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

　 　

【正文】 在此我要向我的導(dǎo)師致以最誠摯的感謝和深深的敬意。 但 3G 技術(shù)目前的不足與缺陷將成為推動(dòng)4G 技術(shù)的重要力量，我們有理由相信 4G 將成為未來移動(dòng)通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，會(huì)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(jī)，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。 為了搶占 第四代移動(dòng)通信 時(shí)代的發(fā)展機(jī)遇，促進(jìn) 中國 通信 產(chǎn)業(yè)發(fā)展， 我們應(yīng)該 加大 4G 關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的投入 ， 推動(dòng)相關(guān)通信骨干企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校聯(lián)合攻關(guān)，盡快突破 OFDMA(0rthogonal FrequencyDivisionMultiple Access，正交頻分多址接入 )、軟件無線電、智能天線、 MIMO 等技術(shù)壁壘，力求掌握更多的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，推動(dòng) 中國 4G 通信設(shè)備和終端形成產(chǎn)業(yè)規(guī) 模，在國際產(chǎn)業(yè)分工體系中占據(jù)有利地位。隨著互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)將會(huì)得到更快的發(fā)展。提高檢測可用的資源以及信號質(zhì)量、動(dòng)態(tài)分配頻率資源和信號發(fā)射功率、增加移動(dòng)通信系統(tǒng)容量、降低信號發(fā)射功率 。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。 XXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 5 對第四代移動(dòng)通信的思考和展望 22 5 對第四代移動(dòng)通信的思考和展望 對第四代移動(dòng)通信的思考 要使第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)能投入實(shí)際應(yīng)用，就需要對現(xiàn)有的移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造，首先需要解決無線系統(tǒng)中的移動(dòng)性管理 和核心網(wǎng)的移動(dòng) IP 技術(shù)等問題，當(dāng)然還有 4G 的標(biāo)準(zhǔn)問題。 2021 年， 中國移動(dòng)承建的全球首個(gè) TDLTE 演示網(wǎng)絡(luò)開通，為上海世博會(huì)運(yùn)營提供服務(wù)支持。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。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(qiáng)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。其中，世界無線研究論壇 (WWRF)由阿爾卡特、愛立信、諾基亞和西門子于 2021 年成立， 與歐盟第六框架計(jì)劃 (20212021 年 )共同成為歐洲 4G 研究的整體代表， 目前已發(fā)展成為全球 4G 研發(fā)的重要國際性學(xué)術(shù)組織。T、 Verizon、中國移動(dòng)、 NTT DoCoMo 等大型電信營運(yùn)商支持的情況下，思科、諾基亞西門子通信 (NSN)、阿爾卡特朗訊等電信設(shè)備制造商也已撤出或縮減對 WiMAX 技術(shù)的投資，從而轉(zhuǎn)向 LTE 技術(shù)陣營。 三是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是各國 4G 技術(shù)競爭的焦點(diǎn)。值得關(guān)注的是，在 2021 世界移動(dòng)通信大會(huì) (NWC)上，全球領(lǐng)先的通信設(shè)備商紛紛推出了 4G 設(shè)備。 2021 年 1 月，北歐最大的電信運(yùn)營商 TeliaSonera 與華為和愛立信合作，分別在奧斯陸和斯德哥爾摩部署 LTE 商用網(wǎng)絡(luò)。 ATamp。 二是運(yùn)營商正以主體身份推進(jìn) 4G 技術(shù)商業(yè)化運(yùn)作。歐盟的 框架計(jì)劃 (EU Pramework Programme)將 4G 技術(shù)作為了重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。在家鄉(xiāng)以外的地方，移動(dòng)設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，通常在 IPv6 報(bào)頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。移動(dòng) IPv6（ MIPv6）在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。這些優(yōu)點(diǎn)來自于 IPv6 報(bào)頭中新增加的字段 流標(biāo)志 。有狀態(tài)配置機(jī)制，如 DHCP(動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議 )，需要一個(gè)額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護(hù)。 IPv6 還有另一個(gè)基本特性就是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式。 IPv6 技術(shù) 第四代 通信系統(tǒng)選擇了采用基 于ＩＰ的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此 IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。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)。在一個(gè)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(dú)立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為 mn。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機(jī)端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個(gè)獨(dú)立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。比如，偏遠(yuǎn)地區(qū)的宏小區(qū)環(huán)境可能需要若干個(gè)波長間隔才能獲得天線解相關(guān)，而豐 富散射的室內(nèi)環(huán)境可能只需半個(gè)波長間距。比如，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(kuò)展較小，要求天線單元間距較大 。因此，實(shí)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(jì)。實(shí)驗(yàn)室的研究證明 ,采用 M IMO 技術(shù)在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率可以達(dá)到 20~ 40 b it / s/H z, 而使用傳統(tǒng)無線通信技術(shù)在移動(dòng)蜂窩中的頻譜效率僅為 1~ 5 b it / s /H z, 在點(diǎn)到點(diǎn)的固定微波系統(tǒng)中也只有 10~ 12 b it / s/H z。如何充分開發(fā)利用有限的頻譜資源，提高頻譜利用率，是當(dāng)前通信界研究的熱點(diǎn)課題之一。該技術(shù)最早是由 Marconi 于 1908 年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。 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(gè)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(gè)天線傳送和接收，從而改善每個(gè)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 。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需要。即整個(gè)無線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。導(dǎo)頻信號之間的間隔取決于相干時(shí)間和相干帶寬，在時(shí)域上，導(dǎo)頻間隔應(yīng)小于相干時(shí)間。 在系統(tǒng)使用相干檢測時(shí)，信道估計(jì)是必須的。 （ 3） 信道編碼和交織 為了對抗無線衰落信道中的隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，通常采用信道編碼和交織技術(shù)。移動(dòng)無線信道存在時(shí)變性，在傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)無線信號的頻率偏移，這會(huì)使 OFDM 系統(tǒng)子載波間的正交性遭到破壞，使子信道間的信號相互干擾，因此頻率同步是 OFDM 系統(tǒng)的一個(gè)重要問題。這樣，為了不失真地傳輸這些高峰均值比的 OFDM 信號，對發(fā)送端和接收端的功率放大器和 A/D 變換器的線性度要求較高，且發(fā)送效率較低。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。當(dāng)信道條件差的時(shí)候，采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。 每個(gè)子載波的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相干帶寬，符號間干擾 ISI 很小。由于 OFDM 系統(tǒng)各個(gè)子載波間相互正交， OFDM 系統(tǒng)另外一個(gè)缺點(diǎn)是對系統(tǒng)頻偏比較敏感。M 個(gè)并行的子數(shù)據(jù)信元編碼交織后進(jìn)行 IFFT 變換，將頻域信號轉(zhuǎn)換到時(shí)域， IFFT塊的輸出是 N 個(gè)時(shí)域的樣 點(diǎn)，再將長為 Lp 的 CP(循環(huán)前綴 )加到 N 個(gè)樣點(diǎn)前，形成循環(huán)擴(kuò)展的 OFDM 信元，因此，實(shí)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。 其主要思想是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個(gè)自信道是相對平坦的，并且在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。 第四代移動(dòng)通信 的關(guān)鍵技術(shù) OFDM 技術(shù) （一） OFDM 的基本原理 正交頻分復(fù)用（ OFDM）技術(shù)在 20 世紀(jì) 50 年代就已經(jīng)提出來了，在當(dāng)時(shí)由于實(shí)現(xiàn)等原因，未能引起人們廣泛的重視。因此 ，建立一個(gè)統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)協(xié)議，是 4G 移動(dòng)通信軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵。 XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動(dòng)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(dòng)重構(gòu)技術(shù)，動(dòng)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。目前， 4G 移動(dòng)通信的主要接入技術(shù)有：無線蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) (例如 2G、 3G)、無繩系統(tǒng) (如 DECT)、短距離連接系統(tǒng) (如藍(lán)牙 )、 WLAN 系統(tǒng)、固定無線接入系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、平流層通信 (STS)、廣播電視接入系統(tǒng) (如 DAB、 DVBT、 CATV)。未來的全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和骨干網(wǎng)系統(tǒng)，將以結(jié)合寬帶 IP 技術(shù)和光纖網(wǎng)技術(shù)為主 。在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間的特定協(xié)議條件下，幫助業(yè)務(wù)供應(yīng)者提供高質(zhì)量、低費(fèi)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用。 4G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個(gè)無線接口，由多個(gè)業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者提供多媒體業(yè)務(wù)。物理層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層提供開放式 IP 接口。可自動(dòng)管理、動(dòng)態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。七是隨時(shí)隨地的移動(dòng)接入 。未來通信中所需的是多媒體通信，個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等將結(jié)合成一個(gè)整體。目前 ITU 承認(rèn)的、已有相當(dāng)規(guī)模的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)有 GSM(Global System for Mobile Communications，全球移動(dòng)通訊系統(tǒng) )、 CDMA(CodeDivision Multiple Access，碼分多址 )和 TDMA(Time Division Multiple Access，時(shí)分多址 )三大分支，可通過 4XXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 3 第四代移動(dòng)通信 概述 8 G 標(biāo)準(zhǔn)的制定來解決它們之間的兼容問題。二是靈活性強(qiáng)。 通俗而言， 4G 可理解為廣帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò) (基于地面衛(wèi)星系統(tǒng) )。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(dòng)通信網(wǎng)，是現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)從 3G 的進(jìn)一步演進(jìn)和提升。而移動(dòng)通信應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)，如更高頻寬的應(yīng)用、智能信號處理技術(shù)、業(yè)務(wù)功能綜合能力、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及衛(wèi)星技術(shù)等亦急速發(fā)展 。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò) (基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng) )。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)都是為未來無線通信服務(wù)的，將多媒體包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，我們可暫且將第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)稱之為多媒體移動(dòng)通信 (MultiMobile Communication)，通常也簡稱為 4G。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(dòng)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。中國 3G 的拍照正式發(fā)放，由此，中國 3G 大幕正式拉開 TDSCDMA 第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)是信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院在國家有關(guān)部門的支持下，根據(jù)多年的研究而提出的具有一定特色的 3G 通信標(biāo)準(zhǔn)，是中國百年通信史上第一個(gè)具有完全自主產(chǎn)權(quán)的國際通信標(biāo)準(zhǔn)，在我國通 信發(fā)展史上具有里程碑的意義并將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，是整個(gè)中國通信業(yè)的重大突破。 三 代移動(dòng)通信 手持機(jī)的迅速普及驅(qū)動(dòng)通信向個(gè)人化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)以翻番的速度膨脹又帶來了移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的發(fā)展機(jī)遇。 1998 年，模擬用戶數(shù)量開始下降，2021 年 7 月，關(guān)閉模擬網(wǎng)。尋呼系統(tǒng)應(yīng)用大約十幾年時(shí)間，到 2021 年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國尋呼用戶已超過 5000 萬。該標(biāo)準(zhǔn)是由中國獨(dú)自制定的 3G 標(biāo)準(zhǔn)，由于中國的龐大市場，該標(biāo)準(zhǔn)受到各大主要電信設(shè)備商的重視，全球一半以上的設(shè)備廠商宣布支持 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)。 ITU 在 2021 年 5 月確定了 WCDMA(UMTS)、 CDMA2021 和 TDSCDMA 三大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入 3G 技術(shù)指導(dǎo)性文件《 2021 年國際移動(dòng)通信計(jì)劃》（簡稱 IMT— 2021）。本次會(huì)議通過了第三次移動(dòng)通信系統(tǒng)（ IMT2021 Radio interface Specification）；為今后全球第三代移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向。隨著信息社會(huì)的發(fā)展，移動(dòng) 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(dòng)通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)和局限也開XXXXXXXXX 學(xué)院畢業(yè)論文 2 移動(dòng)通信發(fā)展史 4 始暴露出來。 第二代 移動(dòng)通信在發(fā)展的過程中沒有形成全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。 1987 年， GSM 就泛歐數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的 GSM 協(xié)議達(dá)成一致意見。 第二代數(shù)字 移動(dòng)通信系統(tǒng) 推動(dòng)第二代移動(dòng)通信發(fā)展的主要?jiǎng)恿碓从跉W洲，歐洲國家比較小，要解決標(biāo)準(zhǔn)和制式的統(tǒng)一才可能解決跨國家漫游。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(gè)國家有一個(gè)自己的標(biāo)準(zhǔn)和體制，無法解決跨國家的漫游問題。AMPS 系統(tǒng)在北美商業(yè)上獲得的巨大成功，有力的促進(jìn)了蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的研究和發(fā)展。 于是，美國為了滿足用戶增長的需求，提出了建立在小區(qū) 制上的第一個(gè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) —— 先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng) (AMPS， Advanced Mobile Phone Service）。無線通信已經(jīng)走過了 100 多年的歷史。 本章主要介紹對于第四代移動(dòng)通信的發(fā)展思考，和對未來的美好展望。 本 章主要介紹了第四代移動(dòng)通信 的產(chǎn)生背景、第四代移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)，以及第四代移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)；和第四代移動(dòng)通信所用的關(guān)鍵技術(shù) 。 對移動(dòng)通信的概念和移動(dòng)通信的終極目標(biāo)進(jìn)行了介紹。進(jìn)入 21 世紀(jì)， 移動(dòng)通信已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)