4G移動通信的核心技術

時間：2022-09-30 12:56:28 通信工程畢業論文我要投稿

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4G移動通信的核心技術

　　摘要：隨著同Internet的結合以及IP化無線通信系統的發展，4G技術成為高容量以及高傳輸速率的移動通信技術，能夠滿足用戶的個性化需求，同時有著成本小以及安全性高的優點，可以同時滿足多種業務傳輸。本文簡要介紹4G通信技術的特點，并著重分析4G移動通信的核心技術。

　　關鍵詞：4G移動通信 MIMO OFDM 特點

　　經濟技術的飛速發展帶動通信市場的增長，為更好適應市場需求，同時滿足用戶的個性化需求而提供多媒體服務，第四代移動通信(4G)技術應運而生。

　　一、4G通信技術的特點

　　4G系統的最高能夠達到100M/s，同時可以做到全球無縫的漫游。隨著移動通信業務逐漸從語音通話轉向數據、圖像以及視頻等多媒體業務，對傳輸速率要求日益提高，從而對移動通信系統性能也提出更高要求。帶寬是移動通信的稀缺資源，所以要使用先進技術有效利用頻率資源，從而滿足大容量高速率業務的需要。4G移動通信系統能夠保證用戶在任何地點以及任何時間通過任何方式接入網絡當中，能夠自由選擇應用、業務以及網絡，有著以下幾個方面的特點。

　　第一，高數據傳輸速率。對大范圍出于高速移動中的用戶(250km/h)來說，4G通信技術的數據傳輸速率為2Mbi/s;對于中速移動的用戶(60km/h)來說，數據傳輸速率能夠達到20Mbi/s;低速移動中的用戶在數據速率方面能夠達到100Mbi/s。

　　第二，真正實現無縫漫游。4G通信技術全球統一標準，確保各類媒體以及通信主機在網絡間能夠實現無縫連接，一部手機可以在全球任何地點通信。

　　第三，高度智能化。4G通信使用智能技術，是高度自治以及自適應網，通過智能信號處理對信道條件各不相同的復雜環境相結合實現正常發送接收，有適應性、智能性以及靈活性特點。第四，覆蓋性良好能。4G通信技術有著優異的覆蓋性能同時可以實現高速可變速率的傳輸。第五，基于lP網絡。4G通信技術采用IPv6，可以在IP網絡上進行性話音以及多媒體業務。同時能夠實現動態帶寬分配并且調節發射功率進而提供不同業務。

　　二、4G移動通信的核心技術

　　4G移動通信的核心技術主要包括MIMO技術、OFDM技術、SDR技術以及切換技術等，在此進行簡要介紹。

　　第一，多輸入多輸出(MIMO)技術。MIMO技術利用多天線抑制信道的衰落，通過在發送端以及接收端利用多個天線來同時發送并接收信號，如果發送以及接收天線間信道沖激響應各自獨立，就會構成并行空間信道。MIMO技術可以在不增加帶寬的前提下成倍提高通信系統容量，因而是無線通信技術的突破。

　　傳輸信息流S(k)經過編碼形成N個子流Ci(k)，i=1，2，…，N，子流經過N個天線發射，經由空間信道之后由M個天線接收。多天線接收機通過空時解碼處理分開解碼數據子流。不過需要指出的是，N個子流發送到信道時信號占用同個頻帶，所以并沒有增加帶寬。如果發射以及接收天線通道獨立響應，那么多入多出系統就能夠提供多個并行信道，通過信道獨立傳輸信息，從而提高數據傳輸率。系統容量通信系統的標志，表示通信系統提供的最大傳輸率，如果信道獨立利用衰落信道，那么發送天線以及接收天線分別為是N和M時，信道容量C=min(N，M)Blog2(ρ/2)。B是帶寬，ρ是接收端平均信噪比[14。在功率以及帶寬一定的時候，MIMO最大容量是隨著天線數增加而增加的，在提高通信系統容量領域有著極大潛力，頻譜利用率也可以成倍提高。

　　第二，正交頻分復用(OFDM)技術。該技術最初用于軍事通信，結構復雜而限制推廣應用。OFDM的原理是將高速率數據流分成若干子載波上上的低速率數據流，在并行子載波當中使用低數據率來提高信號持續的時間，同時頻率選擇多徑衰落信道而降低了多徑衰落影響。因為相繼OFDM信號之間能耐插入足夠長的間距，所以能夠避免信號間的干擾。OFDM 技術優點是顯而易見的。首先是頻譜的利用率高，因為OFDM技術的頻譜效率要高出串行系統一倍，這對頻譜資源非常有限的移動通信環境非常重要。OFDM信號相鄰子載波理論上來說頻譜利用率能夠接近Nyquist的極限[5]，過去使用頻分多路技術將頻帶分為不相交子頻導致傳輸并行數據在接收端使用濾波器分離子信道，所以子信道要預留保護頻帶，導致頻譜的利用率比較低，OFDM系統子載波存在正交性所以允許子信道頻譜重疊，能夠提高頻譜資源的利用率其次是OFDM的抗多徑干擾以及選擇性衰落性能突出。因為OFDM技術將數據分散到子載波上面，從而降低子載波符號速率，也就減弱了多徑傳播帶來的影響。如果家用循環前綴來保護間隔，能夠徹底消除符號之間的干擾。再次是OFDM使用動態子載波的分配技術，可以保證通信系統實現最大比特率。選取各子信道符號比特數并分配子信道功率，使得總比特率最大，并且各子載波聯合編碼有著優異的抗衰落能力。

　　第三，軟件無線電(SDR)技術。在4G通信系統中要想達到任何人在任何時間以任何形式接入的通信方式，需要保證終端可以適合各種類型接口，可以在各類網絡間實現無縫漫游，從而在不同業務間實現轉換。SDR技術是隨著微電子技術發展而興起的新技術，是通信理論作基礎以及數字信號的處理為中心。SDR技術強調使用開放性硬件作為通用平臺，同時使用可升級以及可重配置的應用軟件實現無線電功能。核心思想是構造有著標準化、開放性以及模塊化硬件平臺，將調制解調類型、加密模式、工作頻段以及通信協議等功能利用軟件完成，同時昂寬帶A/D以及D/A轉換器靠近天線，從而研制出有著靈活性以及開放性的無線通信系統。

　　第四，切換技術。切換術是終端從某個通信覆蓋區切換到另一個覆蓋區，為了保證通信業務的持續性而改變信道所需要的鏈路偵測、仲裁以及斷開等操作的技術。切換是移動通信保持用戶移動的技術，是實現無縫以及漫游的基礎。切換實現可以分為硬切換、軟切換、接力切換以及更軟切換等方式。切換發生的時機一方面包括終端在各個網絡間的接入以及不同基站間移動，另一方面也包括同一基站不同扇區以及不同頻率間遷移，同時隨著信道情況而更新鏈路。目前切換控制的機制有兩種，一是使用智能化終端檢測端口信號質量以及強度，由終端軟件判決，發起并完成切換，二是由移動臨近的基站監測鏈路信號狀態，由交換網根據監測結果進行切換。

　　本文對4G移動通信進行簡要介紹，重點闡述MIMO技術以及OFDM技術，兩種技術是代4G移動通信的核心技術，能夠增加系統容量并改進系統性能，在提高頻譜利用率的過程中有效處理抗頻率選擇性衰落，從而避免不必要干擾因素而提高4G移動通信技術的應用效果。

　　參考文獻：

　　[1]朱永賢，郭俊哲.第四代移動通信系統有關的問題探討[J].電子與通信工程，2012，10(32)：115-118.

　　[2]郭燕飛，李志敏.簡析第三代移動通信系統的不足與第四移動通信系統核心技術[J].科學與財富，2012，10(12)：256-259.

　　[3]吳麗麗，劉永強.4G移動通信系統的信道編譯碼方案的研究[J].通信與信息系統，2012，9(18)：153-156.

　　[4]王俊選，陳良民，韓澤耀.第四代移動通信的核心技術OFDM-CDMA的同步策略的研究[J].計算機技術與發展，2013，10(24)：106-109.

　　[5]何麗華，成杰豪.第四代移動通信系統及其關鍵技術的研究[J].電信科學研究，2013，10(6)：125-129.

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