1、我國4G移動通信展望與探究論文正文.txt“戀”是個很強悍的字。它的上半部取自“變態”的“變”，下半部取自“變態”的“態”。 本文由shuanger912貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 目錄 1,移動通信發展的背景 2 2,4G 移動通信簡介 2 3,4G 移動通信的特點 3 4,4G 網絡結構: 4 5,4G 移動通信的接入系統 5 6,4G 移動通信系統中的關鍵技術 6 (1)正交頻分復用(OFDM )技術 6 (2)智能天線技術 7 (3)無線鏈路增強技術 8 (4)軟件無線電(S D R )技術 8 (5)多用戶檢測技術 9

2、(6)IPv6 技術 9 (7)MIMO 技術 10 7,OFDM 技術在 4G 中的應用 10 8, 4G, 3G 對比 10 8.1 3G 的局限性: 10 8.2 4G 的超越之處: 11 9, 4G 的發展趨勢 11 10,4G 移動通通信中個人通訊研究 12 10.1,個人通訊的發展 12 10.2 WPN 發展帶來的挑戰 12 10.3 可行解決方案 13 10.4,體系結構 14 10.5,結論 14 11,我國第四代移動通信的發展 14 11.1,以 3G 的戰略發展 4G 15 11.2,中國 4G 的實際進展 15 11.3,外資企業的憂慮 16 12,結束語 16 1,移

3、動通信發展的背景 移動通信是移動用戶之間,或移動用戶與固定用戶之間的通信.隨著電子技 術的發展,特別是半導體,集成電路和計算機技術的發展,移動通信得到了迅速 的發展.隨著其應用領域的擴大和對性能要求的提高,促使移動通信在技術上和 理論上向更高水平發展.20 世紀 80 年代以來,移動通信已成為現代通信網中不 可缺少并發展最快的通信方式之一. 在移動通信領域,每 10 年就發生一次革命性變化.80 年代的第一代模擬移 動通信系統和 90 年代的第二代蜂窩移動通信系統主要用于話音業務和支持電路 交換類型的業務,這兩代系統的空中接口速率只有幾百 kbit/s.將在 21 世紀初 投入使用的 3G 系

4、統 IMT-2000 在室內環境下能提供 2Mbit/s 的速率, 在車載情況 下速率至少為 144kbit/s.移動通信已成為當代通信領域發展潛力最大,市場前 景最廣的熱點技術.當今移動通信系統正向高數據率,高度移動性和大范圍覆蓋 方向發展. 回顧移動通信的發展歷程,移動通信的發展大致經歷了幾個發展階段:第一 代移動通信技術主要指蜂窩式模擬移動通信, 技術特征是蜂窩網絡結構克服了大 區制容量低,活動范圍受限的問題.第二代移動通信是蜂窩數字移動通信,使蜂 窩系統具有數字傳輸所能提供的綜合業務等種種優點. 第三代移動通信的主要特 征是除了能提供第二代移動通信系統所擁有的各種優點,克服了其缺點外,

5、還能 夠提供寬帶多媒體業務,能提供高質量的視頻寬帶多媒體綜合業務,并能實現全 球漫游. 盡管 3G 系統標準比現有無線技術更強大,但也將面臨競爭和標準不兼容等 問題.人們呼吁移動通信標準的統一,期望通過第四代移動通信標準的制定來解 決兼容問題. 國際電信聯盟(ITU)目前已開始研究制定 4G 系統標準,把移動通信系統同 其他系統(如無限局域網,WLAN)結合起來,產生 4G 技術,2010 年前使數據傳 輸速率達到 100Mbit/s.提供更有效的多種業務,實現商業無線網絡,局域網, 藍牙,廣播,電視衛星通信等的無縫銜接并相互兼容.4G 應具有更高的數據率 和頻譜利用率, 更高的安全性, 智能

6、性和靈活性, 更高的傳輸質量和服質量 (QoS) . 4G 系統應體現移動與無線接入網及 IP 網絡不斷融合的發展趨勢.因此 4G 系統 應當是一個全 IP 的網絡. 2,4G 移動通信簡介 第四代移動通信技術的概念可稱為寬帶接入和分布網絡, 具有非對稱的超過 2Mbit/s 的數據傳輸能力.它包括寬帶無線固定接入,寬帶無線局域網,移動寬 帶系統和交互式廣播網絡.第四代移動通信標準比第三代標準擁有更多的功能. 第四代移動通信可以在不同的固定, 無線平臺和跨越不同的頻帶的網絡中提供無 線服務,可以在任何地方用寬帶接入互聯網(包括衛星通信和平流層通信) ,能 夠提供定位定時,數據采集,遠程控制等綜

7、合功能.此外,第四代移動通信系統 是集成多功能的寬帶移動通信系統,是寬帶接入 IP 系統. 未來的通信網絡構想:用戶可以在任何地點,任何時間以任何方式不受限地 接入網絡中來;移動終端可以是任何類型的;用戶可以自由地選擇業務,應用和 網絡;可以實現非常先進的移動電子商務;新的技術可以非常容易地被引入到系 統和業務中來. 3,4G 移動通信的特點 目前正在開發和研制中的 4G 通信將具有以下特征: (1)通信速度快 由于人們研究 4G 通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪 問 Internet 的速率,因此 4G 通信的特征莫過于它具有更快的無線通信速度.專 家 預 估 , 第 四

8、代 移 動 通 信 系 統 的 速 度 可 達 到 10-20Mbit/s , 最 高 可 以 達 到 100Mbit/s. (2)網絡頻譜寬 要想使 4G 通信達到 100Mbit/s 的傳輸速度, 通信運營商必須在 3G 通信網絡 的基礎上對其進行大幅度的改造, 以便使 4G 網絡在通信帶寬上比 3G 網絡的帶寬 高出許多.據研究,每個 4G 信道將占有 100MHz 的頻譜,相當于 W-CDMA3G 網絡 的 20 倍. (3)多種業務的完整融合 個人通信,信息系統,廣播,娛樂等業務無縫連接為一個整體,滿足用戶的 各種需求.4G 應能集成不同模式的無線通信從無線局域網和藍牙等室內網 絡,

9、蜂窩信號,廣播電視到衛星通信,移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另 一個標準.各種業務應用,各種系統平臺間的互聯更便捷,安全,面向不同用戶 要求,更富有個性化.而且 4G 手機從外觀和式樣上看將有更驚人的突破,可以 想象的是,眼鏡,手表,化妝盒,旅游鞋都有可能成為 4G 終端. (4)智能性能高 第四代移動通信的智能性更高,4G 通信系統將是一個高度自治,自適應的 網絡. 采用智能信號處理技術對信道條件不同的各種復雜環境進行結合的正常發 送與接收,有很強的智能性,適應性和靈活性.不僅表現在 4G 通信的終端設備 的設計和操作具有智能化,更重要的是 4G 手機可以實現許多難以想象的功能. 例如,

10、4G 手機將能根據環境,時間以及其他因素來適時提醒手機的主人. (5)兼容性能平滑 要使 4G 通信盡快地被人們接受,還應該考慮到讓更多的用戶在投資最少的 情況下輕易地過渡到 4G 通信.因此,從這個角度來看,4G 通信系統應當具備全 球漫游,接口開放,能跟多種網絡互聯,終端多樣化以及能從 2G,3G 平穩過渡 等特點 (6)實現更高質量的多媒體通信 4G 通信提供的無線多媒體通信服務將包括語音,數據,影像等,大量信息 透過寬頻的信道傳送出去,為此 4G 也稱為多媒體移動通信 . (7)通信費用便宜 由于 4G 通信不僅解決了與 3G 的兼容性問題,讓更多的現有通信用戶能輕易 地升級到 4G

11、通信,而且 4G 通信引入了許多尖端通信技術,因此,相對其他技術 來說,4G 通信部署起來就容易,迅速得多.同時在建設 4G 通信網絡系統時,通 信運營商們將考慮直接在 3G 通信網絡的基礎設施之上,采用逐步引入的方法, 這樣就能夠有效地降低運營成本. (8)實現真正的無縫漫游. 4G 移動通信系統實現全球統一的標準,能使各類媒體,通信主機及網絡之間 進行無縫連接 ,真正實現一部手機在全球的任何地點都能進行通信. (9)良好的覆蓋性能. 4G 通信系統應具有良好的覆蓋并能提供高速可變速率傳輸.對于室內環境, 由于要提供高速傳輸,小區的半徑會更小. (10) 基于 IP 的網絡. 4G 通信系統

12、將會采用 IPv6,IPv6 將能在 IP 網絡上實現話音和多媒體業務. (11)實現不同 QoS 的業務. 4G 通信系統通過動態帶寬分配和調節發射功率來提供不同質量的業務. (12)靈活性強. 4G 擬采用智能技術,可自適應地進行資源分配.采用智能信號處理技術對 信道條件不同的各種復雜環境進行信號的正常收發.有很強的智能性,適應性和 靈活性. (13)兼容性好. 目前 ITU 承認的,已有相當規模的移動通信標準有 GSM,CDMA 和 TDMA 三大分 支,可通過 4G 標準的制定來解決兼容問題. (14)用戶共存性. 4G 能根據網絡的狀況和信道條件進行自適應處理,使低,高速用戶和各種用

13、 戶設備能夠并存與互通從而滿足多類型用戶的需求. (15)業務多樣性. 未來通信中所需的是多媒體通信:個人通信,信息系統,廣播和娛樂等將結 合成一個整體.4G 能提供各種標準的通信業務,滿足寬帶和綜合多種業務需求. (16)技術基礎較好. 4G 將以幾項突破性技術為基礎,如 OFDM,無線接入,軟件無線電等,能大幅 提高頻率使用效率和系統可實現性. (17)隨時隨地的移動接入. 4G 利用無線接入技術,提供話音,高速信息業務,廣播及娛樂等多媒體業務 接入方式,用戶可隨時隨地接入系統. (18)自治的網絡結構. 4G 網絡將是一個完全自治,自適應的網絡.可自動管理,動態改變自己的結 構以滿足系統

14、變化和發展的要求. 網絡結構: 4,4G 網絡結構: 4G 系統針對各種不同業務的接入系統,通過多媒體接入連接到基于 IP 的核 心網中.基于 IP 技術的網絡結構使用戶可實現在 3G,4G,WLAN 及固定網間無縫 漫游.4G 網絡結構可分為三層:物理網絡層,中間環境層,應用網絡層.物理 網絡層提供接入和路由選擇功能,中間環境層的功能有網絡服務質量映射,地址 變換和完全性管理等. 物理網絡層與中間環境層及其應用環境之間的接口是開放 的,使發展和提供新的服務變得更容易,提供無縫高數據率的無線服務,并運行 于多個頻帶,這一服務能自適應于多個無線標準及多模終端,跨越多個運營商和 服務商,提供更大范

15、圍服務. 4G 網絡結構有如下特征: (1)支持現有的系統和將來系統通用接入的基礎結構; (2)與 Internet 集成統一,移動通信網僅僅作為一個無線接入網; (3)具有開放,靈活的結構,易于擴展; (4)是一個可重構的,自組織的,自適應網絡; (5)智能化的環境,個人通信,信息系統,廣播,娛樂等業務無縫連接為 一個整體,滿足用戶的各種需求; (6)用戶在高速移動中,能夠按需接入系統,并在不同系統無縫切換,傳 送高速多媒體業務數據; (7)支持接入技術和網絡技術各自獨立發展. 5,4G 移動通信的接入系統 4G 移 動 通 信 接 入 系 統 的 顯 著 特 點 是 , 智 能 化 多 模

16、 式 終 端 (multi-modeterminal)基于公共平臺,通過各種接技術,在各種網絡系統(平 臺)之間實現無縫連接和協作.在 4G 移動通信中,各種專門的接入系統都基于 一個公共平臺,相互協作,以最優化的方式工作,來滿足不同用戶的通信需求. 當多模式終端接入系統時,網絡會自適應分配頻帶,給出最優化路由,以達到最 佳通信效果.目前,4G 移動通信的主要接入技術有:無線蜂窩移動通信系統(例 如 2G,3G) ;無繩系統(如 DECT) ;短距離連接系統(如藍牙) ;WLAN 系統;固 定無線接入系統;衛星系統;平流層通信(STS) ;廣播電視接入系統(如 DAB, DVB-T,CATV)

17、 .隨著技術發展和市場需求變化,新的接入技術將不斷出現. 不同類型的接入技術針對不同業務而設計,因此,我們根據接入技術的適用 領域,移動小區半徑和工作環境,對接入技術進行分層. 分配層:主要由平流層通信,衛星通信和廣播電視通信組成,服務范圍覆蓋 面積大. 蜂窩層:主要由 2G,3G 通信系統組成,服務范圍覆蓋面積較大. 熱點小區層:主要由 WLAN 網絡組成,服務范圍集中在校園,社區,會議中 心等,移動通信能力很有限. 個人網絡層:主要應用于家庭,辦公室等場所,服務范圍覆蓋面積很小.移 動通信能力有限,但可通過網絡接入系統連接其他網絡層. 固定網絡層:主要指雙絞線,同軸電纜,光纖組成的固定通信

18、系統. 網絡接入系統在整個移動網絡中處于十分重要的位置. 未來的接入系統將主 要在以下三個方面進行技術革新和突破:為最大限度開發利用有限的頻率資源, 在接入系統的物理層, 優化調制, 信道編碼和信號傳輸技術, 提高信號處理算法, 信號檢測和數據壓縮技術,并在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究.為提高 網絡性能,在接入系統的高層協議方面,研究網絡自我優化和自動重構技術,動 態頻譜分配和資源分配技術,網絡管理和不同接入系統間協作.提高和擴展 IP 技術在移動網絡中的應用;加強軟件無線電技術;優化無線電傳輸技術,如支持 實時和非實時業務,無縫連接和網絡安全. 6,4G 移動通信系統中的關鍵技術 4G

19、 移動系統網絡結構可分為 3 層:物理網絡層,中間環境層,應用網絡層. 物理網絡層提供接入和路由選擇功能,它們由無線和核心網的結合格式完成. 中間環境層的功能有 QoS 映射,地址變換和完全性管理等.物理網絡層與中間環 境層及其應用環境之間的接口是開放的,它使發展和提供新的應用及服務變得更 為容易,提供無縫高數據率的無線服務,并運行于多個頻帶. 第四代移動通信系統的關鍵技術包括信道傳輸;抗干擾性強的高速接入技術;調 制和信息傳輸技術;高性能,小型化和低成本的自適應陣列智能天線;大容量,低 成本的無線接口和光接口;系統管理資源;軟件無線電;網絡結構協議等. (1)正交頻分復用(OFDM )技術

20、正交頻分復用( 第四代移動通信系統主要是以 OFDM 為核心技術. OFDM 技術實際上是多載波 調制的一種.其主要思想是:將信道分成若干正交子信道,將高速數據信號轉換 成并行的低速子數據流,調制在每個子信道上進行傳輸.正交信號可以通過在接 收端采用相關技術來分開,這樣可以減少子信道之間的相互干擾.每個子信道上 的信號帶寬小于信道的相關帶寬,因此每個子信道可以看成平坦性衰落,從而可 以消除符號間干擾.而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分, 信道均衡變得相對容易. OFDM 技術之所以越來越受關注,是因為 OFDM 有很多獨特的優點: a) 頻譜利用率高,頻譜效率比串行系統高近一倍

21、.OFDM 信號的相鄰子載波相互重疊,其頻譜利用率可以接近 Nyquist 極限. b) 抗衰落能力強.OFDM 把用戶信息通過多個子載波傳輸,這樣在每個子載 波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統上的信號時間長很多倍, 從而使 OFDM 對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強. c) 適合高速數據傳輸. OFDM 自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道 情況和噪聲背景的不同使用不同的調制方式.當信道條件好的時候,應采用效率 高的調制方式;而當信道條件差的時候,則應采用抗干擾能力強的調制方式.再 有,OFDM 加載算法的采用,使得系統可以把更多的數據集中放在條件好的信道 上以高速率進行傳送.

22、因此,OFDM 技術非常適合高速數據傳輸. d) 抗碼間干擾(ISI)能力強.碼間干擾是數字通信系統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,是一種乘性干擾.造成碼間干擾的原因 有很多, 實際上, 只要傳輸信道的頻帶是有限的, 就會造成一定的碼間干擾. OFDM 由于采用了循環前綴,故對抗碼間干擾的能力很強. 未來無線多媒體業務既要求數據傳輸速率高,又要保證傳輸質量,這就要求 所采用的調制解調技術既要有較高的信元速率, 又要有較長的碼元周期, OFDM 技 術正滿足這一需求.OFDM 是一種無線環境下的高速傳輸技術.無線信道的頻率 響應曲線大多是非平坦的,OFDM 技術的主要思想

23、就是在頻域內將給定信道分成 許多正交子信道, 在每個子信道上使用一個子載波進行調制, 各子載波并行傳輸, 這樣盡管總的信道是非平坦的,但每個子信道是相對平坦的.且在各子信道上進 行的是窄帶傳輸,信號帶寬小于信道帶寬,大大消除信號波形間的干擾.OFDM 技術的最大優點是能對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾, 從而減小各子載波間的相 互干擾,提高頻譜利用率. (2)智能天線技術 智能天線采用了空時多址(SDMA)的技術,利用信號在傳輸方向上的差別, 將同頻率或同時隙,同碼道的信號進行區分,動態改變信號的覆蓋區域,將主波 束對準用戶方向,旁瓣或零陷對準干擾信號方向,并能夠自動跟蹤用戶和監測環 境變化,為每

24、個用戶提供優質的上行鏈路和下行鏈路信號從而達到抑制干擾,準 確提取有效信號的目的.這種技術具有抑制信號干擾,自動跟蹤及數字波束等功 能,被認為是未來移動通信的關鍵技術. 智能天線具有抑制信號干擾,自動跟蹤及數字波束調節等功能,被認為是未 來移動通信的關鍵技術.智能天線成形波束可在空間域內抑制交互干擾,增強特 殊范圍內想要的信號,既能改善信號質量又能增加傳輸容量.其基本原理是在無 線基站端使用天線陣和相干無線收發信機來實現射頻信號的收發,同時,通過基 帶數字信號處理器,對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并,實現上 行波束賦形. 目前, 智能天線的工作方式主要有全自適應方式和基于預多波束的

25、波束切換 方式.全自適應智能天線雖然從理論上講可以達到最優,但相對而言各種算法均 存在所需數據量,計算量大,信道模型簡單,收斂速度較慢,在某些情況下甚至 可能出現錯誤收斂等缺點,實際信道條件下,當干擾較多,多徑嚴重,特別是信 道快速時變時,很難對某一用戶進行實時跟蹤.在基于預多波束的切換波束工作 方式下,全空域被一些預先計算好的波束分割覆蓋,各組權值對應的波束有不同 的主瓣指向,相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊,接收時的主要任務是挑選一 個作為工作模式,與自適應方式相比它顯然更容易實現,是未來智能天線技術發 展的方向. 智能天線具有抑制信號干擾,自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能,能滿 足數據

26、中心,移動 IP 網絡的性能要求.智能天線成形波束能在空間域內抑制交 互干擾,增強特殊范圍內想要的信號,這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸 容量. 目前, 智能天線的工作方式主要有全自適應方式和基于預多波束的波束切換 方式.全自適應智能天線雖然從理論上講可以達到最優,但相對而言各種算法均 存在所需數據量,計算量大,信道模型簡單,收斂速度較慢,在某些情況下甚至 出現錯誤收斂等缺點,實際信道條件下,當干擾較多,多徑嚴重,特別是信道快 速時變時,很難對某一用戶進行實際跟蹤.在基于預多波束的切換波束工作方式 下,全空域被一些預先計算好的波束分割覆蓋,各組權值對應的波束有不同的主 瓣指向,相鄰波束的主

27、瓣間通常會有一些重疊,接收時的主要任務是挑選一個作 為工作模式,與自適應方式相比它顯然更容易實現,是未來智能天線技術發展的 方向. (3)無線鏈路增強技術 可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強技術有:分集技術,如通過空間分集, 時間分集(信道編碼),頻率分集和極化分集等方法來獲得最好的分集性能;多天 線技術,如采用 2 或 4 天線來實現發射分集,或采用多輸入多輸出(MIMO)技術來 實現發射和接收分集.MIMO 技術是指利用多發射,多接收天線進行空間分集的 技術,它采用的是分立式多天線,能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子 信道,從而大大提高容量.信息論已經證明,當不同的接收天線和不同的發射

28、天 線之間互不相關時,MIMO 系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能,從而 獲得巨大的容量.在功率帶寬受限的無線信道中,MIMO 技術是實現高數據速率, 提高系統容量,提高傳輸質量的空間分集技術. (4)軟件無線電(S D R )技術 軟件無線電( 在 4G 移動通信系統中,軟件將會變得非常繁雜.為此,專家們提議引入軟件 無線電技術,將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信的橋梁. 軟件無線電技術能夠將模擬信號的數字化過程盡可能地接近天線,即將 A/D 和 D/A 轉換器盡可能地靠近 RF 前端,利用 DSP 進行信道分離,調制解調和信道編 譯碼等工作.它旨在建立一個無線電通信平

29、臺,在平臺上運行各種軟件系統,以 實現多通路,多層次和多模式的無線通信.因此,應用軟件無線電技術,一個移 動終端,就可以實現在不同系統和平臺之間,暢通無阻的使用.目前比較成熟的 軟件無線電技術有參數控制軟件無線電系統 軟件無線電是將標準化,模塊化的硬件功能單元經一通用硬件平臺,利用軟 件加載方式來實現各類無線電通信系統的一種開放式結構的技術. 通過不同軟件 程序,在硬件平臺上實現在不同系統中利用單一終端漫游.其核心思想是在盡可 能靠近天線的地方使用寬帶 A/D 和 D/A 變換器, 盡可能多地用軟件來定義無線功 能.其軟件系統包括各類無線信令規則與處理軟件,信號流變換軟件,調制解調 算法軟件,

30、信道糾錯編碼軟件,信源編碼軟件等.軟件無線電技術主要涉及數字 信號處理硬件(DSPH) ,現場可編程器件(FPGA) ,數字信號處理(DSP)等. 在 4G 系統中,若要實現任何人在任何地點以任何形式接入網絡的理想 通信方式,則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口,能夠在各類 網絡環境間無縫漫游,并可以在不同類型的業務之間進行轉換.這就意味著在 4G 系統中,軟件將會變得非常復雜.為此,專家們提議引入軟件無線電技術, 軟件無線電是近幾年隨著微電子技術的進步而迅速發展起來的新技術, 它以現代 通信理論為基礎,以數字信號處理為核心,以微電子技術為支持.軟件無線電概 念一經提出, 就受到各

31、方的極大關注, 這不僅是因為軟件無線電概念新技術先進, 發展潛力大,更為重要的是它潛在的市場價值也是極具吸引力的.軟件無線電強 調以開放性最簡硬件為通用平臺,盡可能地用可升級,可重配置的不同應用軟件 來實現各種無線電功能的設計新思路.其中心思想是:構造一個具有開放性,標 準化,模塊化的通用硬件平臺,將工作頻段,調制解調類型,數據格式,加密模 式,通信協議等各種功能用軟件來完成,并使寬帶 A/D 和 D/A 轉換器盡可能靠 近天線,以研制出具有高度靈活性,開放性的新一代無線通信系統.在 4G 眾多 關鍵技術中,軟件無線電技術是通向未來 4G 的橋梁.由于各種技術的交迭有利 于減少開發風險,所以未

32、來 4G 技術需要適應不同種類的產品要求,而軟件無線 電技術則是適應產品多樣性的基礎,它不僅能減少開發風險,還更易于開發系列 型產品.此外,它還減少了硅芯片的容量,從而降低了運算器件的價格,其開放 的結構也會允許多方運營的介入. (5)多用戶檢測技術 4G 系統的終端和基站將用到多用戶檢測技術以提高系統的容量.多用戶檢 測技術的基本思想是: 把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當作 有用信號,而不是作為噪聲處理,利用多個用戶的碼元,時間,信號幅度以及相 位等信息聯合檢測單個用戶的信號,即綜合利用各種信息及信號處理手段,對接 收信號進行處理,從而達到對多用戶信號的最佳聯合檢測.它在傳統

33、的檢測技術 的基礎上,充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號進行檢測,從而具有良好的 抗干擾和抗遠近效應性能,降低了系統對功率控制精度的要求,因此可以更加有 效地利用鏈路頻譜資源,顯著提高系統容量. 現有的多用戶檢測算法在計算復雜度與處理時延問題上存在不足, 且算法中 一些參數(頻率,幅度,定時,相位等)估計有誤時, 會使得相關矩陣產生較大 偏差,導致整個系統性能急劇下降.另一方面, 當前的 MUD 算法只考慮了同小 區內的干擾,而沒有考慮相鄰小區間的同頻率用戶干擾.一般的多用戶檢測研究 都假設用戶數據是獨立等概率的,沒有考慮信道編碼的影響,現在組合信道編碼 和多用戶檢測的研究受到越來越多的重視

34、.另外,目前的研究方向還包括多速率 多用戶檢測和多用戶檢測與空時二維信號處理,多載波調制,功率控制等技術的 結合. (6)IPv6 技術 4G 通信系統選擇了采用基于 IP 的全分組方式傳送數據流,因此 IPv6 技術 將成為下一代網絡的核心協議.選擇 IPv6 協議主要基于以下幾點考慮: a) 巨大的地址空間.在一段可預見的時期內,它能夠為所有可以想像出的 網絡設備提供一個全球惟一的地址. b) 自動控制.IPv6 還有另一個基本特性就是它支持無狀態和有狀態兩種地 址自動配置方式.無狀態地址自動配置方式是獲得地址的關鍵.在這種方式下, 需要配置地址的節點使用一種鄰居發現機制來獲得一個局部連接

35、地址. 一旦得到 這個地址之后,它將用另一種即插即用的機制,在沒有任何人工干預的情況下, 獲得一個全球惟一的路由地址. c) 服務質量.服務質量(QoS)包含幾個方面的內容.從協議的角度看,IPv6 與目前的 IPv4 具有相同的 QoS,但是 IPv6 能提供不同的服務.這些優點來自于 IPv6 報頭中新增的字段流標志 .有了這個 20 位長的字段,在傳輸過程中, 中國的各節點就可以識別和分開處理任何 IP 地址流.盡管對這個流標志的準確 應用還沒有制定出有關標準,但將來它無疑將用于基于服務級別的新計費系統. d) 移動性.移動 IPv6 在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性.每個 移動設

36、備設有一個固定的家鄉地址,這個地址與設備當前接入互聯網的位置無 關.當設備在家鄉以外的地方使用時,通過一個轉交地址即可提供移動節點當前 的位置信息. 移動設備每次改變位置都要將它的轉交地址告訴給家鄉地址和它所 對應的通信節點. (7)MIMO 技術 多輸入多輸出技術(MIM0)是指在基站和移動終端都有多個天線.MIM0 技術 為系統提供空間復用增益和空間分集增益. 空間復用是在接收端和發射端使用多 副天線,充分利用空間傳播中的多徑分量,在同一頻帶上使用多個子信道發射信 號, 使容量隨天線數量的增加而線性增加. 空間分集有發射分集和接收分集兩類. 基于分集技術與信道編碼技術的空時碼可獲得高的編碼

37、增益和分集增益, 已成為 該領域的研究熱點.MIM0 技術可提供很高的頻譜利用率,且其空間分集可顯著 改善無線信道的性能,提高無線系統的容量及覆蓋范圍. 7,OFDM 技術在 4G 中的應用 若以技術層面來看,第三代移動通信系統主要是以 CDMA 為核心技術,第四 代 移 動 通 信 系 統 技 術 則 以 正 交 頻 分 復 用 ( Orthogonal Freqency Division Multiplexer,OFDM)最受矚目,特別是有不少專家學者針對 OFDM 技術在移動通 信技術上的應用,提出相關的理論基礎.例如無線區域環路(WLL) ,數字音訊廣 播(DAB)等,都將在未來采用

38、OFDM 技術,而第四代移動通信系統則計劃以 OFDM 為核心技術,提供增值服務. 在時代交替之際,舊有系統之整合與升級是產業關心的話題,目前大家談的 是 GSM 如何升級到第三代移動通信系統; 而未來則是 CDMA 如何與 OFDM 技術相結 合.可以預計,CDMA 絕對不會在第四代移動通信系統中消失,而是成為其應用 技術的一部份,或許未來也會有新的整合技術如 OFDM/CDMA 產生,前文所提到的 數字音訊廣播,其實它真正運用的技術是 OFDM/FDMA 的整合技術,同樣是利用兩 種技術的結合.因此未來以 OFDM 為核心技術的第四代移動通信系統,也將會結 合兩項技術的優點,一部份將是以

39、CDMA 的延伸技術. 4G, 對比 8, 4G, 3G 對比 8.1 的局限性 3G 的局限性: 第三代移動通信系統是能夠滿足國際電聯提出的 IMT - 2000PFPLMTS 系統標 準的新一代移動通信系統,要求具有很好的網絡兼容性,能夠實現全球范圍內多 個不同系統間的漫游,不僅要為移動用戶提供話音及低速率數據業務,而且要提 供廣泛的多媒體業務.根據 ITU 的標準,世界各大電信公司聯盟均己提出了自 己的第三代移動通信系統方案,主要有 W-CDMA,CDMA2000,TD-CDMA 以及我國提 出的擁有自主知識產權的 TD-SCDMA.但 3G 也存在以下幾方面的局限性: 不能支持較高的通

40、信速率.3G 雖然標稱能達到 2Mbit/s 的速率,但平均速 率只能達到 384 kbit/s.盡管目前 3G 增強型技術不斷發展,但其傳輸速率還有 差距. 不能提供動態范圍多速率業務.由于 3G 空中接口主流的三種體制 WCDMA, cdma2000,TD-SCDMA 所支持的核心網不具有統一的標準,難以提供具有多種 QoS 及性能的多速率業務. 不能真正實現不同頻段的不同業務環境間的無縫漫游. 由于采用不同頻段的 不同業務環境,需要移動終端配置有相應不同的軟,硬件模塊,而 3G 移動終端 目前尚不能實現多業務環境的不同配置.由于 3G 系統以上的局限性,目前,很 多公司已經開始著手 4G

41、 概念通信系統的研究. 的超越之處: 8.2 4G 的超越之處: 與今年年內即將推出的 3G 移動通信服務相比,4G 技術更為復雜,4G 技術在通 信特點方面較 3G 移動通信技術相比,有許多超越之處: (1)4G 移動通信技術的信息傳輸級數要比 3G 移動通信技術的信息傳輸級數 要高一個等級,其最大的傳輸速度將是目前i-mode服務的 10000 倍. (2)主要發展數字廣帶(Broad band)為基礎的概念?在毫米過程中,傳播 條件相對困難,蜂窩小區也會相應小很多,這會引起一系列技術上的難題. (3)靈活性要比 3G 強得多?它能自適應的資源分配,能夠處理變化的業務流? 信道條件不同的環

42、境,有很強的自組織性和靈活性. (4)4G 移動通信技術將可讓所有移動通信運營商的用戶,享受共同的 4G 服 務. (5)該技術應該能根據網絡的動態和自行變化的信道條件,使低碼與高碼的 用戶能夠共存?這些方面都要比 2G?3G 先進. (6)它能綜合固定移動廣播網絡或其他的一些規則,實現對這些功能體積分 布的控制. (7)該技術將以幾項突破性技術為基礎,例如一些光纖產品公司用來提高 Internet 主干帶寬的技術,它將對無線頻率的使用效率比第二代和第三代系統都 高得多. 我們相信,在不久的將來 4G 在業務上,功能上,頻寬上均有別于 3G,應該將 會是將所有無線服務聯合在一起,能在任何地方接

43、入互聯網,包括衛星通訊, 定位 定時,數據收集,遠程控制等綜合功能,移動無線互聯網會是無邊無際,而預計 兩年后 3G 的傳輸速度上限 2Mbps 很可能會到達飽和, 所以 4G 將會是多功能集成 的寬帶流動通訊系統,是寬帶接入 IP 的系統. 9, 4G 的發展趨勢 從 4G 的發展前景看, 0FDM 和智能天線等核心技術外還包含一些相關技術. 除 (1)交互干擾抑制和多用戶識別:待開發的交互干擾抑制和多用戶識別技 術應成為 4G 的組成部分.它們以交互干擾抑制的方式引入到基站和移動電話系 統,消除不必要的鄰近和共信道用戶的交互干擾,確保接收高質量信號.這種組 合將滿足更大用戶容量和覆蓋范圍,

44、大大減少網絡基礎設施的部署,確保服務質 量. (2)可重構性自愈網絡:4G 無線網絡中將采用智能處理器,可處理節點故 障或基站超載.網絡各部分采用基于知識解答裝置,可糾正網絡故障. (3)微微無線電接收器:未來 4G 中要研究的另一重點,它是嵌入式無線 電.采用此技術,功耗是采用現有技術的 l/101/100. (4)無線接入網(RAN) :4G 系統高速度,大容量,低比特成本.4G 系統 RAN 的發展趨勢是電路交換向基于 IP 分組交換發展,設備分集向網絡分集發展.這 種基于 IP 技術的網絡架構使得在 3G,4G,W-LAN,固定網之間漫游得以實現, 并支持下一代因特網. 10, 10,

45、4G 移動通通信中個人通訊研究 10.1,個人通訊的發展 隨著無線和嵌入式技術的不斷發展,無線通信網絡的重要性日益顯著.一個 有發展潛力的 4G 無線個人通信網絡(WPN)的框架,應該提供給用戶更高的帶寬 服務;透明地將技術集成到系統環境中,從而實現位置的無關性; Internet 技 術和新 WLAN 可以很好地協同發展. 10.2 10.2 WPN 發展帶來的挑戰 WPN 所面對的挑戰和其他網絡非常相似,即目前還很難適用于那些具有有限 資源的小型移動設備.這一點可以體現在以下這些特殊的需求上. (1)比特率和設備容量的可擴展性將是體系的一部分.實際的網絡必須是異構 的而且支持異構網絡之間的

46、相互通信. (2)為了支持不同網絡之間的通信,面向無線節點的中間介質間必須依靠從源 節點到目的節點的信息.另外,除了 MANET 路由方案,還應該有一種到基干網絡 的透明連接機制. (3)無線 TCP 是當前的一個研究熱點,特別是關于 MAC 層和上層之間的通信上. 在異構網絡環境下,由于不同類型的 MAC 層和物理層的共存,使得這個問題更加 復雜化. (4)另一個基本需求是安全和隱私問題.作為一個必須具有的功能,在無線通 信中更易遭受各種攻擊的情況下就變得更具挑戰性. 在系統設計時完成提供一個 端到端的安全體系是很困難的; 如果放到系統建成之后再去加強安全方面的功能 也是非常困難,代價非常的

47、昂貴. (5)網絡無處不在以及個性化的發展趨勢帶來了額外的復雜需求.這樣,不僅 僅需提供應用和服務,而且還應該考慮用戶的喜好,注重個性化服務. (6)還需要新的控制層來協助中間層通信,完成全局管理任務以及進行一些不 可避免地分層管理工作.歐洲的 IST 協作 R&D 項目PACWOMAN2和 6HOP3 正在致力于解決所提到的難題. 10.3 10.3 可行解決方案 (1).可擴展性 在 IEEE802.15 中,IEEE802.15.4a 協議組正在設計低容量無線接口,也正 在考慮支持超寬帶技術(Ultra-Wideband) ,但要保證其他的方案如混合 OFDM 也 能良好運行.為了支持

48、LDR 設備和其他設備的互相連接,除了物理層和鏈路層, 還有另外一個重要的方面需要考慮.IP 可以被用作一種粘合技術,但是 LDR 終端可能不具有這種功能,因為它們可能不是完全 IP 適應的,所以應該開發其 他的方式.一些 LDR 設備是和輕量級的操作系統合為一體的,具有一個簡化的 IP 棧.因此對于現實的組合網絡,完全 IP 適應方式不是最合適的.相反,我們 假設一個不同的策略,其中一簇 LDR 終端受一個功能比較強大的 LDR 終端控制, 該 LDR 終端的特點是有一個雙協議棧,目的是允許 LDR 和外部設備通過傳統 IP 通信來相互連接.這種方式需要網絡中有許多這樣的 LDR 終端. (

49、2) .增強 Ad hoc 路由 Ad hoc 網絡使得下一代 WPN 網絡實現的可能性大大增加.MANET 項目組已經 走出了第一步,通過指定基礎協議來支持多跳網絡中的通信.但是在包含成百上 千個節點的網絡中迫切需要一種通用實現方式,而且具有很好的流動性.需要理 解 ad hoc 路由機制,例如,MIT 已經得出了一些有趣的調查結果,結果表明有 時候最短的路徑是不足夠的 4;跨層協議優化需要有一個通用的框架,這 個框架允許過過眾所周知的接口訪問需要的信息. (3) .主干網絡的互相連接 下一代 WPN 需要全球范圍內的無縫連接. 用戶可以在任何時候任何地點接入 網絡,還可以使用最適合的接口.

50、傳統的概念上網關是提供連接到主干網絡的一 個接口,在 WPN 網絡中,網關的概念應該被拓寬,它應具有單獨或者群集的 WPN 所固有的移動性.IETF 的 NEMO 工作組認為移動網絡是一個具有 Internet 接入 點的獨立單元5.也可以認為它是一個葉子網絡,因此不會帶來網絡阻塞.不 過,無論是使用多個移動路由器還是使用具有多個接口的單個移動路由器,都有 可能是多地址的.將來的網關不僅具有提供和主干網絡連接的功能,而且還需要 具有進行用戶位置注冊和用戶位置發現的功能.未來 WPN 具備的另一個特征是, 多地址和在多域環境中的移動性. 在不同作用域之間移動時連接能夠保持而且連 接路徑是最優的,

51、這將產生額外的需求如無線裝置資源管理和最優連接線路切 換. (5) .協議擴展 WPN 中有必要在無線連接包括遺留系統上提供最好的 IP 性能.但是在一些 網絡路徑中由于鏈接的特點,TCP/IP 的性能降低了.PILCIETF 工作組選擇提高 性能的代理(PEP)來提高網絡路徑中 Internet 協議的性能.不同類型的 PEP, 可以依據基本功能來區分.一些 PEP 試圖通過修改協議本身來彌補性能.另一些 采用對稱/不對稱的且對上層透明的擴展方式,通常更有效率和更靈活.包含各 種擴展協議的通用框架提供了較高的靈活性,其適用于各種情況下的連接.然而 這樣需要簡化協調需求信息共享(跨層的通信和配

52、置)的控制層.另外 PEP 通常 在最后一跳使用,所以多跳通信的出現帶來了另外的要求,就是 PEP 能夠在多跳 網絡中使用. (6) .位置發現和用戶喜好 未來的服務和應用將根據用戶及環境來采取不同的行為, 用戶的定位是基本 功能.典型應用的例子很多,如允許環境敏感型服務的建立;到達機場的時候, 在 PDA 上獲取計劃表以及飛行時間表; 在觀光時, 獲得地點和紀念物的實時信息. 如果用戶身邊有各種不同的設備,而且將計算任務分布到這些設備上執行,為了 使這種想法成為現實, 未來的設備應該能夠為應用提供一系列接口來很容易地獲 取周圍有什么和它可以做什么等信息.另一方面是先進的智能卡技術可 以用來開

53、發控制板.新的無線個人用戶識別模塊(WPSIM)可以通過智能卡提供 通用的和個性化的用戶,訪問,賬單,配置和安全等信息. 10.4, 10.4,體系結構 .4 有必要提供一個通用的平臺來保證信息在不同協議層和實體之間傳送. PACWOMAN 已經將這個平臺命名為 PAN 和 CAN 優化層(PCOL) 6HOP 稱它為無線 , 適應框架(WAF) .PCOL 是一種為 PAN 和 CAN 提出的特定解決方案,而 WAF 更適 用于多跳環境的無線網絡.圖 1 中給出了 PCOL 和 WAF 的體系結構. 10.5,結論 10.5, .5 新的 4G 無線網絡是以用戶為中心,異構的,自動配置和自適

54、應的網絡.為 了達到這些目標,需要對協議棧的不同層以及 WPN 體系結構設計進行大量的研 究.通過對目前工作的研究,本文得出的主要結論是對于重組和重新配置的可能 性不斷增長的需求,使得需要解決可伸縮性,ad hoc 路由性能提高,體系間通 信,IP 協議棧擴展以及安全性,位置透明性和用戶體驗等所帶來的挑戰.另外, 需要定義控制板,接口以及體系結構的概念. 影響 WPN 發展的關鍵因素是通用的無線接口技術,高復雜度,單純 ad hoc 路由 協議的不完善以及安全性問題. 多跳網絡中的 TCP 協議的低性能以及吞吐量的不 穩定性也是所關心的問題.這些課題必須在未來的研究中解決.IST 項目只是局

55、部解決方案的第一步,要使 WPN 得到普遍應用,還有許多課題需要研究解決. 11,我國第四代移動通信的發展 11,我國第四代移動通信的發展 當中國自主知識產權的 3G 標準 TD-SCDMA 產業化的進程越來越快,大規模 使用近在咫尺的時候,國家有關部門已經在密切關注下一代通信技術(4G)的最 新進展,并積極參與有關技術的研發和標準的制定,期望在 4G 上奪得先機. 1 月中旬,信產部副部長奚國華等人到廣東省進行調研,并參觀了華為,中 興等通信企業.知情人士透露,在 1 月 11 日的有關會議上,奚國華提出希望華 為,中興能積極參與到下一代標準的制定,并組建4G 標準聯盟 . 11.1,以 3

56、G 的戰略發展 4G .1, 來自廣東省通信管理局的消息顯示,奚國華在座談會上對華為,中興提出要 求, 密切跟蹤新技術的發展動態和市場應用,加大對下一代標準的研究,加強 自主創新的力度. 有參會知情人士表示,政府的態度是希望4G 按照 3G 的思 路發展 . 按照我國目前 TD 的發展思路,1998 年,大唐提出 TD 標準并提交國際電信 聯盟(ITU) ,2000 年 TD 被國際電聯定為 3G 候選標準;2002 年在國家多個部委 的支持下, 國內八大企業聯合成立了 TD 產業聯盟, 開始了 TD 的產業化推進工作; 2006 年 1 月,TD 被信產部定為國內 3G 的行業標準,也就是國

57、家標準. 從標準的制定到產業化的推進,TD 經歷了漫長的等待.上述會議知情人士 表示,在 1G 時代,我國根本沒有自主專利,2G 我國基本是從產業末端介入,3G 則是從技術標準制定末端介入.由于現在國內的 4G 研究主要由高校組織,政府 希望能吸取 3G 產業化的經驗和教訓,從一開始就發動企業參與其中,共同推進 4G 的研發. 據第一財經日報了解,在 3G 走向商用的同時,國外有關 4G 的研究已經 小有成果,歐盟,日本,韓國都啟動了相關計劃,三星,西門子,摩托羅拉等企 業以及運營商 NTT DoCoMo 都在研究方面相對領先. 據國家 863 計劃通信領域專家組成員, 清華信息科學與技術國家實驗室副主 任王京介紹,4G 國際標準現在還未確定,20072008 年,國際電信聯盟將會征集 4G 標準.國家 863 計劃組教授郭強表示,在 4G 上,不可能有任何一個國家或者 企業可以掌握全部核心技術,而是各國都有知識產權,中國已經計劃在 2007 年 后向國際電聯提交 4G 標準. TD 的產業化大概用了 8 年,4G 的產業化也將是一個漫長的過程. 王京表 示.