4G移动通信的核心技术

时间：2020-12-04 09:50:59 通信工程毕业论文我要投稿

4G移动通信的核心技术

　　摘要：随着同Internet的结合以及IP化无线通信系统的发展，4G技术成为高容量以及高传输速率的移动通信技术，能够满足用户的个性化需求，同时有着成本小以及安全性高的优点，可以同时满足多种业务传输。本文简要介绍4G通信技术的特点，并着重分析4G移动通信的核心技术。

　　关键词：4G移动通信 MIMO OFDM 特点

　　经济技术的飞速发展带动通信市场的增长，为更好适应市场需求，同时满足用户的个性化需求而提供多媒体服务，第四代移动通信(4G)技术应运而生。

　　一、4G通信技术的特点

　　4G系统的最高能够达到100M/s，同时可以做到全球无缝的漫游。随着移动通信业务逐渐从语音通话转向数据、图像以及视频等多媒体业务，对传输速率要求日益提高，从而对移动通信系统性能也提出更高要求。带宽是移动通信的稀缺资源，所以要使用先进技术有效利用频率资源，从而满足大容量高速率业务的需要。4G移动通信系统能够保证用户在任何地点以及任何时间通过任何方式接入网络当中，能够自由选择应用、业务以及网络，有着以下几个方面的特点。

　　第一，高数据传输速率。对大范围出于高速移动中的用户(250km/h)来说，4G通信技术的数据传输速率为2Mbi/s;对于中速移动的用户(60km/h)来说，数据传输速率能够达到20Mbi/s;低速移动中的用户在数据速率方面能够达到100Mbi/s。

　　第二，真正实现无缝漫游。4G通信技术全球统一标准，确保各类媒体以及通信主机在网络间能够实现无缝连接，一部手机可以在全球任何地点通信。

　　第三，高度智能化。4G通信使用智能技术，是高度自治以及自适应网，通过智能信号处理对信道条件各不相同的复杂环境相结合实现正常发送接收，有适应性、智能性以及灵活性特点。第四，覆盖性良好能。4G通信技术有着优异的覆盖性能同时可以实现高速可变速率的传输。第五，基于lP网络。4G通信技术采用IPv6，可以在IP网络上进行性话音以及多媒体业务。同时能够实现动态带宽分配并且调节发射功率进而提供不同业务。

　　二、4G移动通信的核心技术

　　4G移动通信的核心技术主要包括MIMO技术、OFDM技术、SDR技术以及切换技术等，在此进行简要介绍。

　　第一，多输入多输出(MIMO)技术。MIMO技术利用多天线抑制信道的衰落，通过在发送端以及接收端利用多个天线来同时发送并接收信号，如果发送以及接收天线间信道冲激响应各自独立，就会构成并行空间信道。MIMO技术可以在不增加带宽的前提下成倍提高通信系统容量，因而是无线通信技术的突破。

　　传输信息流S(k)经过编码形成N个子流Ci(k)，i=1，2，…，N，子流经过N个天线发射，经由空间信道之后由M个天线接收。多天线接收机通过空时解码处理分开解码数据子流。不过需要指出的是，N个子流发送到信道时信号占用同个频带，所以并没有增加带宽。如果发射以及接收天线通道独立响应，那么多入多出系统就能够提供多个并行信道，通过信道独立传输信息，从而提高数据传输率。系统容量通信系统的标志，表示通信系统提供的最大传输率，如果信道独立利用衰落信道，那么发送天线以及接收天线分别为是N和M时，信道容量C=min(N，M)Blog2(ρ/2)。B是带宽，ρ是接收端平均信噪比[14。在功率以及带宽一定的时候，MIMO最大容量是随着天线数增加而增加的，在提高通信系统容量领域有着极大潜力，频谱利用率也可以成倍提高。

　　第二，正交频分复用(OFDM)技术。该技术最初用于军事通信，结构复杂而限制推广应用。OFDM的原理是将高速率数据流分成若干子载波上上的低速率数据流，在并行子载波当中使用低数据率来提高信号持续的时间，同时频率选择多径衰落信道而降低了多径衰落影响。因为相继OFDM信号之间能耐插入足够长的间距，所以能够避免信号间的干扰。OFDM 技术优点是显而易见的。首先是频谱的利用率高，因为OFDM技术的.频谱效率要高出串行系统一倍，这对频谱资源非常有限的移动通信环境非常重要。OFDM信号相邻子载波理论上来说频谱利用率能够接近Nyquist的极限[5]，过去使用频分多路技术将频带分为不相交子频导致传输并行数据在接收端使用滤波器分离子信道，所以子信道要预留保护频带，导致频谱的利用率比较低，OFDM系统子载波存在正交性所以允许子信道频谱重叠，能够提高频谱资源的利用率其次是OFDM的抗多径干扰以及选择性衰落性能突出。因为OFDM技术将数据分散到子载波上面，从而降低子载波符号速率，也就减弱了多径传播带来的影响。如果家用循环前缀来保护间隔，能够彻底消除符号之间的干扰。再次是OFDM使用动态子载波的分配技术，可以保证通信系统实现最大比特率。选取各子信道符号比特数并分配子信道功率，使得总比特率最大，并且各子载波联合编码有着优异的抗衰落能力。

　　第三，软件无线电(SDR)技术。在4G通信系统中要想达到任何人在任何时间以任何形式接入的通信方式，需要保证终端可以适合各种类型接口，可以在各类网络间实现无缝漫游，从而在不同业务间实现转换。SDR技术是随着微电子技术发展而兴起的新技术，是通信理论作基础以及数字信号的处理为中心。SDR技术强调使用开放性硬件作为通用平台，同时使用可升级以及可重配置的应用软件实现无线电功能。核心思想是构造有着标准化、开放性以及模块化硬件平台，将调制解调类型、加密模式、工作频段以及通信协议等功能利用软件完成，同时昂宽带A/D以及D/A转换器靠近天线，从而研制出有着灵活性以及开放性的无线通信系统。

　　第四，切换技术。切换术是终端从某个通信覆盖区切换到另一个覆盖区，为了保证通信业务的持续性而改变信道所需要的链路侦测、仲裁以及断开等操作的技术。切换是移动通信保持用户移动的技术，是实现无缝以及漫游的基础。切换实现可以分为硬切换、软切换、接力切换以及更软切换等方式。切换发生的时机一方面包括终端在各个网络间的接入以及不同基站间移动，另一方面也包括同一基站不同扇区以及不同频率间迁移，同时随着信道情况而更新链路。目前切换控制的机制有两种，一是使用智能化终端检测端口信号质量以及强度，由终端软件判决，发起并完成切换，二是由移动临近的基站监测链路信号状态，由交换网根据监测结果进行切换。

　　本文对4G移动通信进行简要介绍，重点阐述MIMO技术以及OFDM技术，两种技术是代4G移动通信的核心技术，能够增加系统容量并改进系统性能，在提高频谱利用率的过程中有效处理抗频率选择性衰落，从而避免不必要干扰因素而提高4G移动通信技术的应用效果。

　　参考文献：

　　[1]朱永贤，郭俊哲.第四代移动通信系统有关的问题探讨[J].电子与通信工程，2012，10(32)：115-118.

　　[2]郭燕飞，李志敏.简析第三代移动通信系统的不足与第四移动通信系统核心技术[J].科学与财富，2012，10(12)：256-259.

　　[3]吴丽丽，刘永强.4G移动通信系统的信道编译码方案的研究[J].通信与信息系统，2012，9(18)：153-156.

　　[4]王俊选，陈良民，韩泽耀.第四代移动通信的核心技术OFDM-CDMA的同步策略的研究[J].计算机技术与发展，2013，10(24)：106-109.

　　[5]何丽华，成杰豪.第四代移动通信系统及其关键技术的研究[J].电信科学研究，2013，10(6)：125-129.

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