通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-第四代移動通信及發(fā)展趨勢預(yù)測(文件)

　

【正文】 質(zhì)量。有了這個 20 位長的字段，在傳輸過程中，中國的各節(jié)點(diǎn)就可以識別和分開處理任何 IP 地址流。每個移動設(shè)備設(shè)有一個固定的家鄉(xiāng)地址（ home address），這個地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。 XXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 4 第四代移動通信國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢 19 4 第四代移動通信國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢 國外發(fā)展態(tài)勢及狀 況 目前，世界各國都積極開展了 4G 的研究，大致呈現(xiàn)以下特點(diǎn)： 一是政府在 4G 技術(shù)研發(fā)中的投入力度不斷加大。第七框架計(jì)劃 (20212013 年 )將投資 7 億歐 元用于未來網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展，其中一半資金用于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，著力推動 4G 技術(shù)的發(fā)展。美國的 4G 網(wǎng)絡(luò)布局主要以 Sprint、 ATamp。T 及 Verizon 則將采用 LTE 技術(shù)，其中 ATamp。西班牙電信在 2021 年 2 月也宣布開始進(jìn)行 LTE/SAE (Long Term Evolution/System Architecture Evolution，長期演進(jìn) /系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn) )技術(shù)試驗(yàn)，在西班牙、德國、英國等 6 個不同國家部署 LTE/SAE 試驗(yàn)網(wǎng)。摩托羅拉公司推出了最新、容量最高的 LTE 解 決方案，愛立信公司也成功演示了其最新的 采用多載波技術(shù)和 MIMO(MultipleInput MultipleOutput)技術(shù)的 LTE/4G 系統(tǒng)。隨著 2021 年 10 月國際電信聯(lián)盟 (ITU)確定 LTEAdvanced 和 WiMAX 作為 4G 國際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)，兩大標(biāo)準(zhǔn)陣營的角逐 也越來越激烈。摩托羅拉、三星、華為則采取雙邊發(fā)展的策略，以應(yīng)對未來 4G 標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。日本的移動 IT 論壇 (mITF)組織協(xié)調(diào)具體的 4G 技術(shù)研究工作， 旨在推動包括 4G 和移動商務(wù)在內(nèi)的發(fā)展，在業(yè)務(wù)和應(yīng)用方面發(fā)揮著巨大的作用。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)發(fā)展 4G 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)大致取得以下進(jìn)展： 一方面，啟動實(shí)施了一批重大計(jì)劃。如 TDLTEAdvanced(LTEAdvanced 的 TDD 模式 )是中國繼 TDSCDMA(TimeXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 4 第四代移動通信國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢 21 DivisionSynchronous Code Division Multiple Access，時分同步碼分多址 )之后，提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第四代移動通信技術(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)在 2021 年進(jìn)入 ITU 的 4G 候選標(biāo)準(zhǔn)之列，并已獲得歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織 3GPP 和亞太地區(qū)通信企業(yè)的認(rèn)可與支持。華為在歐洲 LTE 市場上已占據(jù)約 62％的份額。網(wǎng)絡(luò)層移動性是 4G 移動性管理的關(guān)鍵，移動性通常涉及到在不同網(wǎng)段間漫游的移動用戶，數(shù)據(jù)鏈路層的移動性支持通常限制在同類網(wǎng)絡(luò)之間。另外，移動 IP 環(huán)境下的 QoS 所使用的綜合業(yè)務(wù) /RSVP 技術(shù) (IntSev/RSVP)和區(qū)別型業(yè)務(wù)技術(shù) (DifServ)也需解決。提高通信的覆蓋范圍，并支持多媒體通信、無線接入寬帶固定網(wǎng)以及在不同系統(tǒng)之間的漫游等。據(jù)預(yù)測，這種以寬帶、接入因特網(wǎng)、具有多種綜合功能第四代移動通信技術(shù)在 2021 年將成為移動通信市場主流技術(shù)。 二是圍繞終端芯片設(shè)計(jì)及解決方案盡快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。 中國 應(yīng)以應(yīng)用為導(dǎo)向，大力開展 4G 應(yīng)用技術(shù)開發(fā)， 以重點(diǎn)軟件產(chǎn)業(yè)園區(qū)為依托，大力支持 4G 應(yīng)用軟件開發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，爭取在應(yīng)用領(lǐng)域的研究方面搶得先機(jī)。在技術(shù)飛速發(fā)展的同時，我們應(yīng)該意識到，對待通信新技術(shù)我們更應(yīng)該冷靜、理智， 4G 演進(jìn)的道路絕不會一帆風(fēng)順，前面的路仍是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。 同時，在日常的研究和學(xué)習(xí)過程中，感謝我的家人默默的關(guān)心與支持，也感謝我的朋友給我的幫助與鼓勵。在整個論文的完成過程中，我得到了導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，讓我不僅學(xué)到了扎實(shí)、廣泛的專業(yè)知識，培養(yǎng)了自己的科研能力，也學(xué)到了做人的道理。 XXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 6 總結(jié) 24 6 總結(jié) 現(xiàn)代移動通信技術(shù)包括了很多深奧的高科技技術(shù)，在此之前，我還對這些技術(shù)不了解，但是通過我努力查找這方面的知識， 隨著目前 3G 移動通信技術(shù)的全面商用化的開始，我國大部分的手機(jī)用戶將感受到 3G 技術(shù)給我們帶來的便捷，同時也能明顯的感到 3G 技術(shù)的不足與缺陷。 三 是大力發(fā)展 4G 應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。為此，我們有必要在大力發(fā)展第三代移動通信的同時，掌握世界移動通信技術(shù)的研究動向和最新 成果，加強(qiáng)國際合作，積極XXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 5 對第四代移動通信的思考和展望 23 進(jìn)行第四代移動通信技術(shù)的研究與開發(fā)工作，加快我國移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使我國的移動通信產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外擁有強(qiáng)大的市場。移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，給移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展都將注入更大的活力。利用 RAKE 接收、跳頻以及 Turbo 碼等技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)的性能，提高信干比 。 但是，對于第四代移動通信系統(tǒng)而言，它缺乏實(shí)時位置管理和快速無縫切換機(jī)制的支持。中興通訊一直全力投入 TDSCDMA 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在技術(shù)和市場方面一直處于國內(nèi)領(lǐng)先的位置，尤其是近年來在TDLTE 領(lǐng)域中，中興通訊也創(chuàng)造了多項(xiàng)業(yè)界第一的測試記錄。在政府的積極推動下， 中國移動、大唐、中興、華為、普天等國內(nèi)企業(yè)在 4G 技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)化中均取得一定的進(jìn)展。 2021 年， 新一代寬帶無線移動通信網(wǎng) 重大專項(xiàng)啟動，這將進(jìn)一步提升我國無線移動通信的綜合競爭實(shí)力和創(chuàng)新能力，推動我國移動通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)向世界先進(jìn)水平跨越。中國也在 2021年成立了未來移動通信論壇 (Future Forum)，引領(lǐng)國內(nèi) 4G 技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。各國組織了各種 4G 研究論壇，致力于在 4G 標(biāo)準(zhǔn)確立之前，聯(lián)合更多的力量，推廣自己的 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但在 LTE 技術(shù)受到 ATamp。可以看出，無論是 4G 設(shè)備和終端，還是運(yùn)營商的測試進(jìn)程， LTE 商用條件已經(jīng)具備， 4G 的商用時間表逐漸清晰。韓國三星和LG 等公司正率先研制支持 4G 的芯片、設(shè)備和基站。北歐是部署 LTE 最快的地區(qū)。 Sprint 以 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微 波互聯(lián)接入 )作為其 4G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將投資大約 50 億美元構(gòu)建 4G 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。韓國也已將 4G 列入政府的研究課題，并制定了中長期發(fā)展規(guī)劃。 2021 年 3 月， 美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)向國會提交了國家寬帶計(jì)劃 (National Broadband Plan)強(qiáng)調(diào)：美國將以比其他國家運(yùn)行更快、分布更廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)，在移動創(chuàng)新上領(lǐng)先。移動設(shè)備每次改變位置，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。 （ 4）移動 性。從協(xié)議的角度看，IPv6 與目前的 IPv4 提供相同的 QoS，但是 IPv6 的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。一旦得到這個地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 18 得一個全 球惟一的路由地址。 （ 2）自動控制。需要特別指出的是在高 SNR 的情況下 ，傳輸速率是自由度 受限的，此時對于 m 根發(fā)射天線 n 根接收天線，并且天線對之間是獨(dú)立均勻分布的瑞利衰落的。 分集技術(shù)主要用來對抗信道衰落。對于發(fā)射 分集技術(shù) 來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高 系統(tǒng)的可靠性 。傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。實(shí)驗(yàn)表明，由于散射傳播環(huán)境不同，提供空間低相關(guān)的衰落信號所需要的天線單元間距也不一樣。天線單元數(shù)目、天線單元間距與天線安裝位置等都是至關(guān)重要的因素。多天線發(fā)出的信號在無線信道中經(jīng)散射傳播而混合在一起，再經(jīng)收端多天線接收后，系統(tǒng)通過空時處理算法分離并恢復(fù)出發(fā)射數(shù)據(jù)，其性能取決于各天線單元接收信號的獨(dú)立程度，即相關(guān)性，而多天線間的相關(guān)性與散射傳播及天線特性密切相關(guān)。在多徑環(huán)境下，該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是新一代移動通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。 隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜資源的嚴(yán)重不足已經(jīng)日益成為遏制無線通信事業(yè)的瓶頸。同時，專有 MIMO 技術(shù)可改進(jìn)已XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 16 有 。 智能天線可以提高信噪比，提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，緩解無線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾，降低系統(tǒng)整體造價。 智能天線 智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。 軟件無線電 技術(shù) 所謂軟件無線電（ Software Defined Radio,簡稱 SDR），就是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等。為了提高估計(jì)的精度，可以插入連續(xù)導(dǎo)頻和分散導(dǎo)頻，導(dǎo)頻的數(shù)量是估計(jì)精度和 系統(tǒng)復(fù)雜度的折衷。尤其是在 OFDM 系統(tǒng)中，系統(tǒng)對頻偏比較敏感，所以一般使用相干檢測。利用這一特性，可將信號延遲后與原信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，這樣循環(huán)前綴的相關(guān)輸出就可以用來估計(jì)頻率偏差。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 14 （ 2） 同步 與其它數(shù)字通信系統(tǒng)一樣， OFDM 系統(tǒng)需要可靠的同步技術(shù)，包括定時同步、頻率同步和相位同步，其中頻率同步對系統(tǒng)的影響最大。 （三） OFDM 關(guān)鍵技術(shù) （ 1） 峰值平均功率 (PAPR) 由于 OFDM 信號在時域上為 N 個正交子載波信號的疊加，當(dāng)這 N 個信號恰好都以峰值出現(xiàn)并將相加時， OFDM 信號也產(chǎn)生最大 峰值，該峰值功率是平均功率的 N 倍。 （ 4）抗碼間干擾（ ISI）能力強(qiáng)。當(dāng)信道條件好的時候，采用效率高的調(diào)制方式。 OFDM 信號的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率可以接近 Nyquist 極限，如下圖 4 所示： XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 13 圖 4 FDM 和 OFDM 技術(shù) （ 2）抗多徑能力強(qiáng)。當(dāng)子載波非常大時，由中心極限定理知 OFDM 信號近似服從復(fù)高斯分布，從而 OFDM 信號具有較大的峰值平均功率比（ PAPR），此為 OFDM 系統(tǒng)的一個缺點(diǎn)。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 12 OFDM 的工作原理 簡介 ，輸入數(shù)據(jù)信元的速率為 R，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后，分成M 個并行的子數(shù)據(jù)流，每個子數(shù)據(jù)流的速率為 R/M，在每個子數(shù)據(jù)流中的若干個比特分成一組，每組的數(shù)目取決于對應(yīng)子載波上的調(diào)制方式，如 PSK、 QAM 等。在通信的各個領(lǐng)域， OFDM利用許多并行的、低速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖虞d波來實(shí)現(xiàn)一個高速率的數(shù)據(jù)通信。另一方面，軟件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上做進(jìn)一步研究，以保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作、數(shù)據(jù)完整和其他特殊需要。軟件系統(tǒng)的首要任務(wù)是，創(chuàng)建一個公共的軟件平臺，使不同通信系統(tǒng)和終端的應(yīng)用軟件，通過此平臺“互聯(lián)互通”；并且，通過此軟件平臺，實(shí)現(xiàn)對不同通信系統(tǒng)和終端的管理和監(jiān)控。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個方面進(jìn)行技術(shù)革新和突破： (1)為最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源，在接入系統(tǒng)的物理層，優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和信號傳輸技術(shù)，提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并在頻譜共享和新型天線方面做進(jìn)一步研究。當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶，給出最優(yōu)化路由，以達(dá)到最佳通信效果。音頻信號將由覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳送，視頻信號將由只能處理、接收視頻信號的網(wǎng)絡(luò)傳送，從而達(dá)到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。它用于預(yù)處理各個不同網(wǎng)絡(luò)平臺之間的呼叫。在移動通信過程中，移動網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無縫連接能力，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率。物理層提供接入和選路功能，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層作為橋接層提供 QoS 映射、地址轉(zhuǎn)換、即插即用、安全管理、有源網(wǎng)絡(luò)。 4G 網(wǎng)絡(luò)將是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。 4G 將以幾項(xiàng)突破性技術(shù)為基礎(chǔ)，如 OFDM(0rthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用 )、無線接入、軟件無線電等，從而大幅提高頻率使用效率和系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性。五是業(yè)務(wù)多樣性。三是兼容性好。 4G 的信息傳輸速率要比3G 高一個等級，從 2Mbit/s 提高到 10Mbit/s。 目前國際電信聯(lián)盟已經(jīng)公布了 4G 網(wǎng)絡(luò)的五大標(biāo)準(zhǔn)制式，即 WiMax， HSPA+， LTE，以及之前的 LTEAdvanced 和 WirelessMANAdvcanced。 第四代移動通信 的概念 目前，關(guān)于第四代移動通信技術(shù)的叫法很多， 4G 只是一個通用的名稱。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 7 第四代移動通信系統(tǒng)技術(shù)目前還只是一個基本概念，就是無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，但可以肯定的是，隨著互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展 4G 也會繼續(xù)高速發(fā)展；電腦日趨小型化、簡便化，最終將所有技術(shù)整合為一個類似 PDA 的產(chǎn)品；衛(wèi)星通信和空間技術(shù)會成為常用技術(shù)。第四代移動通信系統(tǒng)在業(yè)務(wù)、功能、頻帶上都將不同于第三代系統(tǒng)，第四代移動通信的概念也可稱為寬帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過 2Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸能力。雖然第三代移動通信可以