通信工程畢業(yè)設計-第四代移動通信及發(fā)展趨勢預測-wenkub

　

【正文】 中不可缺少并發(fā)展最快的通信方式之一。 1897 年， ．馬可尼所完成的無線通信試驗就是在固定站 與一艘拖船之間進行的，距離為 18 海里。 而 第四代移動通信技術還不夠成熟，但是它是不可忽視的，可能 在未來它會給我們的生活 帶來又一次的革新。 指導教師評語（ 包含學生在畢業(yè)實習期間的表現(xiàn) ） : 成績（平時成績） : 指導教師簽名： 年 月 日 評閱教師評語： 成績（評閱成績） : 指導教師簽名： 年 月 日 答辯情況記錄 : 答辯成績 : 答辯委員會主任 (或答辯教師小組組長 )簽名 : 年 月 日 總評成績 : 畢業(yè)設計（論文） 成績評定記錄 表 注： 畢業(yè)設計（論文）成績評定 ； 40%、卷面評閱成績占 60%，在上面的評分表中，可分別按 40 分、 60 分 來量化評分，二項相加所得總分即為總評成績，總評成績請轉(zhuǎn)換為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五等級計分。 教務處制 指導教師評語（ 包含學生在畢業(yè)實習期間的表現(xiàn) ） : 成績（平時成績） : 指導教師簽名： 年 月 日 評閱教師評語： 成績（評閱成績） : 指導教師簽名： 年 月 日 總評成績 : 畢 業(yè) 論 文 第四代移動通信 及發(fā)展趨勢預測 學 生： XXXX 指 導教師 ： XXXX XXXXXX 學院通信工程系 二 O 一一 年 四 月 Paper of graduated Fourth Generation Mobile Communication and Development Trends Student: XXXXXX Supervisor: XXXXXX Telemunication Engineering Dept. XXXXXXXXXXXXXXXXXXX April 2021 XXXXXXXX 學院畢業(yè)論文 中文摘要 I 摘 要 移動通信技術在現(xiàn)代人們的生活中起到了越來越重要的作用，改變了人們的生活方式 ,在通信技術和計算機技術的融合，使通信技術的發(fā)展日新月異。不管怎樣， 這些技術在正以驚 人速度發(fā)展，特別是 第四代移動通信系統(tǒng) 將會給人們帶來很大的方便和無窮的利益。 移動 通信 的最終目標是通信個人化， 簡稱為 5W，即無論任何人 (Whoever)，在任何時候 (Whenever)和任何 地方 (Wherever)，都能自由地與世界上其他任何人(Whomever)進行任何情勢 (Whatever)的通訊。 本文主要內(nèi)容和結構安排 本文的主要 介紹了移動通信的概念，移動通信的發(fā)展史，及每個階段的技術指標。 第二章是 移動通信發(fā)展史 。 第 四 章第四代移動通信國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢。 第 六 章對本文主要的貢獻和研究工作進行總結 。現(xiàn)在意義上的無線通信的概念最早出現(xiàn)在 20 世紀 40 年代，無線電臺在第二次世界大戰(zhàn)中的廣泛應用開創(chuàng)了移動通信的第一步。這也是世界上第一個現(xiàn)在意義的、商用的、能夠滿足隨時隨地通信的大容量移動通信系統(tǒng)。 隨后，歐洲各國和日本都開發(fā)了自己的蜂窩移動通信網(wǎng)絡，如歐洲的TACS(Total Access Communication System, 完 全 接 入 通 信 系 統(tǒng) ) 、北歐的NMT(Nordic Mobile Telephone System，北歐移動電話系統(tǒng) )和日本的 NTT(Nippon Telegraph and Telephone,日本電報與電話系統(tǒng) )等。模擬移動通信系統(tǒng)經(jīng)過 10 余年的發(fā)展后，終于在 20 世紀 90 年代初逐步被先進的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)所代替。從 20 世紀 80 年代開始，歐洲就展開了數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的研究，一般稱其為第二代移動通信系統(tǒng)。 1991 年， GSM 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)在歐洲問世，緊接著以 TDMA 標準為基礎的其它第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)如 DAMPS/JDC 等也相繼投入使用。在歐洲建立了以 TDMA 為基礎的 GSM 系統(tǒng)；日本成立了以 TDMA 為基礎的 JDC 系統(tǒng)；美國建立了以 FDMA 和以數(shù)字 TDMA 為基礎的 IS136 混合系統(tǒng)以及以 NCDMA 為基礎的 IS95 系統(tǒng)。人們在信息時代的召喚下研究出了新的通信系統(tǒng)，也就是第三代移動通信系統(tǒng)（ 3G）。第三代無線接口技術規(guī)范為簡介、范圍定義、相關建議、說明、地面部分建議、衛(wèi)星部分建議、發(fā)射限制建議等共七個章節(jié)。 WCDMA：它可支持從 384Kbps 到 2Mbps 不等的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持者主要以 GSM 系統(tǒng)為主的歐洲廠商。 我國移動通信發(fā)展史 我國移動通信起步較晚，其中大致經(jīng)歷了一下幾個階段。 (2) 無線移動電話 —— 移動通信發(fā)展階段 —— 模擬移動電話 1987 年，我國第一個模擬移動電話網(wǎng)在廣東珠江三角洲開通，采用的體制為XXXXXXXXX 學院畢業(yè)論文 2 移動通信發(fā)展史 5 TACS。 隨后， 2021 年開始建成 CDMA 數(shù)字網(wǎng)（ IS95 標準）， CDMA 是一種碼分多址，是由多個碼分信道共享在頻頻道的多址連接方式。特別是移動多媒體和高速數(shù)據(jù)業(yè)務的迅速發(fā)展，迫切需要設計和建設一種新的網(wǎng)絡以提供更寬的工作頻帶、支持更加活潑的多種類業(yè)務（高速率數(shù)據(jù)、多媒體及對稱或非對稱業(yè)務等），并使移動終端能在不同的網(wǎng)絡間進行漫游。 XXXXXXXX 學院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 6 3 第四代移動通 信概述 第四代移動通信 產(chǎn)生的背景 隨著人們的生活空間、活動空間和參與領域在不斷地擴大，對手機的功能要求，已不僅僅是對話和通信，還有許許多多其他方面的功能。目前相互兼容的第四代 移動通信標準（亦稱為后三代移動通信標準）已在業(yè)界萌動 。第四代移動通信不僅是為了因應用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應多媒體的傳輸需求，當然還包括通信品質(zhì)的要求。 另外，第四代移動通信將在不同的固定和無線平臺和跨越不同頻帶的網(wǎng)絡運行中提供無線服務，可以在任何地方寬帶接入因特網(wǎng)，包含衛(wèi)星通信，能提供信息通信之外的定位、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。 第四代移動通信系統(tǒng)技術與第三代移動通信系統(tǒng)技術相比，除了通信速度大為提高之外 ,還可以借助 IP 進行 通話。 2021 年 10 月， ITU 正式制定了 4G 技術規(guī)范 IMTAdvanced(International MobileTelemunications Advanced)：靜態(tài)傳輸速率達到 1Gbit/s，高速移 動狀態(tài)下傳輸速率達到 100Mbit/s。其廣帶無線局域網(wǎng)能與 BISDN(BroadbandIntegratedServiceDigitalNetwork，寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) )及 ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步轉(zhuǎn)移模式 )兼容，實現(xiàn)廣帶多媒體通信，形成 IBCN(Integrated Broadband Communication Network，綜合廣帶通信網(wǎng) )，還能提供定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。 4G 擬采用智能技術，可自適應地進 行資源分配。四是用戶共存性 。 4G 能夠提供各種標準的通信業(yè)務，滿足多種業(yè)務需求。 4G 利用無線接入技術，提供話音、高速信息業(yè)務、廣播及娛樂等多媒體業(yè)務接入方式，用戶可隨時隨地接入系統(tǒng)。 第四代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 在第四代移動通信系統(tǒng)中，為了滿足不同用戶對不同業(yè)務的需求，將各種針對不同業(yè)務的接入系統(tǒng)通過多媒體接入系統(tǒng)連接到基于 IP 的核心網(wǎng)中，形成一個公共的、靈活的、可擴展的平臺，網(wǎng)絡的連接如圖 1 所示： XXXXXXXX 學院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 9 圖 1 4G 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 從圖 1 中可看出基于 IP 技術的網(wǎng)絡架構使得用戶在 2G、 3G、 4G、 WLAN、固定網(wǎng)之間無縫漫游可以實現(xiàn)。應用層與網(wǎng)絡業(yè)務執(zhí)行技術層之間也是開放式接口，用于第三方開發(fā)和提供新業(yè)務。同時，技術的發(fā)展和市場的需求，將加快并實現(xiàn)目前的計算機網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等網(wǎng)絡融為一體，寬帶 IP 技術和光網(wǎng)絡將成為多網(wǎng)融合的支撐和結合點。例如，兩個網(wǎng)絡平臺之間傳送電視數(shù)據(jù)信息，首先經(jīng)由數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所處理。 第四代移動通信的接入系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) 第四代移動通信的接入系統(tǒng) 第四代 移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點是，智能化多模式終端基于公共平臺，通過各種接入技術，在各種網(wǎng)絡系統(tǒng) (平臺 )之間實現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。隨著技術發(fā)展和市場需求變化，新的接入技術將不斷出現(xiàn)。 (3)提高和擴展 IP 技術在移動網(wǎng)絡中的應用；加強軟件無線電技術；優(yōu)化無線電傳輸技術，如支持實時和非實時業(yè)務、無縫連接和網(wǎng)絡安全。 軟件系統(tǒng)將逐步采用 Web 服務模式，以代替現(xiàn)行的客戶 /服務器模式。直到 70 年代采用 DFT 實現(xiàn)多載波調(diào)制算法的提出，實現(xiàn) IFFT/FFT 快速算法芯片的出現(xiàn)，使得多載波調(diào)制的實現(xiàn)變得非常簡單。 OFDM 技術的最大優(yōu)點是能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。接收端接收到的信號是時域信號，此信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后移去CP，如果 CP 長度大于信道的記憶長度時， ISI 僅僅影響 CP，而不影響有用數(shù)據(jù)，去掉 CP 也就去掉了 ISI 的影響。 （二） OFDM 的 優(yōu)點 OFDM 技術之所以運用于 4G 中，是因為 OFDM 有很多獨特的優(yōu)點： （ 1）頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。 （ 3）傳輸數(shù)據(jù)率高。再有， OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以 高速率進行傳送。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。解決方法一般有下述 3 種途徑 ： 信號失真技術采 用峰值修剪技術和峰值窗口去除技術，使峰值振幅值簡單地非線性去除 ； 采用編碼方法將峰值功率控制和信道編 碼結合起來，選用合適的編碼和解碼方法，以避免出現(xiàn)較大的峰值信號 ； 采用擾碼技術對所產(chǎn)生的 OFDM 信號的相位重新設置，使互相關性為零，這樣可以減少 OFDM 的PAPR。為了不破壞子載波間的正交性，在接收端進行 FFT 變換前，必須對頻率偏差進行估計和補償。 OFDM 系統(tǒng)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OFDM 調(diào)整方式本身所利用，可以在子載波間進行編碼，形成編碼的OFDM(COFDM)， OFDM 技術與信道編碼、頻率時間交織結合起來，提高系統(tǒng)的性能，其編碼可以采用各種碼 (如分組碼和卷積碼 )。此時可以使用訓練序列和導頻作為輔助信息，訓練序列通常在非時變信道中，在時變信道中一般使用導頻信號。在頻域上，導頻間隔應小于相干帶寬。 XXXXXXXX 學院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 15 其核心思想 是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的 數(shù)字 /模擬 轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號的數(shù)字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)。 目前智能天線定義為波束間沒有切換的多波束和 自適應陣列天線。 圖 5 MIMO 系統(tǒng)原理 MIMO 系統(tǒng)是一項運用于 的核心技術。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的 SISO(SingleInput SingleOutput)系統(tǒng)， MIMO 還可以包括 SIMO(SingleInput MultipleOutput)系統(tǒng)和MISO(MultipleInput SingleOutput)系統(tǒng)。多輸入多輸出（ MIMO）無線通信技術的概念非常簡單，任何一個無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用了多個天 線或者天線陣列，就構成了一個無線 MIMO 系統(tǒng)。 M IMO 技術作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的 重要手段受到人們越來越多的關注。 MIMO 無線系統(tǒng)的多天線，一方面，其天線單元間距較大，必須 具有分集功能，不同于常規(guī)智能天線 。對于便攜終端天線，其數(shù)目與位置要求都較嚴 。對于極化域而言，交叉極化耦合度決定了能否提供極化分集，或能否提供近似正交的并行信道，因此， MIMO 多XXXXXXXX 學院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 17 天線的設計是與傳播環(huán)境和天線的安裝位置緊密相關的。舉例來說，在慢 瑞利衰落 信道中，使用 1 根發(fā)射天線 n 根接收天線，發(fā)送信號通過 n 個不同的路徑。 智能天線技術 也是通過不同的發(fā)射天線來發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，形成指向某些用戶的賦形波束，從而有效的提高天線增益，降低用戶間的干擾。從本質(zhì)上來講，如果每對發(fā)送接收天線之間的衰落是獨立的，那么可以產(chǎn)生多個并行的子信道。選擇 IPv6 協(xié)議主要基于以下幾點的考慮： （ 1）巨大的地址空間。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關鍵。 （ 3）服務