第四代移动通信技术研究综述

通信原理（论文）

学 院 物联网工程学院

专 业 计算机科学与技术

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题目：第四代移动通信技术研究综述

二〇一一年十二月二十日

第四代移动通信技术研究综述

目录

封面 ...........................................................1

一. 第四代移动通信技术 . ........................................3

(一)4G的概念 . .............................................3

（二）4G的技术特点 ..........................................3

（三）4G的主要技术要求 .........................................4

二．4G的关键技术 .................................................4

三．4G的发展趋势 ................................................6

四．4G的应用前景分析.............................................7

参考文献 ........................................................8

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第四代移动通信技术研究综述

一 4G的概念,技术要求及特点

（1）4G 是一个通用的名称，现在还没有人完全肯定地给下过完整的定义， 甚至其名称本身也有多个版本， 国际电信盟 称 其 为 IMT-Advanced 技 术，其 它 的 还 有 B3G、yondIMT-2000等叫法。 根据研究及发展方向， 一般认为4G比3G更完美的网络通信系统， 可集成各种不同模式的无线信， 能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求， 移动用户其中可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。

4G概念比较正式的解释是可称为宽带(broadband)接入和分布式的网络， 具有非对称超过2 Mbps的数据传输能力， 可对全速移动用户能提供高质量影像服务，可实现三维图像的高质量传输。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网(WLAN)、 移动宽带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)，是集多种无线技术和无线LAN系统为一体的综合系统， 也是宽带IP 接入系统。其宽带无线局域网能与B-ISDN和ATM兼容， 实现宽带多媒体通信， 形成综合宽带通信网(IBCN)， 还能提供通信信息之外的定位定时、 数据采集、 远程控制等综合功能

（2）第四代移动通信技术的特点:

一）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。

（二）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 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 WCDMA 3G 网络的 20 倍。

（三）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。

（四）智能性能更高 第四代移动通信的智能性更高， 表现在 4G 通信的终端设备的设计和操作具有智能化。

（五）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

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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。

（六）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”。

（七）通信费用更加便宜 由于 4G 通信解决了与 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，因此 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。

（3）其主要技术要求是：

(1)通信速度提高， 数据率超过 UMTS， 上网速率从 2 Mb/s 提高到 100 Mb/s。

(2)以移动数据为主面向 Internet 大范围覆盖高速移动通信网络， 改变了以 传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。

(3)采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采 用可穿戴无线电，可下载无线电等新技术。

(4)发射功率比现有移动通信系统降低 10～100 倍，能够较好地解决电磁干 扰问题。

(5)支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视 虚拟现实业务。

三 4G系统的关键技术

移动通信技术将向数据化，高速化、宽带化、频段更高化等方向发展，移动数据、移动IP将成为未来移动网的主流业务。第四代移动通信要求数据传输速率从2Mb/s提高到100Mb/s，能够提供150Mb/s的高质量的影像服务。在无线信道下，要如此大幅度地提高传输速率，如何突破频率选择性衰落的影响是关键。第四代移动通信的关键技术有:

3.1 OFDM 技术（正交频分复用）

正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiple-xing，OFDM) 是一种无线环境下的高速传输技术，与3G 的CDMA技术显著不同。它是对多载波调制技术的改进，可以认为是整个4G 技术的核心。在高速移动的无线通信环境中，多普勒频移和多径效应会对信号的正确接收产生显著的干扰。OFDM技术是对抗频率选择性衰落和窄带干扰的有效途径，其基本原理是在频域内对传输信道进行分解， 使各子载波相互正交， 然后将高速数据流分解为多个低速数据片段， 在各子载波上分别进行调制，使串行通信变换为多个独立子信道上的并行通信。一方面使每个子信道变得相对平坦，某个时刻只会有少部分信道受到深衰落的影响， 不至于一次干扰就导致整个链路的失败， 有

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效抑制了频率的选择性影响。另一方面由于高速数据流也进行了分解， 每个子信道上传输的信号带宽小于信道的相应带宽，信号波形间的干扰也大大减少。OFDM技术还有一个优点是各子载波的相互正交使得它们的频谱可以相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰， 同时又提高了频谱利用率。

3.2 MIMO技术

多输入多输出技术(multiple inputmultiple output， MIMO)本质是一种分集技术，是多天线技术的发展。它利用多个天线在收发两端同时工作，在空域上扩展传输通道进而提高系统的传输速率。并行工作的各个发送和接收天线通过角度扩展等多种途径减少空间相关，当彼此的信道冲击和响应相互独立时，信道的容量或者传输能力将随着天线数目的增加而线性增加，这样系统的通信能力将可以在不增加天线的发射功率和系统带宽的情况下得到成倍提高。

MIMO技术是无线通信领域的重大突破， 发展潜力巨大。通过近几年的不断完善和改进，已经越来越多地应用到各种无线通信系统中， 被认为是现代无线通信的关键技术之一。 其优点可以概括为： 可降低码间干扰、 可提高空间分集增益、 可提高无线信道容量和频谱利用率。在4G系统中， MIMO与OFDM结合使用， 互为补充， 综合了时间、 频率和空间3个域上的分集技术， 大大增加了系统的数据传输能力。

3.3 智能天线技术

智能天线主要是指自适应天线阵列(adaptive antenna ar-ray， AAA)， 是利用移动用户和基站间各个传输链路空间特征的差异， 在基站端运用信号处理技术和软件技术， 通过多天线阵元结构，产生特定方向特性 (主波束对准移动用户信号方向， 旁瓣或邻瓣对准干扰信号方向)的天线波束， 在同一信道上减少多个移动用户接收和发送信号的干扰， 提高频谱利用率的一种分集技术， 其本质是利用相位关系抑制多址干扰和多径干扰。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量 ,因此 ,智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。

3.4 软件无线电技术

软件无线电(software defined radio， SDR)是改变传统的无线终端的设计以硬件为核心的观念， 强调以可配置、 可升级的软件编程和DSP技术为核心， 尽量以最简化的、 开放的、 标准化的通用硬件平台来实现无线数据收发功能的设计技术。

3.5 切换技术

切换技术指的是移动终端从一个通信覆盖区移动到另一个通信覆盖区，为保持通信业务连续性而改变信道所进行的链路侦测、 仲裁和建立、 断开等操作的综合技术。切换是蜂窝移动通信系统中保持用户移动性的基本技术，是4G 实现无缝、 可靠漫游的基础。切换的实现在方式上可分为硬切换、 接力

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切换、 软切换和更软切换等多种方式，切换的发生时机包括移动终端在不同 网络之间的接入和在不同基站之间的移动，也包括在同一基站的不同扇区或者不同频率之间的迁移，还包括随着信道变化进行链路的更新等情况。

现有的切换控制机制主要有两种，一种是由智能化移动终端进行端口信号的强度和质量的检测，由终端的软件系统进行判决， 主动发起和完成切换操作， 另一种是由移动用户临近的基站监测各通信链路的信号状态，交换网中心根据监测数据完成切换。DSP和软件技术是4G切换技术的关键组成， 高效智能的切换算法可以显著提高系统的切换效率和质量。在4G 中将会综合两种控制机制的优点， 发挥终端智能软件的优势， 实现以软切换为主， 辅助其它切换方式的综合切换技术。

3.6 基于 IP 的核心网

4G 通信系统采用基于 IP 的全分组交换的方式传送数据流。IPv6技术因为其包含巨大的地址空间、地址的自动配置方式、QoS和更加灵活的移动地址管理机制等许多优点已经取代IPv4 协议被选定为4G的核心网协议。4G 核心网在设计上把业务、 控制和传输等分开， 独立于各种具体的无线接入技术，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议，直接提供端到端的IP 业务，具有很大的灵活性和开放性

3. 7 多用户检测技术

多用户检测是宽带CDMA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,多址干扰就成为宽带CDMA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。

三 发展趋势

目前， 4G移动通信还只处于实验室研究开发阶段 具体的设备和技术还没有完全成型，续的软件开发还没有启动 这都会给 4G的发展带来很多难题，有待人们深入研究 但未来移动通信必将具有文中描述的这些基本特征.目前世界发送国家都正在积极进行 4G 技术规格的研究制定，以期在全球 4G 规格制定中享 有发言权：

美国 AT&T 公司已在实验室中研究第四代移动通讯技术，其研究目的是进步蜂窝电话和其 他移动装置无线访问因特网的速率。目前已推出了 4G

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Access 网络，它能配合目前的 EDGE 技术进行上传，并利用宽带 OFDM 技术进行下载。

瑞典爱立信公司已开始进行第四代移动通讯标准的研究，并着手研制第四代移动通 讯系统。预计在 2011 年正式投进运营，2012 年奥运会就可应用。已研究出的“4G 眼镜”2011 年也将进入市场。

日本的 DoCoMo 移动通讯公司也已在日本进行第四代移动通讯的研究， 力图成为第 四代移动通讯领头羊。 DoCoMo 计划在 2006 年推出第四代移动通讯系统， 2010 年左右首 在 度推出 4G 业务，并意图使它成为全球的标准。

韩国政府将斥资 1350 亿韩元，用于 4G 通讯系统的开发。这些资金将主要用于高速 信息包传输技术、固定无线通讯设备以及移动软件开发和下一代网络工艺上。

四 应用前景分析

第四代移动通信能自适应资源 分配，处理变化的业务流、信道条件不同 的环境，有很强的自组织性和灵活性, 第四代移动通信设备 “智能化” 程度极高， 移动通信面向个人、 正反馈良好循环发展的特性， 其市场潜力 非常巨大。

对于现在的人来说,未来的 4G 通信的确显得很神秘,不少人都认为第四代无线 通信网络系统是人类有史以来最复杂的技术系统.总的来说,要顺利,全面地实施4G通信,还将可能遇到一些困难. 首先,人们对未来的 4G 通信的需求是它的通信传输速度将会得到极大提升,从 理论上说最高可达到 100Mbit/s,但手机的速度将受到通信系统容量的限制.据 有关行家分析,4G 手机将很难达到其理论速度. 其次,4G 的发展还将面临极大的市场压力.有专家预测,在 10 年以后,2G 的 多媒体服务将进入第三个发展阶段,此时覆盖全球的 3G 网络已经基本建成,全 球 25%以上的人口使用 3G,到那时,整个行业正在消化吸收第三代技术,对于 4G 技术的接受还需要一个逐步过渡的过程. 因此,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,使移动通信从 3G 逐步向 4G 过渡.

4G 移动通信技术以传统通信技术为基础，并且利用了一些新的通信技术及设备，来不断提高无线通信的网络效率和功能。随着固定和移动宽带化的发展，通信的主体也将由主要是人与人，扩展到人与物或物与物；随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信已经开始兴起。由于4G与3G相比具有速度更快、网络频谱更宽、通信更加灵活、智能性更高、兼容性更平滑等优点，4G日益成为人们关注的焦点。我们相信，在不久的将来， 人们肯定会看到一个丰富多彩的无线通信世界。

第四代移动通信技术研究综述

第四代移动通信是人类有史以来最复杂的技系统,是满足未来市场需求的新一代的移动通信统,它将帮助我们实现充满个性化的通信梦想。顺利全面地实施4G 通信, 还将遇到一些困难,其展将面临极大的市场压力。目前世界发达国家正极进行 4G 技术规格的研究制定, 研究包括网络构、 用户切换和漫游等移动环境下的系统实施方从而实现用户的大范围移动。

为此， 我们有必要提前作好准备，积极学习通信原理，参加了解第四代移动通讯技术的发展趋势，争取走到其他的国家前面去，引领世界主流的4G技术，同时 积 极参与ITU关于第四代移动通信标准建议 的研究、 掌握世界移动通信技术的研究动 向和最新成果，加强国际合作，关注并积 极进行第四代移动通信技术的研究与开发 工作， 把第四代移动通信的研发与建立我 国移动通信产业结合起来， 加快我国移动 通信产业的发展， 使我国的移动通信产业 在国内外拥有强大的市场。

参考文献：

【1】 http:///view/3763289.htm

【2】 http:///zsc/ShowArticle.asp?ArticleID=151

【3】 王芳,熊建设.4G中的MIMO-OFDM原理及关键技术[J].中国新通

信,2009(23):32-35.

【4】 王军选.第四代移动通信系统及其关键技术研究[J].电信科

学,2009(3):90-93.

【5】 张献英.第四代移动通信技术浅析[J].数字通信世界,2008(6).

【6】 孔祥松,贾卓生.移动 IPv6的切换技术[J].计算机工程与设

计,2006,27(8):1453-1455.

【7】网易科技http:///special/2011gsma2011.

【7】 王兴刚 ，纪海春《移动通信技术发展展望》

【8】 梁 璟，贾崇《第四代移动通信的核心技术

【9】 周 云 鹏《“ 第四代移动通信技术”4G 概述》

【10】 金 涛，王 晶《移动通信技术的发展分析》

【11】 黄武襄 王 红 《线 第 四 代移 动通 信 探 讨 与 展 望》

【12】 吴 薇 王 品 第 四 代移动 通 信 系 统

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