第一篇：试析移动4G通信的关键技术及实践应用
试析移动4G通信的关键技术及实践应用
引言：4G移动通信技术的出现，不仅可以为广大用户带来更多的福音，而且也将会是未来移动通信领域的主导技术。文章对4G移动通信的关键技术进行分析，并探讨了当前4G技术发展的问题
一、4G移动通信技术的关键技术
一般来说，4G移动通信技术主要涉及了OFDM技术、智能天线（SA）与多入多出天线（MIMO）技术、软件无线电技术（SDR）、基于IP的核心网技术，下面就这几种关键技术展开深入的分析。
（一）OFDM
OFDM即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多载波调制的一种。OFDM技术有很多优点：可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰（ISI）能力强。
（二）智能天线（SA）与多入多出天线（MIMO）技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种：全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。
移动通信环境中的多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。而多输入多输出（M1MO）技术在通信链路两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线阵元同频、同时发送，接收方则利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性从混合信号中分离估计出原始子码流，这相当于频带资源重复利用，使频谱利用率和链路可靠性极大地提高。
（三）软件无线电技术（SDR）
软件无线电（SDR）是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器（A/D）及数模转换器（D/A）等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求，尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）、现场可编程器件（FPGA）、数字信号处理（DSP）等。
（四）基于IP的核心网技术
4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种窄中接口接人核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络（CN）协议、链路层是分离独立的。在4G通信系统中将取代IPv4协议，主要采用全分组方式IPv6技术。
二、4G移动通信技术实践应用
现今，对于4G移动通信技术的期待者愈来愈多。作为建网时间最早，建网准备最充分的中国移动运营商，已经在广深两地进行充分的布局，在TD-LTE牌照正式发放后，中国移动如猛虎出闸，极力推广4G业务，以下通过实际地点的测试我们来分析4G技术的应用。
在此通过4G手机我们在广州越秀区公元前进行测试，公园前地区作为广州市中心主要的商业区域，其4G覆盖质量如何颇受关注。这里因为是旧城区的关系，街道较多，楼宇更加密集，而且人流量多，包括商业和居住，众多室内商场考验了移动4G的网络覆盖。由于4G采用高频段的关系，利用基站进行室外的广覆盖是基本没有问题的，但是遇到室内的微覆盖，因为穿透力弱，所以需要专门的室内信号布局与优化。我们测试的地点选在了公园前五月花地下商业区域中，这里是室内区域，如果没有进行专门的4G信号覆盖，单靠室外宏基站是肯定无法进行覆盖的。从现场信号来看，说明移动在重点的商业区域的布局还是比较给力的，整体信号强度比较给力。从测速结果来看，结果也是令人满意，采用广州服务器的测速更是达到了峰值60Mbps，下行测试为14.28Mbps，上行测试为8.11Mbps，软件的下载速度为1.9 Mbps，视频缓存速度为756KB/S，实际的软件下载速度与视频缓冲速度都比较正常，相比3G还是会有质的飞跃。当然现在使用4G服务的人相对较少，基站负荷相对较小，待使用人数逐渐增多，那时候便要看移动的优化能力了。
接下来选取梅花园地铁站为测试地点，覆盖情况可以基本代表在梅花园与南方医院之间区域的4G信号状况。该区域小区楼盘众多，人口密度较高，加上拥有较多楼宇密集的地方，这对于4G网络的覆盖有一定的考验。实际的体验中，笔者走在户外路上，4G信号一直都只是在2-3格之间徘徊，极少情况有4格信号。由于4G网络采用的频段为高频段，进入到室内后，信号衰减很强烈，楼宇较为密集下，其信号强度只有1-2格左右。从测试成绩来看，即使信号强度不是特别强，但是4G网络的速度还与基站的负载等因素有关。通过进行测速，服务器普遍下行速度较高，不过反而在上行速度，服务器数据都不是特别高。实际应用中，我们利用豌豆荚下载40MB大小的游戏，平均下载速度为2.4MB/s，而优酷客户端在线观看视频做到即点即开，拖动到那里都基本做到与本地视频一样。视频缓存速度也有1.2MB/s，不过根据不同视频软件服务器的不相同，缓存的下载速度会有差异。
三、4G移动通信技术的发展前景
现今，3G移动通信技术已经趋于成熟，也已经投入到全面商用化的使用阶段。愈来愈多的手机用户运用着便捷的3G移动技术，但是仍然可以发现3G移动技术尚存在许多的不足与缺陷，阻碍了用户进一步体验高效、优质的网络需求服务。
在4G移动通信的发展路程中，依然会面临许多的问题与挑战，但同时机遇也是极大的。根据笔者所查阅的大量资料，不难预测，全球的TDLTE产业规模在2015年将可实现1512亿美元，并将可突破9100万户目标。由此可见，4G移动通信技术的不断发展与成熟，将推动4G移动通信技术逐步替代3G移动技术，而成为整个移动通信领域的主导技术，为广大用户实现更为高效、稳定、便捷的信息化网络服务。
参考文献
[1]陆军.浅析4G移动通信技术[J].电脑知识与技术，2010，5（2）.[2]梁瑞.第四代移动通信技术若干问题的比较研究[J].电脑知识与技术，2012（3）.[3]陈明怿.4G移动通信终端关键技术之若干问题探讨[J].电脑知识与技术，2011（7）.（作者单位：广东省电信工程有限公司）
第二篇：4G移动通信关键技术及特征解析
4G 移动通信关键技术及特征(转
1、我国 4G 进展程度
2001年, “国家 863计划”启动了面向后三代 /四代(B3G/4G 的 移动通信 发展研究计划—— 未来通用无线环境研究计划(简称 FuTURE 计划。其主要目标是面向未来 10年 无线通信 领 域的发展趋势与需求, 重点突破新一代移动通信系统关键技术, 逐步建立一个集大范围蜂窝 移动通信、区域性 宽带无线接入 和短程无线连接为一体的通用无线电环境, 为中国未来无线 与移动通信产业的跨越式发展创造条件。
2001年“国家 863计划”启动以来,截止到 2006年已经取得了相当多的科研成果,在国内 外申请移动通信技术发明专利 100余项;FuTURE 计划实施 5年来,累计培养了近千名移动 通信超前研发人才,显著增强了我国移动通信可持续发展能力。B3G/4G研究并不只是一个 科研项目, 更是一个推动我国未来通信产业发展的试验系统, 涉及知识产权、专利、国际合 作等问题,并且能为我国在下一代移动通信标准化上打下基础。在 B3G/4G研究上,中国与 国际同步, 而 B3G/4G外场技术演示和示范则在世界范围内处于领先地位。在 3G 技术的研究 方面,我国比国外晚了 8~10年,而 4G 技术的研究已经实现了与国际同步,这为我们拥有 一个更好的发展前景奠定了基础。
我国启动 4G 研发以来, 国内十余家大学、企业和研究所均参与其中。在 FuTURE 计划一期课 题的支持下,北京邮电大学等国内六所高校, 分别与 华为、三星 等国内外企业开展合作,经 过一年多的艰苦努力, 完成了六种无线传输链路方案的设计, 并初步研究了无线资源管理方 案和上层协议, 基本完成了基带电路核心硬件和软件的设计和 测试 , 并完成了支持分布式多 天线 接入的 射频 系统的设计;取得了一系列创新性研究成果, 申请了 30余项国家发明专利, 为进一步凝炼面向“十五”末期的超 3代总体技术方案打下了良好的基础。在此基础之上, 国家“863”FuTURE 计划于 2003年 11月启动了第二阶段研究开发计划。本课题研究开发的 总体目标是:面向超 3代移动通信在传输速率、业务支持、系统容量等方面的
应用需求,在 超 3G 移动通信系统 网络 结构、空中接口等各个方面,进一步开展深入系统的研究,重点突 破,形成完善的超 3代总体技术方案,构建具有超 3代移动通信主要技术特征的试验系统, 具备向 ITU 提交初步的新一代无线通信体制标准建议的技术基础。国家“863”项目“超 3代蜂窝移动通信无线网络实验系统研究与开发”子课题——“ TDD 系统 OFDM 上行链路设计 与实现及 TDD 技术集成”由北京邮电大学无线新技术研究所承担, 具体负责该课题的实施和 集成。该子课题于 2003年 11月启动, 2004年 7月完成了链路方案验收,至 2006年 6月完 成了上下行链路以及整个系统的联调工作, 在 2006年 6月 17日进行了正式验收。验收结果 表明该系统已达到了国际领先水平, 这标志着我国在下一代移动通信系统的研究中取得了突 破性进展。
2007年 1月 28日,在上海快速移动的测试车上,基于 IPV6的高清电视等业务的演示十分 流畅。工作人员在上海延安西路高架做了 2km 长的覆盖,车辆在真实的路况中以 50km/h的 时速行驶,获得的下行速率为 20Mbps ~90Mbps ,上行最高也可达 80Mbps。这标志着我国第 一个 4G 试验网已经正式进入第三阶段,即外场试验和预商用计划。该实验系统由三个无线 覆盖小区、六个接入站点和六个移动终端组成, 提供多小区、多用户模拟网络集成测试环境, 验证室内、开阔地、城市热点, 高架路等多种无线场景适用性,其集成测试平台提供从链路 空口质量到业务承载质量、从静止模拟信道环境到实时高速移动环境下的多种测试手段。
4G 由技术向产品转移,经过系统集成、产品开发等环节之后,才能进入产业化研发阶段, 根据预测还要经历至少 5年,也就是 2012年才能实现相关产品的商用试验。
2、4G 的定义
4G 集 3G 与 WLAN 于一体,并能够传输高质量视频图像,图像传输质量与高清晰度电视不相 上下。4G 系统能够以 100Mbps 的速度下载,比目前的拨号上网快 2000倍,上传的速度也能 达到 20Mbps ,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方 面, 4G 与固定宽带网络在价格方面不相上下,而且
计费方式更加灵活机动,用户完全可以 根据自身的需求确定所需的服务。此外, 4G 可以在 DSL 和 有线电视 调制解调器没有覆盖的 地方部署,然后再扩展到整个地区。
目前 4G 有来自 ITU 定义、WiMAX、4GMF 和通播网等几个观点,但都尚未定论。
ITU 的定义,在 2005年 10月 18日结束的 ITU-RWP8F 第 17次会议上, ITU 给了 B3G 技术一 个正式的名称 IMT-Advanced。国际 电信 联盟定义为:IMT-2000技术和 IMT-Advanced 技术拥 有一个共同的前缀“IMT”,表示移动通信;当前的 WCDMA、HSDPA 等技术统称为 IMT-2000技术;未来的新的空中接口技术叫做 IMT-Advanced 技术。IMT-Advanced 与 IMT-2000是并 列的,都是 IMT 的一个分支。从这个意义上讲, IMT-Advanced 是 3G 的新发展,而不是 4G。之所以称为 B3G ,而不是 4G ,是因为未来系统及标准必须继续依赖 3G 标准组织已发展的多 项新定标准加以延伸,如 IP 核心网、开放业务架构及 IPv6。同时,其规划又必须满足整体 系统架构能够由 3G 系统演进到未来 B3G 架构的需求。按照 ITU 对 IMT-Advanced 的定义, 当 用户处于静止或者低速移动时, IMT-Advanced 应当能够支持 1000Mbps 的数据业务速率;当 用户处于高速移动状态时, IMT-Advanced 应当能够支持 100Mbps 的数据业务速率。与 B3G 技术相比, IMT-Advanced 技术的性能要高一个数量级。与此相对应, IMT-Advanced 的商用 时间也将在 2010年以后,即在 B3G 技术商用以后。目前,虽然国际上正积极开展 IMT-Advanced 技术的预研工作,但是,对究竟采用什么样的技术才能达到预定目标方面, 各个国家都还没有一个明确的认识。在系统架构上, B3G 的终端设备将可以利用单一或少数 的无线接口、软件无线电、智能型天线, 并以最符合频宽需求或具经济可行性的方式, 选择
通信时的接口及协议。其可选择的接口包括 WLAN、2G、2.5G、3G 接口,以及 B3G 新规划的 高速无线接口。B3G 技术的发展,不仅仅包括移动通信领域的技术,也就是 3GPP 和 3GPP2国际标准组织定义的接入技术标准发展演进路线, 还包括宽带无线接入领域的新技术及广播 电视领域的技术。
WiMAX 的定义, 4G 是从 WiMAX 演进而来, 是基于 IP 的、能覆盖广大地区的移动无线 城域网 , 主要用于移动传送高速数据而不是语音。既是 WiFi 的竞争者,又是 XDSL ,技术的无线替代 技术,构成支持高速移动和实时在线的公共无线 宽带接入 网。目前 WiMAX 是宽频无线接入(BWA 中最受关注的技术。BWA 是指以无线传输方式向用户提供连接到宽带固定网络的接 入技术。韩国 运营商 是最早商用 WiMAX 的运营商之一, WiBro 是韩国提出的宽带无线接入标 准,可以看作是 802.16e 标准的子集,其下行速率 18.4Mbps ,上行速率 6.1Mbps。韩国的 KT、SK 都已经建立了 Wibro 商用网络。目前, WiMAX 向 4G 演进的工作正在有条不紊的进行 中。2006年 11月, IEEE802委员会成立了新的工作组“P802.16m”, 其瞄准的目标即是 4G。在 2008年 ITU 确定 4G 标准时, P802.16m 希望能被 IMT-Advanced 所采纳。P802.16m 的特点 是能够确保与移动 WiMAX 的兼容,除了采用与移动 WiMAX 同样的“OFDMA”接驳方式外,还 将实现 基站 的共用等功能。以 WiMAX.为代表的宽带无线接入技术和以 LTE、AIE 为代表的移 动通信技术已经非常相似, 两者之间界线变得模糊。出现这样的局面, 究其原因是不同的产 业领域从不同方向向同一市场渗透的结果。
4GMF 的定义, 4G 技术的重点是 融合 无线接入技术、移动技术和宽带技术于一体。4G 的主要 特征将是开放的无线结构, 而不是高速无线传输技术, 开放的无线结构实现多网合一。其应 用将不局限于电信行业,也将广泛应用于汽车通信业、民航通信业、广播电视业、国防、政 府、教育、医疗和金融系统等领域。
尽管业界的描述各有不同,但有几点是大家公认的,即 4G 将实现移动化、宽带化、IP 化。移动化将人们从地理的限制上解脱出来, 实现无时不在、无所不在的信息传递。宽带化是满 足用户对视频业务、流媒体 等业务带宽的需求。而 下一代网络 将是全 IP 网,从核心网到用 户设备均支持 IP 协议。随着向 4G 演进, 趋势将是不同的无线技术在 NGN 架构下融合、共存, 发挥各自的优势,形成多层次的无线网络环境。
3、4G 的基本特征
4G 网络结构可分为三层:物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和 路由选择功能, 中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。物理网 络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的,使发展和提供新的服务变得更容易, 提供无缝高数据率的无线服务, 并运行于多个频带, 这一服务能自适应于多个无线标准及多 模终端,跨越多个运营商和服务商,提供更大范围服务。
移动化将人们从地理的限制上解脱出来, 实现无时不在、无所不在的信息传递。不仅是无线, 距离还得够远,以基地台为圆心,传输距离得在直径 10km 以上。无线已是现代通信的必要 手段,传输距离的远近,会直接影响建设的进度与成本。
2宽带化
宽带化是满足用户对视频业务、流媒体等业务带宽的需求。在 2G 和 3G 网络解决了语音应用 和一部分数据应用之后, 视频应用将是 4G 网络上的最主要内容。3G 向视频迈出了重要一步, 但是较 2G 的提升有限, 并未从根本上改变无线结构。比如 3G 的带宽问题, 多用户同时使用 就会出现拥堵。而 4G 的带宽是 3G 的 10倍, 频谱利用率 大约也是 10倍,这样吞吐量就是 100倍。IP 化
下一代网络将是全 IP 网, 从核心网到用户设备均支持 IP 协议。未来的通信世界, 应该一切 以 IP 为基础,形成网络化的移动世界。每一个网络使用者,只要具有专属的 IP 号码,可以 在任何时间、任何地点,透过 4G 网络来通信,至于是语音、数据,还是视频,不再是运营 商该管的事了。
4融合化
随着 4G 的演进,不同的无线技术在下一代网络(NGN 架构下将实现融合、共存,发挥各自 的优势,形成多层次的无线网络环境。4G 应该是 NGN 的一部分, 4G 必须适应 三网融合 的发 展需求,既要实现“无所不在,无所不能”,又要满足个性化服务的
需求。因此,多体制、多技术仍将共存, 必须统一的将是共同的承载网络—— 互联网。三网都将失去其独立组网特 征,而沦为 NGN 的 接入网。
4G 移动通信系统支持更丰富的移动业务,包括高清晰度图像业务、会议电视、虚拟现实业 务等, 用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务。将个人通信、信息系统、广播和娱 乐等行业结合成一个整体,更加安全、方便地向用户提供更广泛的服务与应用。
5灵活性
4G 移动通信系统采用智能技术使其能自适应地进行资源分配,能对通信过程中不断变化的 业务流大小进行相应处理而满足通信要求, 采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复 杂环境进行信号的正常发送与接收,有很强的智能性、适应性和灵活性。
4G 移动通信系统是实现全球统一的标准, 让所有移动通信运营商的用户享受共同的 4G 服务, 真正实现一部 手机 在全球的任何地点都能进行通信。
7层叠系统
为了实现 1Gbps 的峰值速率, 4G 系统需要宽达 100MHz 的系统带宽,但在 3GHz 以下频段分 配 100MHz 连续频谱几乎是不可能的,而在高频段又很难实现无缝全域覆盖和高速移动(运 营商要求基于现有站址部署 4G 系统,因此广泛使用中继和分布式天线技术有一定困难, 因此需要同时使用部分 3GHz 以下频谱。也就是说, 4G 系统将是一个层叠系统,需要同时使 用上述两段离散的频谱,这形成了 4G 系统的一个重要特征。
4、4G 的关键技术
4G 移动通信系统将应用一批先进的技术, 包括正交频分复用(OFDM、多输入多输出(MIMO 技术、智能天线、空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线
电技术、高效的调制解调技 术、高性能的收发信机、多用户检测技术和分布式网络架构等,提供全新的空中接口, 并为 终端用户带来更多的使用体验。OFDM 未来无线 多媒体 业务既要保证数据传输速率高, 又要保证传输质量, 这就要求所采用的调制 解调技术既要有较高的信元速率, 又要有较长的码元周期, OFDM 技术正满足这一需求。OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的, OFDM 技术 的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道, 在每个子信道上使用一个子载波 进行调制, 各子载波并行传输, 这样尽管总的信道是非平坦的, 但每个子信道是相对平坦的。且在各子信道上进行的是窄带传输, 信号带宽小于信道带宽, 大大消除了信号波形间的干扰。OFDM 技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰,从而降低各子载波间的相互干 扰,提高频谱利用率。
2软件无线电技术
在 4G 众多关键技术之中, 软件无线电技术是通向未来 4G 的桥梁。由于各种技术的交迭有利 于减少开发的风险,所以未来的 4G 技术需要适应不同种类的产品的要求。而软件无线电技 术则是适应产品多样性的基础,它不仅能减少开发风险,还更易于开发系列型产品。此外, 它还减少了硅芯片的容量, 从而削减了运算器件的价格, 其开放的结构也会允许多方运营的 介入;同时, 由于数码信号处理器(DSP 的使用, 也弥补了廉价射频(RF 所造成的不足。
在实际应用中，RF 部分是昂贵而缺乏灵活性的，宽带的 RF 是非线性的，而通过使用软件无 线电技术可弥补其在灵活性上的不足。3）智能天线技术 智能天线技术也是 4G 中的关键，它与软件无线电技术同样紧密相连。它是在软件无线电基 础上提出的天线设计新概念，是数字多波束形成（DBF）技术与软件无线电完美结合的产物。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，被认为是未来移动通信的关 键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能 改善信号质量又能增加传输容量。其基本
原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信 机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器对各天线链路上接收到的信号按 一定算法进行合并，实现上行波束赋形。目前，智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。全自适应 智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据计算量大、信 道模型简单、收敛速度较慢、在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点。实际信道条件下，当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。在基于预 多波束的切换波束工作方式下，全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的 波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠，接收时的主要任务是挑选一 个作为工作模式，与自适应方式相比它显然更容易实现，是未来智能天线技术发展的方向。4）MIMO MIMO 系统，该技术最早是由 Marconi 于 1908 年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根 据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出（SISO）系统，MIMO 还可以包括单输入 多输出（SIMO）系统和多输入单输出（MISO）系统。MIMO 系统在一定程度上可以利用传播中的多径分量，也就是说 MIMO 可以抗多径衰落，但是 对于频率选择性深衰落，MIMO 系统依然是无能为力。目前解决 MIMO 系统中的频率选择性衰 落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用 OFDM。大多数研究人员认为 OFDM 技术是 4G 的核心技术，但 4G 需要极高的频谱利用率，而 OFDM 提高频谱利用率的作用毕竟是有限的。在 OFDM 的基础上合理开发空间资源，也就是
MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外，OFDM 由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时 延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）可以用于宽带 OFDM 系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效 应，来实现完全覆盖。5）先进的信道编码技术
4G 移动通信系统采用 Turbo 码与基于低密度校验（LDPC）码相结合的信道编码技术，同时 与自动重发请求（ARQ）技术和分集接收技术相结合，从而在低 Eb/No 条件下保证系统足够 的性能。6）基于 IP 的核心网 B3G-TDD 移动通信系统的核心网是一个基于全 IP 的网络，同已有的移动网络相比具有根本 性的优点，即可实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，可以 提供端到端的 IP 业务，能与已有核心网和公共交换电话网（PSTN）兼容。其具有开放的结 构，允许多种空中接口接入核心网；同时能将业务、控制和传输分开。IP 与多种无线接入 协议相兼容，因此在核心网的设计上具有很大的灵活性。7）高性能的接收机 4G 移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon 定理给出了在带宽为 BW 的信道中实 现容量为 C 的可靠传输所需要的最小信噪比（SNR）。按照 Shannon 定理，可以计算出，对 于 3G 系统如果信道带宽为 5MHz，数据速率为 2Mb/s，所需的 SNR 为 1.2dB； 而对于 4G 系统，要在 5MHz 的带宽上传输 20Mb/s 的数据，则所需要的 SNR 为 12dB。可见对于 4G 系统，由于 速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。
5、国际合作与国际竞争形势 国际上 4G 的技术与标准角力早就如火如荼地展开，任何有企图的厂商、任何有实力的国家，都不愿意在这场战役中缺席。目前，日本、韩国、美国、欧盟等已经在泛 4G 技术的研究上 取得了领先，这些国家无不是采用《政府+运营商+制造企业》的模式来推动泛 4G 技术的研 究，许多企业已经在泛 4G 技术领域有了长达十年左右的技术储备。目前，欧洲和美国一些 大学和机构都已大力投入对 4G 的研究，并结成了一些联盟。新一代无线通信技术在美国及日本等发达国家已经进入密集的研发和市场化阶段。据美国电 气电子工程学会（IEEE）最新公布的 802.16 无线宽带技术草案文本，该机构目前正在研究 一项无线传输新标准 802.16m 兼容 WiMAX 和 4G。802.16m 标准在快速移动状态下的传输速率 可达 100Mbit/s。新标准之所以能达到以上速率，主要归功于 MIMO 技术，802.11g 和 802.11n 标准路由器及接入节点目前已广泛采用 MIMO 技术。54Mb/s 的路由器在采用了 MIMO 技术之 后，理论传输速率可达 108Mb/s。据称，新标准至少还需一到两年才能出台。2006 年 3 月，中国、韩国和日本曾就进一步联合研发 4G 移动通信标准一事达成共识。中国 信息产业部与他国的 4G 合作研发始于 2003 年，当时与日本 NTTDoCoMo 签订了合作意向书，共同探讨和研发 4G 技术；2004 年 10 月，又与韩国达成协议，扩大技术合作范围，共同支
持对 4G 无线通信系统的研发。FuTURE 计划的支持下，在 一批中国研究机构作为合作伙伴参 与了欧盟第六框架 WINNER、Magnet、MOCCA 等国际上有关
未来移动通信研究项目，并与一批 跨国企业设立了一系列联合研发项目。FuTURE 计划已成为世界范围内推动新一代移动通信 技术发展的重要组成部分。目前 ITU（国际电信联盟的简称）还没确定 4G 标准。根据 ITU 的 4G 时间表：2006～2007 年完成频谱规划，2007～2008 年国际电信联盟将会征集 4G 标准，2010 年左右完成全球统一 的标准化工作，2012 年之后开始逐步商用。我国正酝酿联合一些大型电信设备商及大学研 究机构组建 4G 标准联盟，以便参与 2008 年开始的 ITU 全球 4G 标准征集。对 4G 最为关注的外企包括北电、三星、摩托罗拉等，分别在 3G 以及 Wimax 上拥有较多知识 产权的高通和英特尔也“争得不可开交”，希望能获得 4G 的主导权。2006 年 11 月，摩托 罗拉正式在北京成立无线宽带中国研究中心，摩托罗拉执行副总裁兼网络及企业通信事业部 总裁格雷格-布朗透露，该研究重点集中在 OFDM、MIMO 等涉及 4G 的基础技术方向。4G 最终 采用哪种版本对任何一个企业来说都很重要，中国采取哪种战略则涉及到外企能在未来的中 国市场获得多大的市场份额。来源：中国联通网站 [此贴子已经被作者于 2008-4-25 9:41:58 编辑过]
第三篇：4G移动通信系统的主要特点和关键技术
4G移动通信系统的主要特点和关键技术
1、引言
随着人们对移动通信系统的各种需求与日俱增，目前投入商用的2G、2.5G系统和部分投入商用的3G系统已经不能满足现代移动通信系统日益增长的高速多媒体数据业务，许多国家已经投入到对4G移动通信系统的研究和开发中。本文将概要介绍4G移动通信系统的主要技术特点，并讨论4G系统中可能采用的有关关键技术。2、4G移动通信系统的主要特点
与3G相比，4G移动通信系统的技术有许多超越之处，其特点主要有：
(1)高速率。对于大范围高速移动用户(250km/h)，数据速率为2Mb/s；对于中速移动用户(60km/h)，数据速率为20Mb/s；对于低速移动用户(室内或步行者)，数据速率为100Mb/s。(2)以数字宽带技术为主。在4G移动通信系统中，信号以毫米波为主要传输波段，蜂窝小区也会相应小很多，很大程度上提高用户容量，但同时也会引起系列技术上的难题。
(3)良好的兼容性。4G移动通信系统实现全球统一的标准，让所有移动通信运营商的用户享受共同的4G服务，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。
(4)较强的灵活性。4G移动通信系统采用智能技术使其能自适应地进行资源分配，能对通信过程中不断变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求，采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。(5)多类型用户共存。4G移动通信系统能根据动态的网络和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速的用户以及各种各样的用户设备能够共存与互通，从而满足系统多类型用户的需求。
(6)多种业务的融合。4G移动通信系统支持更丰富的移动业务，包括高清晰度图像业务、会议电视、虚拟现实业务等，使用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务。将个人通信、信息系统、广播和娱乐等行业结合成一个整体，更加安全、方便地向用户提供更广泛的服务与应用。
(7)先进的技术应用。4G移动通信系统以几项突破性技术为基础，如：OFDM多址接入方式、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电技术、高效的调制解调技术、高性能的收发信机和多用户检测技术等。
(8)高度自组织、自适应的网络。4G移动通信系统是一个完全自治、自适应的网络，拥有对结构的自我管理能力，以满足用户在业务和容量方面不断变化的需求。3、4G移动通信系统的关键技术
为了适应移动通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，具体实现4G系统较3G的优越之处，4G移动通信系统将主要采用以下关键技术：(1)接入方式和多址方案
OFDM(正交频分复用)是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高。(2)调制与编码技术
4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够的性能。(3)高性能的接收机
4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon定理给出了在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需的SNR为l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。(4)智能天线技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。(5)MIMO技术
MIMO(多输入多输出)技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。例如：当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42bps/Hz，这是单天线系统所能达到容量的40多倍。因此，在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏的今天，MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。(6)软件无线电技术
软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。(7)基于IP的核心网
4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。
(8)多用户检测技术
多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
4、总结
4G移动通信系统目前还只是一个基本概念，处于实验室研究开发阶段。不少业内人士认为，尽管4G移动通信技术有着比3G更强的优越性，可要是把4G投入到实际应用，还需要对现有的移动通信基础设施进行更新改造，这将会引发一系列的资金、观念等问题，从而在一定程度上减缓4G正式进入市场的速度。但可以肯定的是，随着互联网高速发展，4G也会继续高速发展，4G将会是多功能集成的宽带移动通信系统，是满足未来市场需求的新一代的移动通信系统。
第四篇：移动通信
五、简答题：
1、简述蜂窝移动通信系统中，用来提高频谱利用率的技术(最少两种)答:同频复用和多信道共用、小区制；
2、简述蜂窝移动通信系统中，用来提高抗干扰的几种技术(最少四种)
3、答：分集、功率控制、跳频、DTX
3、简述GSM网络中采用的DTX技术是如何实现的
答：在语音间隙期间，发送SDI帧后关闭发射机，收端根据SDI自动合成舒适噪声；
4、实现跳频有哪些方式？
答：按照跳变速率分为:慢跳频和快跳频； 按照基站跳变方式分为:基带跳频和射频跳频
5、简述GSM网络中慢跳频
答：GSM中，跳频属于慢跳频，每一TDMA帧的某个时隙跳变一次，速率为217跳/秒；
6、常用的分集技术和合并技术有哪些？
答：分集技术：空间分集、频率分集、时间分集和极化分集； 合并技术: 选择式合并、最大比值合并和等增益合并；
7、简述直扩系统的两种形式；
答：(1)、发端用户数据信息首先进行地址调制，再与PN码相乘进行扩频调制；(2)、发端用户数据直接与对应的PN码相乘，进行地址调制的同时又进行扩频调制。前者需要多个地址码，一个PN码，后者需要多个正交性良好的PN码。
8、简述CDMA系统中的更软切换实现过程；
答：更软切换是发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间，它是由基站完成的，并不通知MSC。
9、简述GSM中，主频C0的时隙(信道)如何映射的？
答：TS0和TS1映射的是BCH，其余6个信道映射的是TCH。
10、简述GSM的帧结构；
答：每一帧含8个时隙，时间4.62ms，包含数据156.25bit，51个26复帧或者26个51复帧组成一个超帧，2048个超帧构成一个超高帧。
11、什么是小区制？为何小区制能满足用户数不断增大的需求？ 答：小区制是将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小区设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制，同时又在MSC的同一控制下，实现小区间移动通信的转接及其与PSTN网的联系。采用小区制，可以很方便的利用同频复用，所以可以满足不断增加的用户需求。
12、正六边形无线区群应满足什么样的条件？
答：无线区群数N=a*a+a*b+b*b（a，b分别为自然数且不同时为0)另外：
1、若干单位无线区群能彼此邻接；
2、相邻单位无线区群中的同频小区中心间隔距离相等。
13、什么是多信道共用？有何优点？
答：是指网内大量用户共同享有若干无线信道；
14、话务量是如何定义的？什么是呼损率？
答：话务量指在一个单位时间(1小时)呼叫次数与每次呼叫平均时间的乘积；一个通信系统里，造成呼叫失败的概率称为呼损率。
15、如何提高频率利用率？
答:可采取同频复用、多信道共用、小区制式；
16、什么叫位置登记？为什么必须进行位置登记？
答：当移动台进入一个新的位置区LA时，由于位置信息的重要性，因此位置的变化一定要通知网络，这就是位置登记；进行位置登记，是为了避免网络发生一起呼叫现象。23．什么是软容量？N-CDMA 系统软容量的意义何在？(b)TD M A 答：在模拟频分FDMA 系统和数字时分TDMA 系统中同时可接入的用户数是固定的，当没有空闲信道时，无法多接入任何一个其它的用户，而DS-CDMA 系统中，多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象。这就是N-CDMA 系统的软容量。软容量对于解决通信高峰期时的通信阻塞问题和提高移动用户越区切换的成功率无疑是非常有意的。
17、什么是切换？切换实现过程可以分为哪几类？
答: 移动台在通信过程中，由一个小区进入相邻小区，为了保持不间断通信所进行的控制技术叫做切换；切换分为:同一个MSC下不同BSC的切换；同一MSC下同一BSC的切换；不同MSC之间的切换。
18、不同MSC下的切换是如何进行的？
答: 不同MSC，MS要通过原BSC通知原MSC，请求切换，原MSC负责建立与新MSC建立链路，再发送切换命令，MS建立链路后，拆除原链路。
19、什么是跳频？为什么要进行跳频？
答：通信过程中，载频在几个频点上按照一定的序列变化，称为跳频； 跳频可以改善由多径衰落引起的误码特性。
20、什么是语音间断传输？有何优点？
答：发送端在语音间隙，也就是无声期间，发送SDI寂静描述帧后关闭发射及，接收端在这一期间根据接收到的SDI自动合成舒适噪声；利用DTX技术，可以降低干扰，可以节省移动台耗电；
21、分集的含义是什么？
答：分集有2个含义：分散传输:使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的数据流地衰落信号；二是集中合并处理，接收机把受到的多个独立衰落信号进行合并，以降低衰落的影响；
22、常用的分集技术和合并技术有哪些？
答：分集技术: 空间分集、时间分集、频率分集和极化分集； 合并技术: 选择式合并、最佳比值合并和等增益合并；
23、什么是扩频？扩频系统是如何提高抗干扰能力的？
答：系统占用的频带宽度远远大于要传输的原始信号的带宽，通常100倍以上增益比的系统叫做扩频系统。
24、简述CDMA系统的三大原理和三大必备条件？
答：CDMA系统，三大技术是：码分多址、扩频和同步。
26、计算第121号频道上下行工作频率。
答：f(上行)=890.2+(121-1)*0.2=914.2MHz； f(下行)=f1+45=959.2MHz 27、4*3复用方式的含义是什么？
答：指的是4个正六边形构成一个无线区群，每个基站区用三个120度扇区
28、什么叫做突发脉冲序列？
答: GSM网络中，每一帧中一个时隙中的信息格式就称为一个突发脉冲序列。
29、GSM中有哪些突发脉冲序列？分别在什么信道中使用？
答：GSM有普通突发脉冲序列NB，频率校正突发脉冲序列FB，同步突发脉冲序列SB，接入突发脉冲序列AB，空闲突发脉冲序列。
31、什么是PIN码？什么是PUK码？
答：PIN是SIM卡的个人身份识别码，PUK是对应的解码。
32、什么是GPRS?有哪些特点？ 答：GPRS指通用无线分组业务，采用了分组交换技术，能高效的传输数据，优化了网络资源利用。它定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活；支持中高速率数据传输，最高理论达115kbps；接入网络速度快；与GSM具有一样的安全功能；实现按数据流量的计费功能；永远在线的功能。
33、简述3G的三大标准，及其发展基础。
答：W-CDMA：GSM TD-SCDMA：GSM CDMA2000：IS-95CDMA
35、指出几个移动设备供应商，及其所属地区(国家)。
答：华为、中兴：中国；阿尔卡特：法国；北电：加拿大； 爱立信：瑞典；三星：韩国
37、什么是软切换？N-CDMA系统软切换有什么优越性？
答：发生在使用同频的相邻小区间且在同一MSC下的切换称为软切换；
38、扩频通信有哪些优点？
答：抗干扰能力好；保密性好；可以实现码分多址、抗多径衰落。
39、为什么CDMA系统容量称为“软容量”？
答:CDMA系统中众多用户共享一个载频，互相用码型区分，当系统容量满载时，另外完全可以增加少数用户，只会引起语音质量
轻微下降，增加用户，意味着增加背景干扰，信噪比略降，而不会出现信道阻塞现象； 40、移动通信的切换由哪三个步骤来完成？
答：
1、MS发送测试报告；
2、网络对测试报告做出分析后，发送切换指令；
3、MS与新小区建立链路。
41、分集技术的作用是什么？它可以分成哪几类？
答：分集技术，可以改善多径衰落引起的误码，可分为空间分集、频率分集、时间分集、极化分集等。
42、说明GSM系统中MSC的作用。
答:MSC是网络的核心，完成系统的电话交换功能；负责建立呼叫，路由选 择，控制和终止呼叫；负责管理交换区内部的切换和补充业务；负责计费和账单 功能；协调与固定电话公共交换电话网间的业务，完成公共信道信令及网络的接 口。
44、GSM提供的控制信道有哪几种？它们的作用是什么？ 答：
1、广播控制信道，分为：
FCCH：频率校正信道，传送校正MS频率的信息； SCH：传送MS的帧同步、BTS的识别码BSIC； BCCH：传播每个BTS小区特定的通用信息；
2、公共控制信道CCCH：基站与移动台间点到点的双向信道；
3、专用控制信道DCCH
45、什么是CDMA的双模式？
答：指移动台既可以工作在CDMA系统，也可以工作在AMPS系统；
46、什么是GSM双频手机？ 答：是指MS能在GSM900和GSM1800之间切换；
47、简述三方切换。答：若移动台处于三个基站交界区，将会发生三方切换，只要另两个中有一方的容量有余，都优先进行软切换。
48、GSM网络由几部分组成。
答：有网络子系统NSS、基站子系统BSS,操作子系统OSS、移动台子系统MSS。
49、简述AUC的功能。
答：用户鉴权，对无线接口上的语音、数据和信号进行保密等，这些工作都是由AUC来完成的。
50、简述射频跳频。
答：射频跳频又称为频率合成器，是采用改变频率合成器的输出频率，从而使得无线收发信机的工作频率由一个频率跳到另一个频率的。
第五篇：移动通信
1、什么叫移动通信？
答：通信双方至少有一方处在移动情况下(或临时静止)的相互信息传输和交换。
2、移动通信的特点。
答：
1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输
2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的3、移动通信可以利用的频谱资源非常有限
4、移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效
5、移动台必须适合于在移动环境中使用
单工通信与双工通信有何区别？各自的优缺点
通讯分单工通信和双工通信，单工通信是一条线路只能用来发送或者只能用来接受，通信是单向的。半双工通讯是一条线路可以用来发送，也可以接收，通信是双向的，但不能同时进行。全双工是一条线路既可以接收信号也可发送信号，通信是双向的，并且是同时进行的。
各自的优缺点 现在手机都是双工通信，早期的对讲机是单工的，现在用的对讲机也是半双工，介于单工与双工之间。
使用的话肯定是双工方便，通信双方可以同时沟通。
单工系统的投资相对便宜，（电信现在还有一项业务叫集群通信也是半双工，可以多人对讲的系统；原来是中卫国脉的业务。这个也挺方便较便宜。）
9、数字移动通信系统有哪些优点？
答：频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，加上其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低。
10、移动通信有哪些主要技术？主要作用是什么
答：主要技术有：话音编码技术、调制技术、跳频技术、交织技术、分集技术、天线等技术。
4、常用的分集接收技术有哪几种？
答：由于衰落具有频率时间和空间的选择性,因此常用分集技术包括:
空间分集、频率分集、极化分集、场分量分集、角度分级、时间分集。
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