【正文】 4G網(wǎng)絡(luò)通信新技術(shù)研究4G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)研究畢業(yè)論文目錄摘要 I目錄 III前言 1第一章4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 2第二章 4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù) 4 OFDM 4 4 智能天線技術(shù)(SA) 4 多輸入多輸出(MIMO)技術(shù) 5 基于IP的核心網(wǎng) 5第三章 3G與4G的比較 6 6 6 7 7 4G是什么 8 4G會采用什么標(biāo)準(zhǔn) 9 4G手機(jī)怎么樣 10 11 4G會取代3G嗎 11第四章 5大4G標(biāo)準(zhǔn) 14 LTE 14 LTEAdvanced 14 WiMax 15 HSPA+：高速下行鏈路分組接入技術(shù) 16 WirelessMANAdvanced 16第五章、4G的發(fā)展展望 18 18，一插即行 18 19 20第六章 4G的主要優(yōu)勢 27 27 27 28 28 28 28 29 29第七章 4G存在缺陷 30 30 30 30 31 31第八章 總結(jié) 33參考文獻(xiàn)： 34致謝 3535前言隨著3G在我國的商用以來,用戶在使用手機(jī)電視和視頻通話方面,出現(xiàn)信號不穩(wěn),視頻通話效果不好等問題。人們開始期望4G能夠解決這些問題,能夠提供更高的數(shù)據(jù)速率,更大的容量和帶寬。從而使4G比3G更接近個人通信,在技術(shù)上比3G更完善。 所謂4G技術(shù)是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性第一章4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4G系統(tǒng)針對各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng),通過多媒體接入連接到基于IP的核心網(wǎng)中?；贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實(shí)現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游。4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層:物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。 1) 物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。 2) 中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。 3) 物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易,提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù),并運(yùn)行于多個頻帶,這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端,跨越多個運(yùn)營商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。對于人們來說，未來的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認(rèn)為第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類有史以來發(fā)明的最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，的確第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)在具體實(shí)施的過程中出現(xiàn)大量令人頭痛的技術(shù)問題，大概一點(diǎn)也不會使人們感到意外和奇怪，第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)存在的技術(shù)問題多和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，并且需要花費(fèi)好幾年的時間才能解決?？偟膩碚f，要順利、全面地實(shí)施4G通信，可能遇到下面的一些困難： 近年來3G演進(jìn)技術(shù)的發(fā)展異常迅速，但無線技術(shù)是否已經(jīng)達(dá)到完美的地步?國家863計(jì)劃專家組成員、未來移動通信論壇秘書長尤肖虎的答案是否定的。在他看來，現(xiàn)有無線技術(shù)有待解決的問題還很多，需要改進(jìn)的空間也很大[1]。 從物理層的傳輸技術(shù)看，雖然在目前LTE、UMB、WiMAX系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)很完善，但在此基礎(chǔ)上還需進(jìn)一步的改造，尤其在多用戶層面上?！澳壳?，4G中的點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)將接近理論值，但多用戶傳輸技術(shù)還有很大的改進(jìn)空間，多小區(qū)傳輸技術(shù)的差距更大?！敝T如多用戶或多小區(qū)之間的協(xié)調(diào)、干擾的抑制抵消以及無線資源的分配等眾多問題，都還沒有系統(tǒng)的解決方案。另外跨層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化也是需要解決的問題之一?！霸鹊姆謱永碚撔枰苊饪鐚勇?lián)動的問題，而跨層設(shè)計(jì)的思想則恰恰相反，所以這是否是一個可能的發(fā)展方向還需進(jìn)一步討論。”尤肖虎指出。尤肖虎認(rèn)為組網(wǎng)層面上同樣存在很大的改進(jìn)空間。（1）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向著扁平化發(fā)展，扁平化結(jié)構(gòu)固然具備顯而易見的優(yōu)勢，其中最突出的是簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和減少延時，但同時也帶來很多問題，如基站間的協(xié)調(diào)與管理。所以如何動態(tài)地感知周圍干擾、對資源進(jìn)行動態(tài)的配置，成為扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)首先需要解決的問題，針對于這一點(diǎn)，尤肖虎認(rèn)為無線網(wǎng)絡(luò)的自組織、自優(yōu)化將成為未來可能的發(fā)展方向。雖然去年的世界無線電大會指定了4個IMTAdvanced的使用頻段，但在全世界范圍內(nèi)很難找到4個統(tǒng)一的頻段?！?，由于中國的該頻段已經(jīng)用于無線衛(wèi)星的導(dǎo)航業(yè)務(wù)，使得這一頻段的利用非常復(fù)雜，并且出現(xiàn)了很多不確定性。所以提高頻譜利用率成為無線領(lǐng)域的重要命題。同時尤肖虎還提到，不同頻段都具有各自的特點(diǎn)，高頻段帶寬豐富，但是傳播衰減較大。低頻段傳播質(zhì)量好，但其帶寬較為有限。尤肖虎認(rèn)為，4G技術(shù)在面臨多個頻段的情況下，能否將這些頻段有效地、甚至是動態(tài)地利用起來，從而發(fā)揮各個頻段的優(yōu)勢，也是業(yè)界面臨的問題和需要努力的方向。（2）小區(qū)中心的性能差異在4G中仍將是重大難題。由于信號存在衰減，離天線越遠(yuǎn)，頻譜利用率越低。而在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于基站處于小區(qū)的中心位置，所以當(dāng)用戶在小區(qū)邊緣時很難充分享受到現(xiàn)有業(yè)務(wù)。如何改善小區(qū)覆蓋的均勻性就成為4G技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。關(guān)于改善小區(qū)邊緣性能的問題，尤肖虎提到了基于Relay和基于分布式天線的兩種方式，他認(rèn)為Relay復(fù)雜度較低，容易實(shí)現(xiàn)，但問題是中繼節(jié)點(diǎn)離用戶較近，提高頻譜利用率的可能性也會因此而降低。相比而言分布式天線的方式復(fù)雜度較高，實(shí)現(xiàn)上也有一定的困難，但經(jīng)論證可以顯著提高系統(tǒng)容量，并可較好地兼顧傳輸性能，在相同天線相同發(fā)射功率的條件下，小區(qū)的頻譜利用率可以明顯提高。另外，出于對電磁污染和手機(jī)待機(jī)時間問題的考慮，手機(jī)發(fā)射功率已經(jīng)成為“瓶頸”問題，分布式天線的方式則可以降低手機(jī)功率，對于此問題的解決也有很大助益。 　第二章 4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù) OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù),實(shí)際上OFDM是MCM MultiCarrierModulation,多載波調(diào)制的一種。其主要原理是:將待傳輸?shù)母咚俅袛?shù)據(jù)經(jīng)串并變換, 變成在子信道上并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流, 再用相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制, 然后疊加一起發(fā)送。 接收端用相干載波進(jìn)行相干接收, 再經(jīng)并串變換恢復(fù)為原高速數(shù)據(jù)。 OFDM技術(shù)的有很多優(yōu)點(diǎn):可以消除或減小信號波形間的干擾,對多徑衰落和多普勒頻移不敏感,提高了頻譜利用率。適合高速數(shù)據(jù)傳輸?？顾ヂ淠芰?qiáng)?？勾a間干擾(ISI)能力強(qiáng)。 　 軟件無線電(SDR)是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實(shí)現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)等先進(jìn)的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。盡可能多地用軟件來定義無線功能。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件(DSPH)、現(xiàn)場可編程器件(FPGA)、數(shù)字信號處理(DSP)等[2] ?！?智能天線技術(shù)(SA) 智能天線定義為波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能,被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾,增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號,既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號的收發(fā),同時,通過基帶數(shù)字信號處理器,對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并,實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。 　 多輸入多輸出(MIMO)技術(shù) 多輸入多輸出技術(shù)(MIM0)是指在基站和移動終端都有多個天線。MIM0技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益?？臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線,充分利用空間傳播中的多徑分量,在同一頻帶上使用多個子信道發(fā)射信號,使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加?？臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類。基于分集技術(shù)與信道編碼技術(shù)的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益,已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。MIM0技術(shù)可提供很高的頻譜利用率,且其空間分集可顯著改善無線信道的性能,提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。 　 基于IP的核心網(wǎng) 4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò),可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接入方案,能提供端到端的IP業(yè)務(wù),能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu),能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)。同時核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容,因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時具有很大的靈活性,不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)議,主要采用全分組方式IPv6技術(shù),IPv6具有許多的優(yōu)點(diǎn),如:有巨大的地址空間。支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式。能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量。更具有移動性。 　　第三章 3G與4G的比較　正當(dāng)?shù)谌苿油ㄐ牛?G）正在國內(nèi)全面鋪開的時候，比3G提速十倍以上的新一代移動通信技術(shù)TD—LTE，在上海世博會上閃亮登場：高清視頻通話，實(shí)時展會直播，高速移動上網(wǎng)……多種移動寬帶服務(wù)，而且還實(shí)現(xiàn)了黃浦江水面以及信息通信館、世博中心等11個重要場館室內(nèi)覆蓋。在這個全球首個“準(zhǔn)4G”TD—LTE規(guī)模演示網(wǎng)獲得成功之后，中國移動又計(jì)劃下半年在國內(nèi)三個城市進(jìn)行擴(kuò)大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)試用。引人注目的是，TD—LTE已聚集了大批中外企業(yè)，如大唐、華為、中興、上海貝爾、摩托羅拉，以及創(chuàng)毅視訊、海思等國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商與芯片廠商。種種跡象表明，3G尚在發(fā)力，4G已悄然逼近，且伸手可及。由于目前 3G采用很多先進(jìn)性的技術(shù), 將來4G在很大程度上進(jìn)一步融合 3G現(xiàn)有的技術(shù)。比如,智能天線,軟件無線電,聯(lián)合檢測,功率控制等。雖然4G繼承了3G的許多技術(shù),但是在指標(biāo)和技術(shù)方面有諸多區(qū)別?！?G提供了高速數(shù)據(jù),在圖象傳輸上,其靜止傳輸速率達(dá)到2Mbps,高速移動時的傳輸速率達(dá)到114Kbps,慢速移動時的傳輸速率達(dá)到384kbps, 帶寬可以達(dá)到5MHz以上UMT采用WCDMA技術(shù),利用正教碼區(qū)分用戶,有FDD和TDD兩種雙工方式。 4G的性能指標(biāo)是: a) 數(shù)據(jù)速率從2Mbps到100Mpbs b) 容量達(dá)到第 3 代系統(tǒng)的 5～10 倍 ,傳輸質(zhì)量相當(dāng)于甚至優(yōu)于第 3 代系統(tǒng)。廣帶局域網(wǎng)應(yīng)能與寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng) (B ISDN)和異步傳送模式 (ATM)兼容 ,實(shí)現(xiàn)廣帶多媒體通信 ,形成綜合廣帶通信網(wǎng) c) 條件相同時小區(qū)覆蓋范圍等于或大于第 3 代系統(tǒng)。 d) 具有不同速率間的自動切換能力 ,以保證通信質(zhì)量。 e) 網(wǎng)絡(luò)的每比特成本要比第 3 代低。　a) 3G的關(guān)鍵技術(shù)是CDMA技術(shù),而4G采用的是OFDM技術(shù)。OFDM可以提高頻譜利用率,能夠克服 CDMA 在支持高速率數(shù)據(jù)傳輸時信號間干擾增大的問題。 b) 在軟件無線電方面,4G對3G中的軟件無線電技術(shù)進(jìn)行升級,滿足4G中無線接入多樣化要求,使得3G中無線接入標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題得以解決。同時在4G中,實(shí)現(xiàn)軟切換和硬切換相結(jié)合,對3G中的軟件無線電基礎(chǔ)上通過增加相應(yīng)的硬件模塊 ,對相應(yīng)的軟件進(jìn)行升級使他們最終都融合到一起 ,成為一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) , 實(shí)現(xiàn)各種需求的功能。 c) 3G 網(wǎng)絡(luò)采用的主要是蜂窩組網(wǎng),4G采用全數(shù)字全I(xiàn)P技術(shù),支持分組交換,將WLAN,Bluetooth 等局域網(wǎng)融入廣域網(wǎng)中。在4G中提高智能天線的的處理速度和效率。在TDSCDMA采用智能天線的基礎(chǔ)上,對相關(guān)的軟件和算法加以升級,增加一些接口協(xié)議來滿足4G的要求。 d) 4G系統(tǒng)也使用了許多新技術(shù) , 包括超鏈接 (ultra2connectivity)和特定無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、動態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能頻譜動態(tài)分配技術(shù)以及軟件無線電技術(shù) ,等等。 e) 在功率控制上 ,4G比 3G要求更加嚴(yán)格 ,其目的是為了滿足高速通信的要求。不僅頻率資源限制移動用戶信號的傳輸速率 ,而且基站和終端的發(fā)射功率也限制了用戶信號的傳輸速率。在 3G中 ,采用切換技術(shù)來減少對其它小區(qū)的干擾 ,提高話音質(zhì)量 ,不過在 4G中 ,切換技術(shù)的應(yīng)用更加廣闊 ,并朝著軟切換和硬切換相結(jié)合的方向發(fā)展[3]。通信委員會的最新研究顯示，在使用同樣數(shù)量頻譜(在客戶手機(jī)于互聯(lián)網(wǎng)之間傳送信息的無線電波)的情況下，下一代移動技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸能力將是現(xiàn)有3G技術(shù)的兩倍以上。傳輸能力的增強(qiáng)對滿足英國迅速增加的移動數(shù)據(jù)流量來說至關(guān)重要，而移動數(shù)據(jù)流量的增加主要受智能手機(jī)和移動寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)(如流媒體、電子郵件、信息服務(wù)、地圖服務(wù)和社交網(wǎng)絡(luò)等)增長的帶動。英國計(jì)劃從2013年開始采用4G移動通信技術(shù)