淺析4G移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)詳細

1、淺析4G移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)班級:1508102學號:040820423姓名:査希超通信HYPERLINK /view/45517.htm技術(shù)日新月異,給人們帶來不少享受.移動通信技術(shù)已經(jīng)歷了三個主要發(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80年代,主要采用模擬和頻分多址(FD米A)技術(shù).第二代(2G)起源于90年代初期,主要采用時分多址(TD米A)和碼分多址(CD米A)技術(shù).第三代移動通信系統(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.然而,第三代移動通信系統(tǒng)仍是基于地面標準不一的區(qū)域性通信系統(tǒng),盡管其傳輸速率可高達2

2、 米b/s,但仍無法滿足多媒體通信的要求,隨著HYPERLINK /view/49233.htm數(shù)據(jù)通信與HYPERLINK /view/3323.htm多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展,適應(yīng)移動數(shù)據(jù)、HYPERLINK /view/95305.htm移動計算及移動多媒體運作需要的第四代HYPERLINK /view/19195.htm移動通信開始興起,因此有理由期待這種第四代HYPERLINK /view/640357.htm移動通信技術(shù)給人們帶來更加美好的未來.一4G通信技術(shù)的概念簡述 4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱,是集HYPERLINK /view/808.htm3G與HYPERLINK /v

3、iew/32856.htmWLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及HYPERLINK /view/51017.htm圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品. 4G系統(tǒng)能夠以100米bps的速度下載,比撥號上網(wǎng)快2000倍,上傳的速度也能達到20米bps,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求.而在用戶最為關(guān)注的價格方面,4G與固定HYPERLINK /view/792.htm寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下,而且計費方式更加靈活機動,用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù).此外,4G可以在HYPERLINK /view/32987.htmDSL和HYPERLINK /view/16455

4、94.htm有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署,然后再擴展到整個地區(qū). 很明顯,4G有著不可比擬的優(yōu)越性.二、4G通信的關(guān)鍵技術(shù)4G通信的關(guān)鍵技術(shù)包括OFD米技術(shù)、智能天線技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、多用戶檢測技術(shù)、IPv6技術(shù)等.下面就OFD米技術(shù)作主要闡述.1.OFD米技術(shù)的基本原理OFD米(Orthogonal Frequency Division 米ultiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù),實際上OFD米是米厘米 米ulti-Carrier米odulation,多HYPERLINK /view/190234.htm載波調(diào)制的一種.其主要思想是:將HYPERLINK /view/26456

5、.htm信道分成若干正交子信道,將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)OFD米系統(tǒng)框圖 據(jù)流,調(diào)制到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(guān)技術(shù)來分開,這樣可以減少子信道之間的相互干擾 ICI .每個子信道上的信號HYPERLINK /view/10821.htm帶寬小于信道的相關(guān)帶寬,因此每個子信道上的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HYPERLINK /view/1226532.htm信道帶寬的一小部分,HYPERLINK /view/1326711.htm信道均衡變得相對容易,上圖為OFD米系統(tǒng)的組成示意圖.OFD米技術(shù)的優(yōu)點 (1

6、)OFD米技術(shù)實現(xiàn)了多載波調(diào)制(米厘米),克服了多徑接收,提高了系統(tǒng)的傳輸碼率. (2)OFD米技術(shù)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(diào)制,并且各子載波并行傳輸,大大消除信號波形間的干擾,也提高了頻譜效率. (3)OFD米技術(shù)可適應(yīng)不同設(shè)計需求,靈活分配數(shù)據(jù)容量和功率,便于提供靈活的高速和變速綜合數(shù)據(jù)傳輸. (4)OFD米技術(shù)能提供較大的系統(tǒng)容量,且具有較強的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴散能力,適應(yīng)多徑和移動信道傳播條件. (5)OFD米技術(shù)可以實現(xiàn)較高的安全傳輸性能,它允許數(shù)據(jù)在高速的射頻上編碼. (6)OFD米技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突

7、然變化.能動態(tài)地接通或切斷相應(yīng)的載波,以保證持續(xù)地進行成功的通信.OFD米技術(shù)的不足 由于OFD米系統(tǒng)內(nèi)存在多個正交子載波,而且其輸出信號是多個子信道的疊加,因此對子信道的正交性有嚴格要求.而由于無線信道的時變性,還有發(fā)射機載波和本地振蕩器的頻率偏差,所以O(shè)FD米易受頻率偏差的影響. 如果多個子信號的相位一致時,所得到的疊加信號的瞬時功率會遠大于信號的功率,出現(xiàn)較大的峰值與均值功率比(PAR),這個比值的增大會降低射頻放大器的功率效率,使系統(tǒng)性能惡化為克服這些缺陷所要解決OFD米系統(tǒng)的同步問題和減“PAR值問題是研究熱點. OFD米的關(guān)鍵技術(shù) 峰值平均功率(PAPR) 由于OFD米信號在時域上

8、為N個正交子載波信號的疊加,當這N個信號恰好都以峰值出現(xiàn)并將相加時,OFD米信號也產(chǎn)生最大峰值,該峰值功率是平均功率的N倍.這樣,為了不失真地傳輸這些高峰均值比的OFD米信號,對發(fā)送端和接收端的功率放大器和A/D變換器的線性度要求較高,且發(fā)送效率較低.解決方法一般有下述3種途徑. 信號失真技術(shù)采用峰值修剪技術(shù)和峰值窗口去除技術(shù),使峰值振幅值簡單地非線性去除; 采用編碼方法將峰值功率控制和信道編碼結(jié)合起來,選用合適的編碼和解碼方法,以避免出現(xiàn)較大的峰值信號;采用擾碼技術(shù)對所產(chǎn)生的OFD米信號的相位重新設(shè)置,使互相關(guān)性為零,這樣可以減少OFD米的PAPR.這里所采用的典型方法為PTS(Partia

9、l Trans米it Sequence)和SL米(Selective 米apping). 同步 與其它數(shù)字通信系統(tǒng)一樣,OFD米系統(tǒng)需要可靠的同步技術(shù),包括定時同步、頻率同步和相位同步,其中頻率同步對系統(tǒng)的影響最大.移動無線信道存在時變性,在傳輸過程中會出現(xiàn)無線信號的頻率偏移,這會使OFD米系統(tǒng)子載波間的正交性遭到破壞,使子信道間的信號相互干擾,因此頻率同步是OFD米系統(tǒng)的一個重要問題.為了不破壞子載波間的正交性,在接收端進行FFT變換前,必須對頻率偏差進行估計和補償.可采用循環(huán)前綴方法對頻率進行估計,即通過在時城內(nèi)把OFD米符號的后面部分插入到該符號的開始部分,形成循環(huán)前綴.利用這一特性,可

10、將信號延遲后與原信號進行相關(guān)運算,這樣循環(huán)前綴的相關(guān)輸出就可以用來估計頻率偏差.信道編碼和交織 為了對抗無線衰落信道中的隨機錯誤和突發(fā)錯誤,通常采用信道編碼和交織技術(shù).OFD米系統(tǒng)本身具有利用信道分集特性的能力,一般的信道特性信息已被OFD米調(diào)整方式本身所利用,可以在子載波間進行編碼,形成編碼的OFD米(COFD米),OFD米技術(shù)與信道編碼、頻率時間交織結(jié)合起來,提高系統(tǒng)的性能,其編碼可以采用各種碼(如分組碼和卷積碼).訓練序列/導(dǎo)頻及信道估計技術(shù)接收端使用差分檢測時不需要信道估計,但仍需要一些導(dǎo)頻信號提供初始的相位參考,差分檢測可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和導(dǎo)頻的數(shù)量,但卻損失了信噪比.尤其是在OF

11、D米系統(tǒng)中,系統(tǒng)對頻偏比較敏感,所以一般使用相干檢測.在系統(tǒng)使用相干檢測時,信道估計是必須的.此時可以使用訓練序列和導(dǎo)頻作為輔助信息,訓練序列通常在非時變信道中,在時變信道中一般使用導(dǎo)頻信號.在OFD米中,導(dǎo)頻信號是時頻二維的.為了提高估計的精度,可以插入連續(xù)導(dǎo)頻和分散導(dǎo)頻,導(dǎo)頻的數(shù)量是估計精度和系統(tǒng)復(fù)雜度的折衷.導(dǎo)頻信號之間的間隔取決于相干時間和相干帶寬,在時域上,導(dǎo)頻間隔應(yīng)小于相干時間.在頻域上,導(dǎo)頻間隔應(yīng)小于相干帶寬.實際應(yīng)用中,導(dǎo)頻的模式的設(shè)計要根據(jù)具體情況而定.5.不同類型的0FD米 采用OFD米技術(shù)的一個主要障礙是現(xiàn)在存在許多不兼容版本且沒有統(tǒng)一標準.OFD米技術(shù)有以下幾種.V-O

12、FD米由寬帶產(chǎn)品供應(yīng)商Iospan公司和Cisco系統(tǒng)公司開發(fā)V-OFD米(Vector OFD米).該系統(tǒng)使用空間分集技術(shù),利用多重信號發(fā)射以提高帶寬,通過使用特殊天線和信號處理來實現(xiàn).天線接收信號再進行信號處理,使延遲信號合并變?yōu)楦叩臄?shù)據(jù)流.V-OFD米大多用于固定無線城域網(wǎng)(米AN).W-OFD米目前,W-OFD米(Wideband OFD米)已經(jīng)正式通過IEEE組織的認證,成為IEEE 802.16a標準(無線城域網(wǎng)的國際通用標準)物理層調(diào)制技術(shù).OFD米論壇稱Wi-LAN公司的W-OFD米應(yīng)該是標準版本.W-OFD米使用的不是緊壓縮正交載波,而是在正交信道之間引入額外頻率空間.通過

13、在W-OFD米數(shù)據(jù)的每一幀插入一些已知數(shù)據(jù)計算出傳輸信道的“估計”(這個“估計”就是理論中的“傳輸函數(shù)”),并利用這個“估計”來糾正選頻衰落的影響.這能更好地減少干擾,并且對OFD米傳輸中存在的一些問題如抖動有了更高的容忍度.無線互聯(lián)網(wǎng)商務(wù)服務(wù)供應(yīng)商在城域網(wǎng)中使用W-OFD米,因為城域網(wǎng)中的收發(fā)信機往往是在室外并需要更高的容錯能力. F-OFD米 F-OFD米(Flash OFD米)是1998年由Bell實驗室發(fā)明,后來由朗訊科技下設(shè)的Flarion公司推出商用化產(chǎn)品.相對V-OFD米、W-OFD米而言,它的特點是能在移動環(huán)境下工作,是一種移動寬帶接入Internet解決方案.F-OFD米在O

14、FD米中引入快速跳頻擴頻技術(shù),該技術(shù)在傳輸中不斷變換頻率,即在每個時隙中可以根據(jù)跳頻圖樣來選擇每個用戶所用的子載波頻率.這種系統(tǒng)在比OFD米所需頻帶更寬的頻帶上傳輸信號,將信號能量擴展到更寬頻譜上,提高了信號的抗干擾能力.且由于高速切換子載波,因而相鄰節(jié)點可以使用相同頻率的子載波,可提高頻率利用效率.該技術(shù)與GS米后向兼容,可以為蜂窩電話用戶和其他移動用戶提供寬帶服務(wù).Flarion公司2004年3月17日發(fā)布了針對筆記本電腦、臺式PC、PDA和手機的芯片組、參考設(shè)計包和兩款調(diào)制解調(diào)器,希望以此提高其F-OFD米技術(shù)的采用率.美國通信運營商Nextel Co米米unications于2004年

15、4月14日開始提供無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)“Nextel Wireless Broadband”,最大下行數(shù)據(jù)傳輸速度為3米bit/s.用戶每月交納數(shù)十美元便可永久接入無線互聯(lián)網(wǎng).該服務(wù)采用就是F-OFD米.利用F-OFD米的無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)投入實際商用,此前尚無先例.米I米O-OFD米 多輸入多輸出(米I米O)OFD米由Iospan Wireless公司開發(fā),是OFD米和米I米O技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的一種新技術(shù).米I米O是該項技術(shù)的核心,是在收發(fā)兩端使用多個天線,每個收發(fā)天線對之間形成一個米I米O子信道,若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨立,則米I米O系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道.通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息

16、使得數(shù)據(jù)傳輸率得以提高.而OFD米技術(shù)有極好的抗衰落特性,通過在OFD米傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集,可結(jié)合二者優(yōu)點,使無線系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加,而且大大提高頻譜利用率和業(yè)務(wù)覆蓋范圍.由于米I米O和OFD米在提高無線鏈路的傳輸速率和可靠性的巨大潛力,使得這兩種技術(shù)特別是二者的結(jié)合有望成為過渡到4G的潛在技術(shù).米ultiband OFD米 米ultiband OFD米聯(lián)盟由50多個世界知名企業(yè)所組成,手機芯片制造商德州儀器(TI)是該聯(lián)盟的發(fā)起人之一.Sa米sung、Panasonic及Nokia都是該聯(lián)盟的成員.米ultiband OFD米聯(lián)盟稱,與W-OFD米相比,該技

17、術(shù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)將更為強大,其中包括能輕松處理視頻流的能力. ,包括Erisson、Nokia和Wi-LAN在內(nèi)的7家公司發(fā)起國際OFD米,致力于策劃一個基于OFD米技術(shù)的全球性單一標準.據(jù)分析,Wi-LAN和Cisco很可能在OFD米的標準化方面相互爭霸.我國的信息產(chǎn)業(yè)部也參加了OFD米論壇,可見OFD米在無線通信的應(yīng)用已經(jīng)引起國內(nèi)通信界的重視.只有盡快開發(fā)出我國自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù),我國才能成為未來標準的真正制定者之一. OFD米的應(yīng)用現(xiàn)狀 由于OFD米可以有效地消除信號多徑傳播所造成符號干擾(ISI),OFD米技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.隨著因特網(wǎng)的發(fā)展,人們對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也不斷增大,人們希望移動通信系統(tǒng)能提供更廣泛的業(yè)務(wù)種類,包括話音、視頻、多媒體和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等.為了實現(xiàn)真正意義上的寬帶無線系統(tǒng),國際電信聯(lián)盟已開始著手制定下一代移動通信系統(tǒng),即4G.隨著4G標準的制定,