我国4G移动通信展望与探究论文正文Word格式.docx

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……45,4G移动通信的接入系统……56,4G移动通信系统中的关键技术……6

（1）正交频分复用（OFDM）技术……6

（2）智能天线技术……7（3）无线链路增强技术……8（4）软件无线电（SDR）技术……8（5）多用户检测技术……9（6）IPv6技术……9（7）MIMO技术……107,OFDM技术在4G中的应用……108,4G,3G对比……108.13G的局限性:

……108.24G的超越之处:

……119,4G的发展趋势……1110,4G移动通通信中个人通讯研究……1210.1,个人通讯的发展……1210.2WPN发展带来的挑战……1210.3可行解决方案……1310.4,体系结构……1410.5,结论……1411,我国第四代移动通信的发展……1411.1,以3G的战略发展4G……1511.2,中国4G的实际进展……1511.3,外资企业的忧虑……1612,结束语……16

1,移动通信发展的背景

移动通信是移动用户之间,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.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.在移动通信领域,每10年就发生一次革命性变化.80年代的第一代模拟移动通信系统和90年代的第二代蜂窝移动通信系统主要用于话音业务和支持电路交换类型的业务,这两代系统的空中接口速率只有几百kbit/s.将在21世纪初投入使用的3G系统IMT-2000在室内环境下能提供2Mbit/s的速率,在车载情况下速率至少为144kbit/s.移动通信已成为当代通信领域发展潜力最大,市场前景最广的热点技术.当今移动通信系统正向高数据率,高度移动性和大范围覆盖方向发展.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.尽管3G系统标准比现有无线技术更强大,但也将面临竞争和标准不兼容等问题.人们呼吁移动通信标准的统一,期望通过第四代移动通信标准的制定来解决兼容问题.国际电信联盟（ITU）目前已开始研究制定4G系统标准,把移动通信系统同其他系统（如无限局域网,WLAN）结合起来,产生4G技术,2010年前使数据传输速率达到100Mbit/s.提供更有效的多种业务,实现商业无线网络,局域网,蓝牙,广播,电视卫星通信等的无缝衔接并相互兼容.4G应具有更高的数据率和频谱利用率,更高的安全性,智能性和灵活性,更高的传输质量和服质量（QoS）.4G系统应体现移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势.因此4G系统应当是一个全IP的网络.

2,4G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.未来的通信网络构想:

用户可以在任何地点,任何时间以任何方式不受限地

接入网络中来;

移动终端可以是任何类型的;

用户可以自由地选择业务,应用和网络;

可以实现非常先进的移动电子商务;

新的技术可以非常容易地被引入到系统和业务中来.

3,4G移动通信的特点

目前正在开发和研制中的4G通信将具有以下特征:

（1）通信速度快由于人们研究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.

（2）网络频谱宽要想使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.（3）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.（4）智能性能高第四代移动通信的智能性更高,4G通信系统将是一个高度自治,自适应的网络.采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行结合的正常发送与接收,有很强的智能性,适应性和灵活性.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.（5）兼容性能平滑要使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（6）实现更高质量的多媒体通信4G通信提供的无线多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"

.（7）通信费用便宜由于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.（8）实现真正的无缝漫游.4G移动通信系统实现全球统一的标准,能使各类媒体,通信主机及网络之间进行"

无缝连接"

真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信.（9）良好的覆盖性能.4G通信系统应具有良好的覆盖并能提供高速可变速率传输.对于室内环境,由于要提供高速传输,小区的半径会更小.（10）基于IP的网络.4G通信系统将会采用IPv6,IPv6将能在IP网络上实现话音和多媒体业务.（11）实现不同QoS的业务.4G通信系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务.（12）灵活性强.4G拟采用智能技术,可自适应地进行资源分配.采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发.有很强的智能性,适应性和灵活性.（13）兼容性好.目前ITU承认的,已有相当规模的移动通信标准有GSM,CDMA和TDMA三大分支,可通过4G标准的制定来解决兼容问题.（14）用户共存性.4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理,使低,高速用户和各种用户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求.（15）业务多样性.未来通信中所需的是多媒体通信:

个人通信,信息系统,广播和娱乐等将结合成一个整体.4G能提供各种标准的通信业务,满足宽带和综合多种业务需求.（16）技术基础较好.4G将以几项突破性技术为基础,如OFDM,无线接入,软件无线电等,能大幅提高频率使用效率和系统可实现性.（17）随时随地的移动接入.4G利用无线接入技术,提供话音,高速信息业务,广播及娱乐等多媒体业务接入方式,用户可随时随地接入系统.（18）自治的网络结构.4G网络将是一个完全自治,自适应的网络.可自动管理,动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求.

网络结构:

4,4G网络结构:

4G系统针对各种不同业务的接入系统,通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中.基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G,4G,WLAN及固定网间无缝漫游.4G网络结构可分为三层:

物理网络层,中间环境层,应用网络层.物理网络层提供接入和路由选择功能,中间环境层的功能有网络服务质量映射,地址变换和完全性管理等.物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的,使发展和提供新的服务变得更容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带,这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端,跨越多个运营商和

服务商,提供更大范围服务.4G网络结构有如下特征:

（1）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构;

（2）与Internet集成统一,移动通信网仅仅作为一个无线接入网;

（3）具有开放,灵活的结构,易于扩展;

（4）是一个可重构的,自组织的,自适应网络;

（5）智能化的环境,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;

（6）用户在高速移动中,能够按需接入系统,并在不同系统无缝切换,传送高速多媒体业务数据;

（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展.

5,4G移动通信的接入系统

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.

6,4G移动通信系统中的关键技术

4G移动系统网络结构可分为3层:

物理网络层,中间环境层,应用网络层.物理网络层提供接入和路由选择功能,它们由无线和核心网的结合格式完成.中间环境层的功能有QoS映射,地址变换和完全性管理等.物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的,它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带.第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输;

抗干扰性强的高速接入技术;

调制和信息传输技术;

高性能,小型化和低成本的自适应阵列智能天线;

大容量,低成本的无线接口和光接口;

系统管理资源;

软件无线电;

网络结构协议等.

（1）正交频分复用（OFDM）技术正交频分复用（

第四代移动通信系统主要是以OFDM为核心技术.OFDM技术实际上是多载波调制的一种.其主要思想是:

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.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信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易.OFDM技术之所以越来越受关注,是因为OFDM有很多独特的优点:

a）频谱利用率高,频谱效率比串行系统高近一倍.OFDM信号的相邻子载波相互重叠,其频谱利用率可以接近Nyquist极限.b）抗衰落能力强.OFDM把用户信息通过多个子载波传输,这样在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍,从而使OFDM对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强.c）适合高速数据传输.OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式.当信道条件好的时候,应采用效率高的调制方式;

而当信道条件差的时候,则应采用抗干扰能力强的调制方式.再有,OFDM加载算法的采用,使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送.因此,OFDM技术非常适合高速数据传输.d）抗码间干扰（ISI）能力强.码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰,它与加性的噪声干扰不同,是一种乘性干扰.造成码间干扰的原因有很多,实际上,只要传输信道的频带是有限的,就会造成一定的码间干扰.OFDM由于采用了循环前缀,故对抗码间干扰的能力很强.未来无线多媒体业务既要求数据传输速率高,又要保证传输质量,这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率,又要有较长的码元周期,OFDM技术正满足这一需求.OFDM是一种无线环境下的高速传输技术.无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的,OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成

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,各子载波并行传输,这样尽管总的信道是非平坦的,但每个子信道是相对平坦的.且在各子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道带宽,大大消除信号波形间的干扰.OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰,从而减小各子载波间的相互干扰,提高频谱利用率.

（2）智能天线技术

智能天线采用了空时多址（SDMA）的技术,利用信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙,同码道的信号进行区分,动态改变信号的覆盖区域,将主波束对准用户方向,旁瓣或零陷对准干扰信号方向,并能够自动跟踪用户和监测环境变化,为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号从而达到抑制干扰,准确提取有效信号的目的.这种技术具有抑制信号干扰,自动跟踪及数字波束等功能,被认为是未来移动通信的关键技术.智能天线具有抑制信号干扰,自动跟踪及数字波束调节等功能,被认为是未来移动通信的关键技术.智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,既能改善信号质量又能增加传输容量.其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发,同时,通过基带数字信号处理器,对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形.目前,智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式.全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优,但相对而言各种算法均存在所需数据量,计算量大,信道模型简单,收敛速度较慢,在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点,实际信道条件下,当干扰较多,多径严重,特别是信道快速时变时,很难对某一用户进行实时跟踪.在基于预多波束的切换波束工作方式下,全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖,各组权值对应的波束有不同的主瓣指向,相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠,接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式,与自适应方式相比它显然更容易实现,是未来智能天线技术发展的方向.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.目前,智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式.全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优,但相对而言各种算法均存在所需数据量,计算量大,信道模型简单,收敛速度较慢,在某些情况下甚至出现错误收敛等缺点,实际信道条件下,当干扰较多,多径严重,特别是信道快速时变时,很难对某一用户进行实际跟踪.在基于预多波束的切换波束工作方式下,全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖,各组权值对应的波束有不同的主瓣指向,相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠,接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式,与自适应方式相比它显然更容易实现,是未来智能天线技术发展的方向.

（3）无线链路增强技术

可以提高容量和覆盖的无线链路增强技术有:

分集技术,如通过空间分集,时间分集（信道编码）,频率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能;

多天线技术,如采用2或4天线来实现发射分集,或采用多输入多输出（MIMO）技术来实现发射和接收分集.MIMO技术是指利用多发射,多接收天线进行空间分集的技术,它采用的是分立式多天线,能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道,从而大大提高容量.信息论已经证明,当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时,MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能,从而获得巨大的容量.在功率带宽受限的无线信道中,MIMO技术是实现高数据速率,提高系统容量,提高传输质量的空间分集技术.

（4）软件无线电（SDR）技术软件无线电（

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软件无线电是将标准化,模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术.通过不同软件程序,在硬件平台上实现在不同系统中利用单一终端漫游.其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,尽可能多地用软件来定义无线功能.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,调制解调算法软件,信道纠错编码软件,信源编码软件等.软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）,现场可编程器件（FPGA）,数字信号处理（DSP）等.在4G系统中,若要实现"

任何人在任何地点以任何形式接入网络"

的理想通信方式,则至少需要保证移动终端能够适合各种类型的空中接口,能够在各类网络环境间无缝漫游,并可以在不同类型的业务之间进行转换.这就意味着在4G系统中,软件将会变得非常复杂.为此,专家们提议引入软件无线电技术,软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术,它以现代通信理论为基础,以数字信号处理为核心,以微电子技术为支持.软件无线电概念一经提出,就受到各方的极大关注,这不仅是因为软件无线电概念新技术先进,发展潜力大,更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的.软件无线电强调以开放性最简硬件为通用平台,尽可能地用可升级,可重配置的不同应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路.其中心思想是:

构造一个具有开放性,标准化,模块化的通用硬件平台,将工作频段,调制解调类型,数据格式,加密模式,通信协议等各种功能用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,以研制出具有高度灵活性,开放性的新一代无线通信系统.在4G众多关键技术中,软件无线电技术是通向未来4G的桥梁.由于各种技术的交迭有利

于减少开发风险,所以未来4G技术需要适应不同种类的产品要求,而软件无线电技术则是适应产品多样性的基础,它不仅能减少开发风险,还更易于开发系列型产品.此外,它还减少了硅芯片的容量,从而降低了运算器件的价格,其开放的结构也会允许多方运营的介入.

（5）多用户检测技术

4G系统的终端和基站将用到多用户检测技术以提高系统的容量.多用户检测技术的基本思想是:

把同时占用某个信道的所有用户或部分用户的信号都当作有用信号,而不是作为噪声处理,利用多个用户的码元,时间,信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号,即综合利用各种信息及信号处理手段,对接收信号进行处理,从而达到对多用户信号的最佳联合检测.它在传统的检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户的信号进行检测,从而具有良好的抗干扰和抗远近效应性能,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.现有的多用户检测算法在计算复杂度与处理时延问题上存在不足,且算法中一些参数（频率,幅度,定时,相位等）估计有误时,会使得相关矩阵产生较大偏差,导致整个系统性能急剧下降.另一方面,当前的MUD算法只考虑了同小区内的干扰,而没有考虑相邻小区间的同频率用户干扰.一般的多用户检测研