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

　　

【正文】 如，對于基站天線，其天線數(shù)目限制較小，但由于安裝位置較高而散射擴展較小，要求天線單元間距較大 。相反， MIMO 信道中的衰落特性可以提供額外的信息來增加通信中的自由度 (degrees of freedom)。這些優(yōu)點來自于 IPv6 報頭中新增加的字段 流標(biāo)志 。 二是運營商正以主體身份推進 4G 技術(shù)商業(yè)化運作。 三是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是各國 4G 技術(shù)競爭的焦點。經(jīng)過多年的積累和布局，我國在 4G 技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定方面已在國際占有重要一席。提高檢測可用的資源以及信號質(zhì)量、動態(tài)分配頻率資源和信號發(fā)射功率、增加移動通信系統(tǒng)容量、降低信號發(fā)射功率 。 但 3G 技術(shù)目前的不足與缺陷將成為推動4G 技術(shù)的重要力量，我們有理由相信 4G 將成為未來移動通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，會使我們未來的生活更加美好。當(dāng)前，一批跨國企業(yè)在 4G 相關(guān)技術(shù)掌握和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造方面已搶占先機，深圳華為、中興等企業(yè)也在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域與國際同 步。要解決這些問題，必須采用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和管理路由優(yōu)化方案，需要采用高效的發(fā)送和切換協(xié)議，這些協(xié)議必須能很好地解決數(shù)據(jù)丟失和延遲的問題。這些論壇在引領(lǐng)全球 4G 研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)制定，以及加強全球合作等方面起到了重要作用，對 ITU 的相關(guān)工作也產(chǎn)生了重要影響。值得關(guān)注的是，在 2021 世界移動通信大會 (NWC)上，全球領(lǐng)先的通信設(shè)備商紛紛推出了 4G 設(shè)備。歐盟的 框架計劃 (EU Pramework Programme)將 4G 技術(shù)作為了重點發(fā)展內(nèi)容。有狀態(tài)配置機制，如 DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議 )，需要一個額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護。在一個具有 m 根發(fā)射天線 n 根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為 mn。因此，實現(xiàn) MIMO 系統(tǒng)的高性能除依賴于多徑傳播的豐富度外，還依賴于多天線單元的合理設(shè)計。 多處天線（ MIMO）技術(shù) (1)MIMO 簡介 MIMO(MultipleInput MultipleOutput)即是 多輸入多輸出技術(shù) ， 是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，信號通過發(fā)射端和接收端的多個天線傳送和接收，從而改善每個用戶的服務(wù)質(zhì) 量（誤比特率或數(shù)據(jù)速率） ，其原理如圖 5 所示 。 在系統(tǒng)使用相干檢測時，信道估計是必須的。碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。M 個并行的子數(shù)據(jù)信元編碼交織后進行 IFFT 變換，將頻域信號轉(zhuǎn)換到時域， IFFT塊的輸出是 N 個時域的樣 點，再將長為 Lp 的 CP(循環(huán)前綴 )加到 N 個樣點前，形成循環(huán)擴展的 OFDM 信元，因此，實際發(fā)送的 OFDM 信元的長度為 Lp＋ N，經(jīng)過并 /串轉(zhuǎn)換后發(fā)射。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動通信 概述 11 (2)為提高網(wǎng)絡(luò)性能， 在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化和自動重構(gòu)技術(shù)，動態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。 4G 移動網(wǎng)絡(luò)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個無線接口，由多個業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運營者提供多媒體業(yè)務(wù)。未來通信中所需的是多媒體通信，個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等將結(jié)合成一個整體。國際電信聯(lián)盟 (ITU)認(rèn)為： 4G 是基于 IP 協(xié)議的高速蜂窩移動通信網(wǎng)，是現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)從 3G 的進一步演進和提升。這種趨勢 迫使人們考慮新一代的系統(tǒng)，它能在所有的環(huán)境和各種移動狀態(tài)中傳送無線多媒體服務(wù)，滿足用戶服務(wù)質(zhì)量 (QoS)的要求。尋呼系統(tǒng)應(yīng)用大約十幾年時間，到 2021 年，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國尋呼用戶已超過 5000 萬。隨著信息社會的發(fā)展，移動 IP、寬帶數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)也在迅速地增加，第二代移動通信系統(tǒng)的缺點和局限也開XXXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 2 移動通信發(fā)展史 4 始暴露出來。但是，該系統(tǒng)主要問題是所支持的業(yè)務(wù)（主要是語音）單一、頻譜效率低、保密性差等，特別是在歐洲，一個國家有一個自己的標(biāo)準(zhǔn)和體制，無法解決跨國家的漫游問題。 本章主要介紹對于第四代移動通信的發(fā)展思考，和對未來的美好展望。 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。不管怎樣， 這些技術(shù)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。 第 四 章第四代移動通信國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢。 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(luò)，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。在歐洲建立了以 TDMA 為基礎(chǔ)的 GSM 系統(tǒng)；日本成立了以 TDMA 為基礎(chǔ)的 JDC 系統(tǒng)；美國建立了以 FDMA 和以數(shù)字 TDMA 為基礎(chǔ)的 IS136 混合系統(tǒng)以及以 NCDMA 為基礎(chǔ)的 IS95 系統(tǒng)。 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。 XXXXXXXX 學(xué)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(lǐng)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。 第四代移動通信系統(tǒng)技術(shù)與第三代移動通信系統(tǒng)技術(shù)相比，除了通信速度大為提高之外 ,還可以借助 IP 進行 通話。四是用戶共存性 。應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層之間也是開放式接口，用于第三方開發(fā)和提供新業(yè)務(wù)。隨著技術(shù)發(fā)展和市場需求變化，新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。 OFDM 技術(shù)的最大優(yōu)點是能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。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。 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(shù)與信道編碼、頻率時間交織結(jié)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 )。 目前智能天線定義為波束間沒有切換的多波束和 自適應(yīng)陣列天線。 M IMO 技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的 重要手段受到人們越來越多的關(guān)注。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。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。 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： 一是政府在 4G 技術(shù)研發(fā)中的投入力度不斷加大。西班牙電信在 2021 年 2 月也宣布開始進行 LTE/SAE (Long Term Evolution/System Architecture Evolution，長期演進 /系統(tǒng)架構(gòu)演進 )技術(shù)試驗，在西班牙、德國、英國等 6 個不同國家部署 LTE/SAE 試驗網(wǎng)。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。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。 二是圍繞終端芯片設(shè)計及解決方案盡快推進產(chǎn)業(yè)化。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、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。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。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展。但在 LTE 技術(shù)受到 ATamp。 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)。 （ 4）移動 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，此時對于 m 根發(fā)射天線 n 根接收天線，并且天線對之間是獨立均勻分布的瑞利衰落的。實驗表明，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。 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。 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。 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。 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。另一方面，軟件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上做進一步研究，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。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。 4G 網(wǎng)絡(luò)將是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。 4G 的信息傳輸速率要比3G 高一個等級，從 2Mbit/s 提高到 10Mbit/s。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。截止到 2021 年 6 月，中國的手機用戶已經(jīng)達(dá)到 6 億多，并且仍然以較高的速度發(fā)展。 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。 1982 年，歐洲郵電管理協(xié)會（ CEPT）成立了移動通信特別小組（ GSM），開發(fā)數(shù)字蜂窩式移動通信技術(shù)，即全球通移動通信系統(tǒng)（ GSM:Global System for Mobile Communication）。 80 年代，大規(guī)模集成電路技術(shù)及計算機技術(shù)獲得了突飛猛進的發(fā)展，長期困擾移動通信的終端小型化的問題得到了初步解決，給移動通信的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 主要內(nèi)容和結(jié)果如下： 第一章為緒論。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 課題 :第四代移動通信 及發(fā)展趨勢預(yù)測 學(xué)生 :XXXXX 系部 : 通信工程系 班級 :XXXX 學(xué)號 : 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（論文）成績評定記錄 （ 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（論文） 成績評定記錄 表 注： 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定 ； 20%、卷面評閱成績占 50%、答辯成績占 30%，在上面的評分表中，可分別按 20 分、 50 分、 30 分來量化評分，三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。主要介紹了第四代移動通信的產(chǎn)生背景，相關(guān)技術(shù)內(nèi)容和特點，及國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢等。 到 20 世紀(jì) 70 年代，美國貝爾實驗室最早提出了蜂窩的概念，解決了頻分復(fù)用的問題。它是隨著超大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，語音數(shù)字處理技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的。該建議的通過標(biāo)志著第三代移動通信系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用進入實質(zhì)階段。 目前 使用的第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)可以提供話音及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能夠基本滿足人們信息交流的需要。總的來說，必須可以容納龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)以 及達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆? 第四代移動通信的 特點 第四代移動通信 具有以下主要特點： 一是高速率。八是自治的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所里，這個電視數(shù)據(jù)信息將被分離成視頻信號和音頻信號，經(jīng)由不同信道傳送。新的計算機語言如 XML，將用于未來的這種基于 Web 的分布式服務(wù)。這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中很重要。這里所采用的典型方法為 PTS(Partial Transmit Sequence)和 SLM(Selective Mapping)。實際應(yīng)用中，導(dǎo)頻的模式的設(shè)計要根據(jù)具體情況而定。 MIMO 技術(shù)對于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)來說，能夠大大提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)能在