第四代移動(dòng)通信小論文

1、 第四代移動(dòng)通信 李xx 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 0906401-20摘要移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)歷了3個(gè)主要發(fā)展階段。每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。第一代起源于20世紀(jì)80年代，主要采用模擬和頻分多址(fdma)技術(shù)。第二代(2g)起源于90年代初期，主要采用時(shí)分多址(tdma)和碼分多址(cdma)技術(shù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3g)可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供快捷方便的無線應(yīng)用。但是第三代移動(dòng) 通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng),盡管其傳輸速率可高達(dá)2 mb/s，仍無法滿足多媒體通信的要求,因此第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4g)的研究勢(shì)在必行。 關(guān)

2、鍵字：4g，網(wǎng)絡(luò)通信一、移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r (一)第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng) 第一代(即1g，是the first generation的縮寫)移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征是采用模擬技術(shù)和頻分多址(fdma)技術(shù)、有多種制式。我國(guó)主要采用tacs，其傳輸速率為24kbps，由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動(dòng)通信的長(zhǎng)途漫游，只是一種區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)在商業(yè)上取得了巨大的成功，但是其弊端也日漸顯露出來，如頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類有限、無高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盜聽和盜號(hào)、設(shè)備成本高、體積大、重量大。所以，第一代移動(dòng)通信技術(shù)作為2o世紀(jì)80年代到90年代初的產(chǎn)

3、物已經(jīng)完成了任務(wù)退出了歷史舞臺(tái)。 (二)第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng) 第二代(即2g，是the second generation的縮寫)移動(dòng)通信系統(tǒng)是從20世紀(jì)90年代初期到目前廣泛使用的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用的技術(shù)主要有時(shí)分多址(tdma)和碼分多址(cdma)兩種技術(shù)，它能夠提供96-288kbps的傳輸速率。全球主要采用gsm和cdma兩種制式，我國(guó)采用主要是gsm這一標(biāo)準(zhǔn)，主要提供數(shù)字化的語(yǔ)音業(yè)務(wù)級(jí)低速數(shù)據(jù)化業(yè)務(wù)，克服了模擬系統(tǒng)的弱點(diǎn)。和第一代模擬移動(dòng)蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)相比，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有保密性強(qiáng)，頻譜利用率高，能提供豐富的業(yè)務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)，可以進(jìn)行省內(nèi)外漫游。但因?yàn)椴捎玫闹剖讲?/p>

4、同，移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行漫游，還無法進(jìn)行全球漫游，雖然第二代比第一代有更大的帶寬，但帶寬還是很有限，限制了數(shù)據(jù)的應(yīng)用，還無法實(shí)現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)，如移動(dòng)的多媒體業(yè)務(wù)。 (三)第三代多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng) 隨著通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展和通信量的激增，未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要有大的系統(tǒng)容量，還要能支持話音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體等多種業(yè)務(wù)的有效傳輸。第二代移動(dòng)通信技術(shù)根本不能滿足這樣的通信要求，在這種情況下出現(xiàn)了第三代 (即3c，是the third generation的縮寫)多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)在國(guó)際上統(tǒng)稱為imt一2000，是國(guó)際電信聯(lián)盟(1tu)在1985年

5、提出的工作在2000mhz頻段的系統(tǒng)。與第一代模擬移動(dòng)通信和第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，第三代的最主要特征是可提供移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。 二、三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4g系統(tǒng)針對(duì)各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng),通過多媒體接入連接到基于ip的核心網(wǎng)中?；趇p技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實(shí)現(xiàn)在3g、4g、wlan及固定網(wǎng)間無縫漫游。4g網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層:物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。 (1) 物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。 (2) 中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。 (3) 物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易,提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù),

6、并運(yùn)行于多個(gè)頻帶,這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端,跨越多個(gè)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。對(duì)于人們來說，未來的4g通信的確顯得很神秘，不少人都認(rèn)為第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類有史以來發(fā)明的最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，的確第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)在具體實(shí)施的過程中出現(xiàn)大量令人頭痛的技術(shù)問題，大概一點(diǎn)也不會(huì)使人們感到意外和奇怪，第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)存在的技術(shù)問題多和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，并且需要花費(fèi)好幾年的時(shí)間才能解決?？偟膩碚f，要順利、全面地實(shí)施4g通信，可能遇到下面的一些困難： 近年來3g演進(jìn)技術(shù)的發(fā)展異常迅速，但無線技術(shù)是否已經(jīng)達(dá)到完美的地步?國(guó)家863計(jì)劃專家組成員、未來移動(dòng)通信論壇秘書長(zhǎng)尤肖虎的答案是否

7、定的。在他看來，現(xiàn)有無線技術(shù)有待解決的問題還很多，需要改進(jìn)的空間也很大1。 三、4g的定義及其技術(shù)要求 第四代移動(dòng)通信技術(shù)可稱為廣帶(broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱超過2 mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，對(duì)全速移動(dòng)用戶能提供150 mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù)，將首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。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)(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng))，集成不同模式的無線通信，移動(dòng)用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其廣帶無線局域網(wǎng)(wlan)能與b-isdn和atm兼容，實(shí)現(xiàn)廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(wǎng)(ibcn)，他還能提供信息之外的定位定時(shí)

8、、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。其主要技術(shù)要求是： (1)通信速度提高，數(shù)據(jù)率超過umts，上網(wǎng)速率從2 mb/s提高到100 mb/s。 (2)以移動(dòng)數(shù)據(jù)為主面向internet大范圍覆蓋高速移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，改變了以傳統(tǒng)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)為主設(shè)計(jì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)觀念。 (3)采用多天線或分布天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及終端形式，支持手機(jī)互助功能，采用可穿戴無線電，可下載無線電等新技術(shù)。 (4)發(fā)射功率比現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)降低10100倍，能夠較好地解決電磁干擾問題。 (5)支持更為豐富的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，包括高分辨率實(shí)時(shí)圖像業(yè)務(wù)、會(huì)議電視虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)。 四、4g相對(duì)于3g網(wǎng)絡(luò)的超越之處 與今年年內(nèi)即將推出的3g移動(dòng)

9、通信服務(wù)相比,4g技術(shù)更為復(fù)雜,4g技術(shù)在通信特點(diǎn)方面較3g移動(dòng)通信技術(shù)相比,有許多超越之處: (1)4g移動(dòng)通信技術(shù)的信息傳輸級(jí)數(shù)要比3g移動(dòng)通信技術(shù)的信息傳輸級(jí)數(shù)要高一個(gè)等級(jí),其最大的傳輸速度將是目前“i-mode”服務(wù)的10000倍 (2)主要發(fā)展數(shù)字廣帶(broad band)為基礎(chǔ)的概念在“毫米”過程中,傳播條件相對(duì)困難,蜂窩小區(qū)也會(huì)相應(yīng)小很多,這會(huì)引起一系列技術(shù)上的難題 (3)靈活性要比3g強(qiáng)得多它能自適應(yīng)的資源分配,能夠處理變化的業(yè)務(wù)流信道條件不同的環(huán)境,有很強(qiáng)的自組織性和靈活性 (4)4g移動(dòng)通信技術(shù)將可讓所有移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的用戶,享受共同的4g服務(wù) (5)該技術(shù)應(yīng)該能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)

10、的動(dòng)態(tài)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2g3g先進(jìn) (6)它能綜合固定移動(dòng)廣播網(wǎng)絡(luò)或其他的一些規(guī)則,實(shí)現(xiàn)對(duì)這些功能體積分布的控制 (7)該技術(shù)將以幾項(xiàng)突破性技術(shù)為基礎(chǔ),例如一些光纖產(chǎn)品公司用來提高internet主干帶寬的技術(shù),它將對(duì)無線頻率的使用效率比第二代和第三代系統(tǒng)都高得多 五、4g的研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景 4g通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并利用了一些新的通信技術(shù)，來不斷提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能的。如果說3g能為人們提供一個(gè)高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境的話，那么4g通信會(huì)是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級(jí)高速公路，這種

11、新網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線及三維空間虛擬實(shí)境連線。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，4g通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢(shì)在于通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度。然而，在通話品質(zhì)方面，移動(dòng)電話消費(fèi)者還是能接受的。隨著技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，現(xiàn)有移動(dòng)電話網(wǎng)中手機(jī)的通話質(zhì)量還在進(jìn)一步提高。數(shù)據(jù)通信速度的高速化的確是一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)，它的最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到100mbit/s，簡(jiǎn)直是不可思議的事情。另外由于技術(shù)的先進(jìn)性確保了成本投資的大大減少，未來的4g通信費(fèi)用也要比2009年通信費(fèi)用低。4g通信技術(shù)是繼第三代以后的又一次無線通信技術(shù)演進(jìn)，其開發(fā)更加具有明確的目標(biāo)性：提高移動(dòng)裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度-據(jù)3g市場(chǎng)分三個(gè)階段走的的發(fā)展計(jì)劃，3g的多媒體

12、服務(wù)在10年后進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)覆蓋全球的3g網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，3g服務(wù)的普及率更超過60%，那么這時(shí)就需要有更新一代的系統(tǒng)來進(jìn)一步提升服務(wù)質(zhì)量。為了充分利用4g通信給人們帶來的先進(jìn)服務(wù)，人們還必須借助各種各樣的4g終端才能實(shí)現(xiàn)，而不少通信營(yíng)運(yùn)商正是看到了未來通信的巨大市場(chǎng)潛力，他們已經(jīng)開始把眼光瞄準(zhǔn)到生產(chǎn)4g通信終端產(chǎn)品上，例如生產(chǎn)具有高速分組通信功能的小型終端、生產(chǎn)對(duì)應(yīng)配備攝像機(jī)的可視電話以及電影電視的影像發(fā)送服務(wù)的終端，或者是生產(chǎn)與計(jì)算機(jī)相匹配的卡式數(shù)據(jù)通信專用終端。有了這些通信終端后，人們手機(jī)用戶就可以隨心所欲的漫游了，隨時(shí)隨

13、地的享受高質(zhì)量的通信了。 六、4g網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 1.ofdm(正交頻分復(fù)用) ofdm技術(shù)實(shí)際上是mcm(multi-carrier modulation，多載波調(diào)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(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ici)。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)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(duì)容易。由于ofdm技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，是對(duì)高速數(shù)據(jù)傳

14、輸?shù)囊环N潛在的解決方案，因此被公認(rèn)為4g的核心技術(shù)之一。 2.軟件無線電 軟件無線電（software defined radio,簡(jiǎn)稱sdr）,就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上,利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能:包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。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。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化,從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理(dsp)芯片以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。 3.智能天線 智能天線

15、是波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。多波束天線在一個(gè)扇區(qū)中使用多個(gè)固定波束，而在自適應(yīng)陣列中，多個(gè)天線的接收信號(hào)被加權(quán)并且合成在一起使信噪比達(dá)到最大。與固定波束天線相比，天線陣列的優(yōu)點(diǎn)是除了提供高的天線增益外,還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能,其基本工作原理是根據(jù)信號(hào)來波的方向自適應(yīng)地調(diào)整方向圖,跟蹤強(qiáng)信號(hào),減少或抵消干擾信號(hào)。智能天線的核心是智能算法,而算法決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速率,因此需要選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。 4.ipv6協(xié)議 4g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

16、下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。 （1）巨大的地址空間。在一段可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂癯龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址。 （2）自動(dòng)控制。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。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球惟一的路由地址。 （3）服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量（qos）包含幾個(gè)方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，ipv6與目前的ipv4提供相同的qos，但是ipv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。ipv6

17、報(bào)頭中新增加的字段“流標(biāo)志”，有了這個(gè)20位長(zhǎng)的字段，在傳輸過程中，中國(guó)的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開處理任何ip地址流。 （4)移動(dòng)性。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。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址（home address），這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí),通過一個(gè)轉(zhuǎn)交地址(care-of address）來提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。移動(dòng)設(shè)備每次改變位置,都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對(duì)應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。 小結(jié) 目前，4g移動(dòng)通信還只處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段。具體的設(shè)備和技術(shù)還沒有完全成型，后續(xù)的軟件開發(fā)還沒有啟動(dòng)。這都會(huì)給4g的發(fā)展帶來很多難題，有待人們深入研究。但未來移動(dòng)通信必將具有文中描述的這些基本特征：高速率、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，完全集中的服務(wù)。無所不在的移動(dòng)接入，高智能的多樣化的用戶設(shè)備。隨著新問題、新要求的不斷出現(xiàn)。第四代移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)相應(yīng)地調(diào)整、完善和進(jìn)一步發(fā)展。我們相信，不