通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-第四代移動(dòng)通信及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)(存儲(chǔ)版)

　　

【正文】 謝 ..................................................................................................................... 25 XXXXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 III 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 26 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 1 緒 論 1 1 緒 論 移動(dòng)通信的概念 所謂 移動(dòng)通信是指 移動(dòng)體之間或移動(dòng)體與固定體之間的通信 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題 :第四代移動(dòng)通信 及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè) 學(xué)生 :XXXXX 系部 : 通信工程系 班級(jí) :XXXX 學(xué)號(hào) : XXXXXXXX 指導(dǎo)教師 :XXXXX 裝訂交卷日期 : 20210411 裝訂順序 : （ 1）封面（ 2） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定記錄 （ 3） 標(biāo)題、 中文摘要及關(guān)鍵詞（ 4）正文（ 5） 附錄（ 6）參考文獻(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 成績(jī)?cè)u(píng)定記錄 表 注： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定 ； 20%、卷面評(píng)閱成績(jī)占 50%、答辯成績(jī)占 30%，在上面的評(píng)分表中，可分別按 20 分、 50 分、 30 分來(lái)量化評(píng)分，三項(xiàng)相加所得總分即為總 評(píng)成績(jī)，總評(píng)成績(jī)請(qǐng)轉(zhuǎn)換為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五等級(jí)計(jì)分。 移動(dòng)通信可以說(shuō)從無(wú)線電通信發(fā)明之日就產(chǎn)生了。 主要內(nèi)容和結(jié)果如下： 第一章為緒論。 第 五 章 對(duì)第四代移動(dòng)通信的思考和展望。 80 年代，大規(guī)模集成電路技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，長(zhǎng)期困擾移動(dòng)通信的終端小型化的問(wèn)題得到了初步解決，給移動(dòng)通信的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng) 第一代模擬移動(dòng)系統(tǒng)主要建立在頻分多址接入和蜂窩頻分復(fù)用的理論基礎(chǔ)上，在商業(yè)上取得了巨大的成 功。 1982 年，歐洲郵電管理協(xié)會(huì)（ CEPT）成立了移動(dòng)通信特別小組（ GSM），開(kāi)發(fā)數(shù)字蜂窩式移動(dòng)通信技術(shù)，即全球通移動(dòng)通信系統(tǒng)（ GSM:Global System for Mobile Communication）。 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 移動(dòng)通信經(jīng)歷了第一代與第二代的發(fā)展，特別在 GSM 和窄帶 CDMA 第二代移動(dòng)通信時(shí)期，可以實(shí)現(xiàn)全球漫游，用戶急劇上升，不過(guò)也出現(xiàn)了一些有待 解決的問(wèn)題，主要有以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)容量依然比較小、頻率利用率不高、抗干擾能力不強(qiáng)，并且不適合傳輸高數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)等。 IMT— 2021 核心網(wǎng)絡(luò)部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作到 2021年底才最終完成。 1984 年，廣州用同樣的頻段開(kāi)通了一個(gè)數(shù)字尋呼系統(tǒng)。截止到 2021 年 6 月，中國(guó)的手機(jī)用戶已經(jīng)達(dá)到 6 億多，并且仍然以較高的速度發(fā)展。 然而，統(tǒng)一的呼聲在業(yè)界仍然留存，希望在未來(lái)能夠統(tǒng)一。第四代移動(dòng)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(dòng)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(duì)稱的超過(guò) 2Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸能力。 第四代移動(dòng)通信 的概念 目前，關(guān)于第四代移動(dòng)通信技術(shù)的叫法很多， 4G 只是一個(gè)通用的名稱。 4G 的信息傳輸速率要比3G 高一個(gè)等級(jí)，從 2Mbit/s 提高到 10Mbit/s。五是業(yè)務(wù)多樣性。 4G 網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。在移動(dòng)通信過(guò)程中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無(wú)縫連接能力，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率。音頻信號(hào)將由覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳送，視頻信號(hào)將由只能處理、接收視頻信號(hào)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。未來(lái)的接入系統(tǒng)將主要在以下三個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)革新和突破： (1)為最大限度開(kāi)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(hào)傳輸技術(shù)，提高信號(hào)處理算法、信號(hào)檢測(cè)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。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。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動(dòng)通信 概述 12 OFDM 的工作原理 簡(jiǎn)介 ，輸入數(shù)據(jù)信元的速率為 R，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后，分成M 個(gè)并行的子數(shù)據(jù)流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流的速率為 R/M，在每個(gè)子數(shù)據(jù)流中的若干個(gè)比特分成一組，每組的數(shù)目取決于對(duì)應(yīng)子載波上的調(diào)制方式，如 PSK、 QAM 等。 OFDM 信號(hào)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(dòng)通信 概述 13 圖 4 FDM 和 OFDM 技術(shù) （ 2）抗多徑能力強(qiáng)。 （ 4）抗碼間干擾（ ISI）能力強(qiáng)。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動(dòng)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(shí)同步、頻率同步和相位同步，其中頻率同步對(duì)系統(tǒng)的影響最大。尤其是在 OFDM 系統(tǒng)中，系統(tǒng)對(duì)頻偏比較敏感，所以一般使用相干檢測(cè)。 軟件無(wú)線電 技術(shù) 所謂軟件無(wú)線電（ Software Defined Radio,簡(jiǎn)稱 SDR），就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。 智能天線可以提高信噪比，提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，緩解無(wú)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(jià)。 隨著無(wú)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(wú)線通信事業(yè)的瓶頸。多天線發(fā)出的信號(hào)在無(wú)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(guò)空時(shí)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(hào)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)。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(hào)所需要的天線單元間距也不一樣。對(duì)于發(fā)射 分集技術(shù) 來(lái)說(shuō)，同樣是利用多條路徑的增益來(lái)提高 系統(tǒng)的可靠性 。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(shí)對(duì)于 m 根發(fā)射天線 n 根接收天線，并且天線對(duì)之間是獨(dú)立均勻分布的瑞利衰落的。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒(méi)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(dòng)通信 概述 18 得一個(gè)全 球惟一的路由地址。 （ 4）移動(dòng) 性。 2021 年 3 月， 美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)向國(guó)會(huì)提交了國(guó)家寬帶計(jì)劃 (National Broadband Plan)強(qiáng)調(diào)：美國(guó)將以比其他國(guó)家運(yùn)行更快、分布更廣泛的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在移動(dòng)創(chuàng)新上領(lǐng)先。 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(guó)三星和LG 等公司正率先研制支持 4G 的芯片、設(shè)備和基站。但在 LTE 技術(shù)受到 ATamp。中國(guó)也在 2021年成立了未來(lái)移動(dòng)通信論壇 (Future Forum)，引領(lǐng)國(guó)內(nèi) 4G 技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。在政府的積極推動(dòng)下， 中國(guó)移動(dòng)、大唐、中興、華為、普天等國(guó)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。 但是，對(duì)于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，它缺乏實(shí)時(shí)位置管理和快速無(wú)縫切換機(jī)制的支持。移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，給移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展都將注入更大的活力。 三 是大力發(fā)展 4G 應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。在整個(gè)論文的完成過(guò)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(shí)，培養(yǎng)了自己的科研能力，也學(xué)到了做人的道理。在技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，我們應(yīng)該意識(shí)到，對(duì)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(huì)一帆風(fēng)順，前面的路仍是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。 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。提高通信的覆蓋范圍，并支持多媒體通信、無(wú)線接入寬帶固定網(wǎng)以及在不同系統(tǒng)之間的漫游等。網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)性是 4G 移動(dòng)性管理的關(guān)鍵，移動(dòng)性通常涉及到在不同網(wǎng)段間漫游的移動(dòng)用戶，數(shù)據(jù)鏈路層的移動(dòng)性支持通常限制在同類網(wǎng)絡(luò)之間。如 TDLTEAdvanced(LTEAdvanced 的 TDD 模式 )是中國(guó)繼 TDSCDMA(TimeXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 4 第四代移動(dòng)通信國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì) 21 DivisionSynchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多址 )之后，提出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第四代移動(dòng)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。日本的移動(dòng) 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(dòng)包括 4G 和移動(dòng)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。隨著 2021 年 10 月國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU)確定 LTEAdvanced 和 WiMAX 作為 4G 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)，兩大標(biāo)準(zhǔn)陣營(yíng)的角逐 也越來(lái)越激烈。西班牙電信在 2021 年 2 月也宣布開(kāi)始進(jìn)行 LTE/SAE (Long Term Evolution/System Architecture Evolution，長(zhǎng)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(guó)、英國(guó)等 6 個(gè)不同國(guó)家部署 LTE/SAE 試驗(yàn)網(wǎng)。美國(guó)的 4G 網(wǎng)絡(luò)布局主要以 Sprint、 ATamp。 XXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 4 第四代移動(dòng)通信國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì) 19 4 第四代移動(dòng)通信國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì) 國(guó)外發(fā)展態(tài)勢(shì)及狀 況 目前，世界各國(guó)都積極開(kāi)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。有了這個(gè) 20 位長(zhǎng)的字段，在傳輸過(guò)程中，中國(guó)的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開(kāi)處理任何 IP 地址流。無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。從本質(zhì)上來(lái)講，如果每對(duì)發(fā)送接收天線之間的衰落是獨(dú)立的，那么可以產(chǎn)生多個(gè)并行的子信道。舉例來(lái)說(shuō)，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(hào)通過(guò) n 個(gè)不同的路徑。對(duì)于便攜終端天線，其數(shù)目與位置要求都較嚴(yán) 。 M IMO 技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的 重要手段受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對(duì)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)。 目前智能天線定義為波束間沒(méi)有切換的多波束和 自適應(yīng)陣列天線。在頻域上，導(dǎo)頻間隔應(yīng)小于相干帶寬。 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(jìn)行編碼，形成編碼的OFDM(COFDM)， OFDM 技術(shù)與信道編碼、頻率時(shí)間交織結(jié)合起來(lái)，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 )。解決方法一般有下述 3 種途徑 ： 信號(hào)失真技術(shù)采 用峰值修剪技術(shù)和峰值窗口去除技術(shù)，使峰值振幅值簡(jiǎn)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(jié)合起來(lái)，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(hào) ； 采用擾碼技術(shù)對(duì)所產(chǎn)生的 OFDM 信號(hào)的相位重新設(shè)置，使互相關(guān)性為零，這樣可以減少 OFDM 的PAPR。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(jìn)行傳送。 （二） OFDM 的 優(yōu)點(diǎn) OFDM 技術(shù)之所以運(yùn)用于 4G 中，是因?yàn)?OFDM 有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。 OFDM 技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。 軟件系統(tǒng)將逐步采用 Web 服務(wù)模式，以代替現(xiàn)行的客戶 /服務(wù)器模式。隨著技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求變化，新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。例如，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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。應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層之間也是開(kāi)放式接口，用于第三方開(kāi)發(fā)和提供新業(yè)務(wù)。 4G 利用無(wú)線接入技術(shù)，提供話音、高速信息業(yè)務(wù)、廣播及娛樂(lè)等多媒體業(yè)務(wù)接入方式，用戶可隨時(shí)隨地接入系統(tǒng)。四是用戶共存性 。其廣帶無(wú)線局域網(wǎng)能與 BISDN(BroadbandIntegratedServiceDigitalNetwork，寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) )及 ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步轉(zhuǎn)移模式 )兼容，實(shí)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(shí)、數(shù)據(jù)采集