采用完全虚拟化的无线接入网RAN+MassiveMIMO,6G基站将只有天线与射频部分(BBU部分虚拟化),由于RAN是完全虚拟化的,具有灵活的部署,这种方式可使得网络性能最大化,网络配置具有很高的成本效率。(5)无线AI6G网络AI将以多层级内生、分布式协作、以服务为驱动的方式融合到无线技术中,实现无线网络自治、自调节以及自演进,以适应未来更为复杂多变的应用场景,实现“网随业变”。(6)空天海地一体其技术是利用地面通信、卫星通信、海洋通信共同作用的全连接通信世界。在沙漠、无人区和海洋有望实现全覆盖。3.2应用领域(1)数字孪生随着数字技术的快速发展以及信息和视觉感官的泛在化,物理现实世界与数字虚拟世界的相互融合将来也会逐渐发展形成一个新的数字物理虚拟世界,并基于物理世界生成一个完全数字化的孪生虚拟世界,利用数字世界进行信息交互实现物理世界的人与物之间。主要运用于医疗中的远程手术、人体健康管理。医生通过体内外密集传感器进行精确的远程手术、健康管理,同时科学家可进行病毒机理和器官研究等。数字孪生技术对通信网络提出了更高的要求,以再现1平方米区域的三维世界为例,像素数量的需求将大于1万亿像素,假定传输周期为100ms,以1/300的比例进行压缩,需要的传输速率至少为0.8Tb/s。(2)基于全息通信的XR全息通信是利用干涉和衍射技术将物体的三维图像展示,人可以裸眼或者通过XR进行全系交互。随着通信技术的进一步发展和现代人们对于网络沟通需求的不断提高,未来AR/VR和MR将融合到XR中,此技术将完全替代传统的平面多媒体的交互形式,人们将可以随时随地享受这种沉浸式的全息技术所带来的体验。在6G通信系统中信息的交互形式将以高保真的扩展现实(XR)交互为主,全息通信的信息交互为辅,最终实现无线全息通信的全覆盖。用户在任何时候都可以享受视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉乃至情感将通过高保真XR充分被调动,享受以“我”为中心的虚拟全息体验。(3)新型智慧城市群到目前为止,由于公共基础设施受不同城市部门来建设和管理,其设施的信息感知、传输、分析、控制各不相同,缺乏统一的平台。因此6G系统将会由不同的运营商共同建设,采用唯一的网络架构,引入新的业务场景,建造更高效和更完备的网络。(4)空天海地通信随着科技的进步和人类对活动空间需求的提高,人类在野外科考探险、太空、航海航空活动的日益频繁,人们对随时随地宽带通信的需求也不断增加。到21世纪30年代以后,6G网络利用“泛在连接”,完成在沙漠、深海、高山等现有网络盲区的部署,利用卫星通信实现全域无缝覆盖。(5)智能工厂PLUS利用6G网络的超高带宽、超低时延和超可靠等特性,可以对工厂内车间、机床、零部件等运行数据进行实时采集,利用边缘计算和AI等技术,在终端侧直接进行数据监测,并且能够实时下达执行命令。6G中引入了区块链技术,智能工厂所有终端之间可以直接进行数据交互,而不需要经过云中心,实现去中心化操作,提升生产效率。(6)自动驾驶目前,智能网联汽车正在研究中。自动驾驶采用车路协调的方式,通过各种不同的传感器来感知周围的环境,如光探测和测距、雷达、GPS、声纳、里程计和惯性测量装置。6G系统可以支持车与万物相连(V2X)以及车与服务器之间的连接。结论通过了解移动通信各个阶段的关键技术以及运用的场合,对比各阶段大的优缺点,了解移动通信是如何改变人们的生活的。同时经过该论文相关知识的学习和整理,更相信现在是信息化技术时代,以前人们能做到的和不能做到的,现在基本上都可以做到,比如,从以前走亲戚全靠双脚,到后来的自行车摩托车,再到后来的汽车,然后到现在的无人驾驶汽车。同时技术正在改变着人们的生活,比如,从以前传递信息靠书信到现在的视频通话、微信、微博等,时刻改变着人们的生活方式。通过该论文让大家更加了解移动通信各个阶段的发展和掌握各个阶段的关键技术,以及各技术的运用如何改变着人的生活。移动通信的发展带给社会中各行各业的人的工作方式。比如,警察在破案时,可以利用指纹识别确定犯罪分子,用GPS系统定位犯罪分子所在的位置等。移动通信技术的发展将世界上的万事万物连接起来,达到了万物互联、物物互联。

参考文献[1]姚志刚.4G移动通信关键技术的应用及发展前景[J].中国新通信,2015(8):75-76.[2]吴润苗.4G移动通信中的MIMO天线设计与性能研究[D].成都:电子科技大学,2017[3]刘晓巍.试论软件无线电基础下移动通信系统的研究与设计[J].中国新通信,2018,20(2):6.[4]吕涛.试析4G移动通信技术的要点和发展趋势[J].科学与信息化,2017(12):35-36.[5]马永花.4G移动通信技术应用与发展的展望

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