第四代移动通信系统中的多天线技术
浅析第四代移动通信关键技术
浅析第四代移动通信关键技术在当今科技飞速发展的时代，移动通信技术的不断革新为人们的生活带来了极大的便利。
从最初的简单语音通话到如今的多媒体信息传输，移动通信技术的每一次进步都深刻地改变着我们的沟通方式和生活习惯。
其中，第四代移动通信技术（4G）的出现更是具有里程碑式的意义。
4G 移动通信技术并非一蹴而就，它是在之前几代通信技术的基础上逐步发展而来。
与以往的通信技术相比，4G 具有更高的数据传输速率、更低的延迟、更好的频谱利用率以及更强大的多媒体支持能力。
首先，正交频分复用（OFDM）技术是 4G 移动通信中的关键技术之一。
OFDM 技术将高速的数据流分解为多个低速的子数据流，并通过多个相互正交的子载波进行并行传输。
这种方式有效地对抗了多径衰落，提高了频谱利用率。
简单来说，就好比把一条宽阔的高速公路分成了许多条并行的小道，车辆（数据）可以在这些小道上同时行驶，从而提高了通行效率。
多输入多输出（MIMO）技术也是 4G 中的核心技术。
MIMO 技术通过在发射端和接收端使用多个天线，实现了空间分集和空间复用。
空间分集可以增加信号的可靠性，降低误码率；空间复用则能够大大提高数据传输速率。
想象一下，多条信息通道同时传输数据，就像多条管道同时输水，自然能提高整体的传输量。
智能天线技术在 4G 中也发挥着重要作用。
智能天线能够根据信号的到达方向自适应地调整天线波束，从而增强有用信号，抑制干扰信号。
这就好像一个智能的信号接收和发送“指挥官”，能够准确地指挥信号的流向，提高通信质量。
软件无线电技术的应用为4G 通信带来了更大的灵活性和可扩展性。
软件无线电通过软件来定义和控制无线通信系统的功能，使得不同的通信标准和协议可以在同一硬件平台上实现。
这意味着运营商可以更轻松地升级和维护网络，用户也能够在不同的网络环境中实现无缝切换。
此外，链路自适应技术也是 4G 通信的重要组成部分。
链路自适应技术能够根据信道条件实时调整传输参数，如调制方式、编码速率等，以实现最佳的传输性能。
4G移动通信系统的关键技术
4G移动通信系统的关键技术4G移动通信系统的关键技术一：引言4G移动通信系统是第四代移动通信技术的代表，它具有更高的速率、更低的时延和更大的容量。
本文将对4G移动通信系统的关键技术进行详细介绍。
二：物理层技术1. OFDM技术OFDM（正交频分复用）技术是4G移动通信系统的关键基础技术，它能够有效地抵抗多径衰落以及频率选择性衰落，提高系统的频谱效率和抗干扰性能。
2. MIMO技术MIMO（多输入多输出）技术可以利用多个天线进行信号的传输和接收，通过空域上的多径传播提高系统的速率和容量，并提高信号的可靠性。
三：网络层技术1. IP分包技术IP分包技术可以将数据分成多个小包进行传输，提高网络的灵活性和传输效率，适应多种不同的应用场景。
2. 全IP网络技术全IP网络技术是4G移动通信系统中的核心技术，它通过统一的IP协议对语音、数据和视频进行传输，提供统一的服务和优化的网络接入。
四：数据链路层技术1. 自适应调制与编码技术自适应调制与编码技术可以根据信道条件来动态调整调制方式和编码率，提高信号的传输质量和系统的容量。
2. 空间复用技术空间复用技术可以将频率和空间进行灵活的分配，提高系统的频谱效率和容量。
五：移动接入层技术1. LTE技术LTE（Long Term Evolution）技术是4G移动通信系统中最主流的技术，它具有更高的速率和容量，支持多种应用场景和业务需求。
2. WiMAX技术WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）技术是另一种重要的4G移动通信技术，具有较大的覆盖范围和灵活的接入方式。
六：安全与管理技术1. 身份鉴别与认证技术身份鉴别与认证技术可以保护用户和网络的安全，防止未经授权的访问和攻击。
2. 密钥管理技术密钥管理技术可以确保通信过程中的数据安全性，通过合理的密钥、分发和更新策略，保护用户隐私和通信内容的保密性。
现代通信系统中的多天线技术
现代通信系统中的多天线技术随着移动通信技术的发展，多天线技术成为了一个被广泛应用的领域。
今天我们所用的4G、5G移动通信技术都离不开多天线技术的支持。
本文就将围绕着多天线技术展开，深入探讨它的相关内容。
一、多天线技术的概述多天线技术，也称作MIMO技术，是指利用多个天线来增强信号传输和接收的技术。
它的基本原理是通过将信号同时发送到多个天线上，然后将经过不同路径传回来的信号重新组合起来，从而提高了信号的质量和可靠性。
多天线技术广泛应用于移动通信、WLAN、WiFi等领域。
二、多天线技术的优点1. 提高了网络容量和质量多天线技术通过增加天线数量，可以提高网络的容量和覆盖范围，从而提高了网络的质量和性能。
2. 增强了抗干扰性能由于多天线技术可以通过重新组合信号来增强信号的质量和可靠性，因此，它可以有效地降低干扰的影响，提高网络的抗干扰性能。
3. 改善了用户体验多天线技术可以提高用户的数据传输速度和响应速度，从而改善了用户的体验，用户可以更快地下载、浏览和播放视频、音乐等。
三、多天线技术的实现方法多天线技术有多种实现方法，根据不同的场景和需求，实现方法也会有所不同，下面列举其中两种最常见的实现方法：1. SIMO（单天线-多接收机）SIMO是多天线技术中最简单的一种，它只有一个发送天线，但可以有多个接收天线。
具体而言，当发出的信号经过了多条路径之后，将会有多个接收天线接收到这个信号，然后将多个接收信号进行处理，以提高接收信号的质量和可靠性。
SIMO最常用于室内环境中，例如大楼内部、机场等区域。
2. MIMO（多天线-多接收机）相比于SIMO，MIMO拥有多个天线，既可以发射信号，也可以接收信号。
具体来说，当一个信号经过多条路径传播时，会到达多个天线，这时多个天线会分别接收到这个信号，并将接收到的信号进行处理和运算，从而提高了信号的质量和可靠性。
MIMO最常用于室外环境中，比如在车载设备、移动通信中。
四、多天线技术的应用领域多天线技术广泛应用于不同的领域，下面列举其主要应用领域：1. 移动通信多天线技术是移动通信中最重要的技术之一，它可以提高通信速率和覆盖范围，从而提高了网络的质量和性能。
第四代移动通信系统中的多输入多输出智能天线技术
算 法是 非 线 性 算 法 。在 ＳＭ０或 者 ＭＩ 通 信链 路 Ｉ ＭＯ 的接收端 ， 收机 或者 均衡 器 利 用多 径信 号 重构 发射 接
最 大 比合并 （ Ｃ． ｘｍｕ Ｒ ｔ ｏ ｉｉｇ ； 对 ＭＲ Ｍａ ｉ ｍ ａ ｏＣ ｍｂ ｎ ） 而 ｉ ｎ
Ｍ０． ｌｐｅＩ ｐ ｔ ｌｐｅＯｕｐ ｔ 。 Ｍｕｔ ｌ ｕ ｔ ｌ ｉ ｎ Ｍｕ ｉ ｔｕ ）
ＭＩ ＭＯ系统 的发 射方 案主 要 分为 两种 类 型 ： 大 最
化 数据 率 的放射 方 案 （ 间 复用 Ｓ Ｍ ） 空 Ｄ 和最 大 化分集
增 益 的发射方 案 （ 空时编 码 Ｓ Ｃ） 最大化 数据 率发 射 Ｔ 。 方 案 主 要通 过 在不 同天 线 发射 相 互 独 立 的信 号 实 觋
线接 收 ， 行相应 解调 、 进 解码 及空 时处 理 。
成 空 间滤波 和定位 。从本 质上 看 ， 它利 用 了天线 阵 列
巾各单 元之 间 的位 置 关 系 ． 即利用 了信 号 的相 位 关系
克 服多址 干 扰及 多径 干扰 ， 是 它与传 统 分集 技术 的 这
本质 区别 。
ｌ 引 言
智能 天线 通 常也 称作 自适 应天 线 阵列 ， 以形 成 可 特 定 的 天线 波束 ， 现定 向发送 和接 收 ． 实 主要 用 于 完
时处 理 （ 波束成 行 或空 时编码 ） ， 后 映射成 不 同 的信 息
符号 ， 多个 天线 同时 发射 出去 ； 接 收 端用 多个 天 从 在
马 骁 周 围
（ 庆 邮 电 大学 ， 重 重庆 ４ ０ ６ ） ０ ０ ５
摘 要： 绍 了基 于 ＭＩ 介 ＭＯ 的 智 能 天 线 收发 机 结 构 及 最 新 进展 及 其 优 点 ． 讨 了 下一 代 移 动 通信 系 统 智 能天 线技 术 探 的发 展 趋 势 以及 所 面 临的 问题 关键 词 ： 能 天线 ＭＩ 智 ＭＯ 分 集 波 束 赋 形
第四代移动通信关键技术
第四代移动通信关键技术
电科五班
4G的定义
第四代移动通信技术的主要指标：1、数据速率从2Mb/s提 高到100Mb/s，移动速率从步行到车速以上。2、支持高速数 据和高分辨率多媒体服务的需要。宽带局域网应能与B-ISDN 和ATM兼容，实现宽带多媒体通信，形成综合宽带通信网。3、 对全速移动用户能够提供150Mb/s的高质量影像等多媒体业 务。
2020/9/16
• （3）服务质量。服务质量（QoS）包含几个方面的内容。 从协议的角度看，IPv6与目前的IPv4提供相同的QoS，但 是IPv6的优点体现在能提供不同的服务。这些优点来自于 IPv6报头中新增加的字段“流标志”。有了这个20位长的 字段，在传输过程中，中国的各节点就可以识别和分开处理 任何IP地址流。尽管对这个流标志的准确应用还没有制定出 有关标准，但将来它用件无线电（Software Defined Radio,简称 SDR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制 的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的 各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基 带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到 控制协议部分全部由软件编程来完成。
OPDM
• （1）频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近 一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。 OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其 频谱利用率可以接近Nyquist极限。
第4代移动通信技术
第4代移动通信技术摘要：自有近代通信以来，人们就一直追求通信的自由。
无线通信的大众化，如第1 代移动通信（1G）、第2 代移动通信（2G）部分的满足了人们的这种愿望。
但随着互联网和多媒体技术的兴起，人们对移动通信提出了更高的要求。
于是第3 代移动通信（3G）引弓待发，而第4代移动通信（4G）的理论与实践方面的报道已可谓热烈。
关键词：4G；移动通信；技术1 前言4G 也称为广带接入和分布网络。
具有超过2Mb/s 的非对称数据传输能力，对高速移动用户能提供150Mb/s 的高质量的影像服务，并首次实现三维图像的高质量传输。
它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)。
4G 是集多种无线技术和无线LAN 系统为一体的综合系统，也是宽带IP 接入系统。
在这个系统上，移动用户可以实现全球无缝漫游，享用更多的服务，可以通过智能服务向导，轻轻松松地在服务空间畅游。
因此，第四代移动通信系统应该是以用户为中心的移动通信系统。
2 移动通信技术的发展状况2.1第一代———模拟移动通信系统第一代(即1G，是the first generation 的缩写) 移动通信系统的主要特征是采用模拟技术和频分多址(FDMA)技术、有多种制式。
我国主要采用TACS，其传输速率为2.4kbps，由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只是一种区域性的移动通信系统。
第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来，如频谱利用率低、业务种类有限、无高速数据业务、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盗听和盗号、设备成本高、体积大、重量大。
所以，第一代移动通信技术作为20 世纪80 年代到90 年代初的产物已经完成了任务退出了历史舞台。
2.2第二代———数字移动通信系统第二代(即2G，是the second generation 的缩写) 移动通信系统是从20 世纪90 年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统，采用的技术主要有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种技术，它能够提供9.6- 28.8kbps 的传输速率。
第四代移动通信(4G)标准及现状
目前第四代移动通信的研发状况
• 2008年，ITU将开始向全世界征求“后3G”候选标准。目前，已经有许多公司 宣布自己的技术是4G。目前世界范围内面向4G的说法大部分还是在速度上 的提升，还是通过各种技术提高传输的速度，诺基亚、西门子、爱立信在 2007年 3GSM 大会上 分别展示 了 LTE 技 术 ，提供速 度分别高 达 143Mbps 和 144Mbps。应该说，传统通信阵营对于LTE寄托了极大的期望，也会将此作 为4G的发展方向。
（2）软件无线电技术
3G中也采用了该技术。通过3G的开发，软件无线 电技术将进一步向前发展，技术也将更为成熟。它 可使移动终端和基站从3G到4G发展速度大大加快， 系统升级变得十分便捷。
（3）智能天线技术
3G也采用了该技术。智能天线具有抑制干扰、 信号自动跟踪以及数字波束形成等智能功能，用于 移动通信，既可改，我国4G研究项目——FUTURE计划已经并入国家 宽带无线电重大专项中。从2007年年初开始，在2001年～2006年的关键技术 攻关、系统及应用演示之后，我国4G研究项目已经进入第三阶段。在我国上 海已建成全世界最大的B3G/4G实验系统，包括6个节点，3个信道，6个终端， 并引入了如Ipv6核心网络、高清晰度IPTV与移动通信切换等技术。在诸如分 布式无线网络，高速宽带传输等4G关键技术方面具备了中国自己的创新特征。
在3G逐步进入商用后，第四代移动通信（4G）标准也 初显端倪。第四代移动通信（4G）标准比第三代标准具
有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无 线平台和不同频带的网络中提供无线服务，可以在任何 地方宽带接入互联网（包括卫星通信），能够提供信息 通信之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。 同时，第四代移动通信系统还应该是多功能集成的宽带 移动通信系统或多媒体移动通信系统，是宽带接入IP系 统。
1G到5G关键技术的演进
1G到5G关键技术的演进发布时间：2021-11-12T06:44:58.435Z 来源：《现代电信科技》2021年第12期作者：孙国俊[导读] 从1G～5G，通信系统的多址技术发生了巨大的变革。
从FDMA、TDMA、CDMA、MIMO到massive MIMO，通信系统可利用的资源扩展到了频率、时间、码字、空间，通信容量大大增加。
孙国俊（南京邮电大学（电子与光学工程学院）江苏南京 210023）从1G～5G，通信系统的多址技术发生了巨大的变革。
从FDMA、TDMA、CDMA、MIMO到massive MIMO，通信系统可利用的资源扩展到了频率、时间、码字、空间，通信容量大大增加。
第一代移动通信技术 1G（First Generation wireless telephone technology）是第一代移动通信系统，从美国贝尔实验室的先进移动电话系统AMPS（Advanced Mobile Phone System）开始，1979年开通测试网络（频率未获得美国联邦通信委员会正式划定），但是日本是首个商用运营的国家。
频率是一种物理存在，这个频段被用在了通信系统或者广播系统，那么这个频率就不能做其他用处了，这个就是政府无线频率的规划。
因此在给定的频率内，如何尽量多的接入用户，就成为移动通信系统的核心，第一代移动系统之所以很快就普及并在全球快速增长，最核心的就是两个因素：以较小的频率支持一个或者多个用户，以小区（Cell）为基本单元，采用类似蜂窝状的小区频率规划实现频率复用，从而实现高系统容量；集成化和相对低成本的终端，这个强调相对低是指和第一代系统的终端成本相比，虽然模拟系统终端的成本比后续的2G，3G等数字终端的成本还是要很多。
容量的提升和终端成本的降低大大降低了系统的成本，也使得使用门槛相比0G系统要低不少。
第二代移动通信技术第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来：频谱利用率低；业务种类有限；无高速数据业务；保密性差，易被窃听；设备成本高；体积大；重量大；各种系统之间不兼容，无法实现用户系统间的漫游。
“第四代移动通信技术”
“第四代移动通信技术”作者：周云鹏来源：《数字技术与应用》2010年第09期摘要:移动通信技术飞速发展,第四代移动通信技术----4G技术已经在开始应用。
4G 采用OFDM正交频率多重分割等先进技术,必将成为新一代行动通讯的主流技术。
关键词:4G 定义特点关键技术中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1007-0916(2010)09-0045-021 前言移动通信技术飞速发展,已经历了3个主要发展阶段。
第一代起源于20世纪80年代,主要采用模拟和频分多址(FDMA)技术。
第二代(2G)起源于90年代初期,主要采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术。
第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带,不仅传输话音,还能传输高速数据,从而提供快捷方便的无线应用。
今日,3G通讯的技术标准与规范已进入商业用途。
然而到目前为主,在应用上也发现3G通信的许多缺点,例如缺乏全球统一的标准。
3G所採用的语音交换架构仍承袭了2G的"电路交换模式"(Circuit Switch Mode),而非採用纯IP方式,也因此容易受到多用户的干扰,导致传输速率无法大幅提高,因此第四代移动通信系统(4G)的研究势在必行。
2 第四代移动通信技术的定义及特点2.1 第四代移动通信技术的定义第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络,具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力,对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务,将首次实现三维图像的高质量传输。
它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统),集成不同模式的无线通信,移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。
其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容,实现广带多媒体通信,形成综合广带通信网(IBCN),他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
第四代移动通信中MIMO-OFDM技术研究
Ａ ｅａｅｐｗ ｒ ａｉ）另一个就是时域和频域的同步问题 。 ｖｒｇ ｏ ｅ ｔ ， Ｒ ｏ
功率的情况下 成倍 的 提高信 道 容量 。这 两种 技术 的结 合 ，
ＭＩ Ｏ Ｄ 则可 以克服频率选 择性 衰落 ， 加系统容 量 、 ＭＯ－ Ｆ Ｍ 增 提高频谱利用率 ， 技术将 成为 ４ 该 Ｇ的研究热点。
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（） １
其中 ， Ｂ为带宽 ， Ｐ为接收端的平均信噪 比， ｎ Ｍ ， ｍｉ（ Ｎ） 为 Ｍ 、 中较小者 。可见 ， Ｎ 当功率 和带 宽一 定时 ， 系统 的最
２ ６岁 硕 士研 究生
维普资讯
５ ６
山
西
电
子
技
术
２０ ０ ８年
大容量 随最小天线数 的增加 而线性增加 。也 就是说 在不增 加带宽和天线发送功率的情况下 ， 频谱利用率可 以成倍的 提 高 ［ｌ ３。ＭＩ ＭＯ技术除 了可以提 高系统 容 量外 ， 可 以提高 还 信道 的可靠性 ， 降低误码率。
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２０ 年第３ ０８ 期
山西 电子技 术
通 信 技 术
第 四代 移 动 通信 中 ＭＩ — Ｆ Ｍ 技 术研 究 ＭＯ Ｏ Ｄ
何丽华
（ 重庆邮电大学移动通信信息产业部重点实验 室， 重庆 ４０ ６ ） ００ ５
(完整word版)MIMO-OFDM系统原理及其关键技术
MIMO-OFDM系统原理及其关键技术未来的宽带无线通信系统，将在高稳定性和高数据传输速率的前提下，满足从语音到多媒体的多种综合业务需求。
而要在有限的频谱资源上实现综合业务内容的快速传输，需要频谱效率极高的技术。
MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。
OFDM（正交频分复用）技术是多载波窄带传输的一种，其子载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源。
二者的有效结合可以克服多径效应和频率选择性衰落带来的不良影响，实现信号传输的高度可靠性，还可以增加系统容量，提高频谱利用率，是第四代移动通信的热点技术。
OFDM技术原理及实现无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成多个正交子信道，然后将高速数据信号转换成多个并行的低速子数据流，调制到每个信道的子载波上进行窄带传输。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除信道波形间的干扰。
由于OFDM是一种多载波调制技术，OFDM系统采用正交方法来区分不同子载波，子载波间的频谱可以相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又极大地提高了频谱利用率。
如图1可见OFDM的正交性。
图1 OFDM信号频谱由于OFDM系统中有大量载波，所以在实际应用中不可能像传统的处理方法一样，使用几十个甚至几百个振荡器和锁相环进行相干解调。
因此，Weinstein提出了一种用离散傅里叶变换实现OFDM的方法。
设OFDM信号发射周期为［0，T］,在一个周期内传输的N个符号为(D0，D1，…，DN-1)。
第k个符号Dk调制第k个载波fk，所以合成的OFDM信号为:由式⑤可见，以fs对C(t)采样所得的N个样值(C0，C1，…，CN-1)刚好为(D0，D1，…，DN-1)的N 点反向离散傅里叶变换(IDFT)。
因此OFDM系统可以这样实现：在发射端，先由(D0，D1，…，DN-1)的IDFT 求得(C0，C1，…，CN-1)，再经过低通滤波器即得所需的OFDM信号C(t);在接收端，先对C(t)采样得到(C0，C1，…，CN-1)，再对(C0，C1，…，CN-1)求DFT，即得(D0，D1，…，DN-1)。
4G5G 移动通信技术-MIMO多天线技术
C log2(1 | h |2) b / s / Hz
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MIMO系统中，系统容量随着天线数目的增加成线性增加。
常用 MIMO 方案名称 接收分集 多用户虚拟 MIMO 开环发射分集 闭环发射分集 开环空间复用 闭环空间复用
第3章 MIMO多天线技术
3.3 MIMO工作模式
MIMO系统数据流并行传输
MIMO系统就是多个信号流在空中的并行传输。在发射端输入的数据流变成几路并行的 符号流，分别从Pt个天线同时发射出去；接收端从Pr个接收天线将信号接收下来，恢复 原始信号。
传统的多址技术可以分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA） 和空分多址（SDMA），4种方式都以频分多路复用（Frequency-division multiplexing，FDM） 技术为基础，蜂窝移动通信系统中一般采用这4种方式之一或混合方式。
✓ LTE上行方向采用基于循环前缀的SC-FDMA（Single Carrier - Frequency Division Multiplexing Access）单载波频分多址技术。
1. 分集技术
1)接收分集 所谓接收分集，就是接收机利用多条不相干传播路径，同时接收这些路径上的信号，并加 以合成的技术。 2)发射分集 所谓发射分集，就是发射机创造多条不相干传播路径，同时在这些路径上发射信号，为接 收机多路接收提供可能。
第四代移动通信系统中的多天线技术
第 四代移 动通信 系统 中的多天线技术
李钊 韦玮
一
、
引言
（） ４ 软件无线 电技术 ； （） Ｉ Ｏ和智能 天线 技术 ； ５ ＭＭ （） 于公共 Ｉ ６基 Ｐ网的开放结构 。 研究表明， 在基于 Ｃ Ｍ Ｄ Ａ技术的 存 在 ３）
先进 的波 束 转 换 技 术 （ｗｔ ｅ ｅｍ ｔ ｈ ｓｉｈｄｂａ ｃ ｃ ｅ ｎｌ ｙ 和 自适 应 空 间数 字 处理 技术 （ｄｐ ｏ ｇ） ｏ ａａ—
ｔ ｅｓａ ａ ｄｇ ａ ｐｏｅｓ ｇｔ ｈ ｏ ｇ ） 判 ｉ ｔ ｌ ｉ ｔ ｒ ｓ ｎ ｃ ｎｌ ｙ ， ｖ ｐ ｉ ｉｌ ｃ ｉ ｅ ｏ
充容 量的需要 。
．
（） ３ 多址接入方案（ Ｃ—Ｃ Ｍ Ｍ Ｄ Ａ和 Ｆ Ｈ
—
Ｏ Ｃ ＭＡ） ＦＤ ；
２ ． ７
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１基本原 理和结构 ． 智能 天线 利用数字信 号处理技术 ， 采用
转换 系统实现 比较经济 ， 自适应天线相 比 与 结构 简单 ， 无需迭代 ， 快 ， 响应 鲁棒性好 。但
天线 （ｄｐｉ ｒ ｙａｔ ｎ ） ａａｔ ｅａ ａ ｎ ｎ ａ ｏ ｖ ｒ ｅ
（） １ 波束转换智 能天线
波束转换智 能天线具有有 限数 目的、 固
定 的、 预定义 的 方 向 图 ， 它利 用 多个并 行 窄 波束 （５ 一 Ｏ 水 平波束 宽 度 ） 盖 整个用 １。 ３ 。 覆 户区 ， 每个波 束 的指 向是 固定 的 ， 束宽 度 波 也随天线元 的数 目而确 定 （ 图 ２ 。波 束 见 ）
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３％ ， ０ 如此看来 ， 我国的宽带 （ 固定和无线） 用户发展潜力还很可观 ， 但是 在这里需要大
4代移动通信简介
LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目 是3G的演进，LTE并非人们普遍误解的4G技 术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是 3.9G的全球标准。
FDD—LTE
TDD—LTE
更大传输频宽 更高储存容量
更高相容性
不同系统的无缝连接
高度智慧化网路系统
整合性的便利服务
正交频分复用(OFDM)技术
4代移动通信技术简介
第一代——模拟通信技术（1G）
第二代——数字移动通信技术（2G） 第三代——多媒体移动通信技术（3G） 第四代——宽带移动通信技术（4G）
第一代移动通信技术（1G）是指最初的模 拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上 世纪80年代。
主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、 英国的ETACS、欧洲的NMT-450和NMT900、日本的NTT和JTACS/NTACS
1. GSM：基于TDMA所发展、源于欧洲、目前已全球化。
2. IDEN：基于TDMA所发展、美国独有的系统。 3. IS-136﹙也叫做D-AMPS﹚：基于TDMA所发展，是美国最简单 的TDMA系统，用于美洲。 4. PDC﹙Personal Digital Cellular﹚：基于TDMA所发展，仅 在日本普及。 5. IS-95﹙也叫做cdmaOne﹚：基于CDMA所发展、是美国最简单 的CDMA系统、用于美洲和亚洲一些国家。
的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步
融合。
CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发
展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA MultiCarrier，它是由美国高通北美公司为主导提出， 摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参 与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是
4G中的MIMO_OFDM原理及关键技术
CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS December 2009CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS1引言4G 移动通信在描绘高速的数据传输，提供从语音到多媒体业务丰富业务美好前景的同时，也面临着两大挑战：多径衰落和带宽利用率。
OFDM 技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转化为平坦信道，减小了多径衰落的影响。
而M IMO 技术能够在空间上产生独立的并行信道并同时传输多路数据流，在不增加系统带宽的情况下增加频谱利用率，有效的提高了系统的传输速率。
因此，将OFDM 技术和MIMO 技术结合成为4G 中的核心技术。
2OFDM 技术正交频分复用的基本原理是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输，在频域内将信道划分为若干互相正交的子信道，每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制，信号通过各个子信道独立传输。
如果每个子信道的带宽被划分得足够窄，每个子信道的频率特性就可近似看作是平坦的，即每个子信道都可看作无符号间干扰（ISI）的理想信道，这样在接收端不需要使用复杂的信道均衡技术即可对接收信号可靠地解调。
在OFDM 系统中，在OFDM 符号之间插入保护间隔来保证频域子信道之间的正交性，消除OFDM 符号之间的干扰[1]。
OFDM 技术有很多独特的优点：①频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍；②抗多径干扰与频率选择性衰落能力强；③通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力；④基于离散傅立叶变换的OFDM 有快速算法，可采用IFFT 和FFT 来实现调制和解调，易用DSP 实现。
尽管有如此优点，OFDM 还是具有本身难以克服的缺点，如对频偏和相位噪声敏感，功率峰值与均值比（PAPR ）大，所采用的自适应技术以及负载算法会增加发射机和接收机的复杂度。
3MIMO 技术MIM O （多输入多输出）技术利用多天线来抑制信道衰落[2]。
MIMO技术的发展与应用
络 进 行 数 字 化 设 计 。传 统基 站 的 射 频 单 元 和 天 线 是 分 离式 设 计 。有 源 天 线 较 传 统 基 站 和 远 端 射 频 段 元 （ Ｒ Ｒ Ｕ） 有 较 大 的 革 新． 有 源 天 线的 射 频 单元 和 天 线是 合 一 设 计 ， 它 把 多路 小 功 率
明显 。有 源天 线 集 成 度 高 ， 大大节约了天面空间 ； 可 灵 活控 制
波束 赋 形 ， 实现 小 区 的垂 直分 裂或 水 平 分 裂 ， 大 大提 高 系统 吞 吐量 ： 上 下 行 电倾 角独 立调 整 ， 实现 更 加 精 细 的 网络 优 化 ； 有
源 天 线 可 采 用 宽 频 阵 子 ． 对 不 同 频 点 不 同 制 式 的 系 统 设 置 不
３ ＧＰ Ｐ正 式 提 出 了 ３ Ｄ ＭＩ ＭＯ 的 概 念 。３ Ｄ ＭＩ Ｍ０ 真 正 实 现 了水
统 的容 量 。 本 文 主 要 研 究 了 ＭＩ ＭＯ 技 术 的 发 展 与 应 用 。首 先介 绍 了 ＭＩ ＭＯ 系统 的定 义 和 架 构 ， 其 次 从 不 同 的 角 度 对 ＭＩ ＭＯ技 术进 行 了 分类 分 析， 最 后针 对 目前 ＭＩ ＭＯ 技术 的研 究热 点 进 行 总 结 ， 针 对 ＭＩ ＭＯ技 术 研 究 热 点 的 研 究 对 进 一 步 发 挥 ＭＩ ＭＯ 技 术 的作 用具 有 重 要 意 义 。
用率 。 从 天 线 的射 频 结 构 上 来 看 ， 天 线 分 为 无 源 天 线技 术 （ Ｐ Ａ Ｓ ）
Ａ Ａ Ｓ ） 。３ Ｇ Ｐ Ｐ在 ２ ０ １ １年 ９月将 有 源 天 线 作 代， 随 着 用 户 的持 续 增 多 ， 多媒 体 业 务 的 快 速 发 展 ． 对 通 信 容 和 有 源天 线 技 术 （ 为一 个 重 要研 究课 题 （ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｌ ｔ ｅ ｍ， Ｓ Ｉ ） 进 行 了立项 。有 源天 线 不 量 的 需求 急 剧 增 长 ． 急 需一 种 新 的技 术 来 提 高 系统 容 量 ， ＭＩ —
无线通信中的多天线技术研究
无线通信中的多天线技术研究多天线技术是电信领域中的一项重要技术，它的研究和应用旨在提高无线通信系统的信号传输效率和信道容量。
近年来，随着科技的不断发展和技术的不断成熟，多天线技术在移动通信、无线局域网和无线传感器网络等领域中的应用得到了广泛推广。
本文将从基本概念、研究现状、应用领域、技术难点、前景展望等方面，对多天线技术的研究进行探讨。
一、基本概念多天线技术常常被称为多输入多输出技术，简称MIMO技术。
它是指在同一频道内，使用多个天线进行无线信号的传输和接收，从而提高无线传输的性能和容量。
在信号传输过程中，每个天线将会产生一组信号，这些信号互相干扰，进而提供了额外的空间、时间和频率的自由度。
这些自由度可以被用来提高信道容量和增强信号的可靠性，从而大幅度的提升无线传输的速率和系统的吞吐量。
二、研究现状多天线技术的先驱是P.Von Neumann和A. H. J. Salz。
他们在20世纪40年代就提出了基于多天线信号传输原理的无线局域网技术，为后来的MIMO技术研究奠定了基础。
目前，多天线技术在无线通信系统中的应用范围已经非常广泛了。
在第四代移动通信标准LTE（Long Term Evolution）中，MIMO被广泛采用。
现代通信系统所使用的天线阵列技术，以MIMO为代表的典型应用之一，可以将无线信号转化成多条重叠的小信号进行传输，在保证传输质量的同时，提高了无线信道的传输效率。
除此之外，MIMO还被用于WiFi和蓝牙等无线局域网标准的定义，并成为了无线电子技术领域中的热门技术。
同时，多天线技术也被广泛应用于雷达和无线传感器网络等领域，为各行各业的应用提供了重要支撑。
三、应用领域多天线技术可以被广泛应用于各种不同的领域。
在移动通信方面，MIMO可以提高4G网络的数据速率和容量、降低延迟和错误率；在无线局域网方面，MIMO可以扩大WiFi覆盖范围、提高数据速率和防止干扰等；在雷达领域，MIMO技术可以提高雷达的跟踪和目标识别能力；在无线传感器网络方面，多天线技术可以提高网络的可靠性和覆盖范围，也可以简化网络节点的部署，节省成本。
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第四代移动通信系统中的多天线技术[转]
(2008-09-15 15:46:44)
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分类：信息论与编码
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杂谈
一、引言
由于第三代移动通信系统（3G）还存在一些不足，包括很难达到较高的通信速率，提供服务速率的动态范围不大，不能满足各种业务类型要求，以及分配给3G系统的频率资源已经趋于饱和等，于是人们提出了第四代移动通信系统（4G）的构想。
4G的关键技术包括：
（1）调制和信号传输技术（OFDM）；
（2）先进的信道编码方式（Turbo码和LDPC）；
（3）多址接入方案（MC-CDMA和FH-OFCDMA）；
（4）软件无线电技术；
（5）MIMO和智能天线技术；
（6）基于公共IP网的开放结构。
研究表明，在基于CDMA技术的3G中使用多天线技术能够有效降低多址干扰，空时处理能够极大增加CDMA系统容量。
凭在提高频谱利用率方面的卓越表现，MIMO和智能天线成为4G发展中炙手可热的课题。
二、智能天线技术
智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信领域。
使用智能天线可以在不显著增加系统复杂程度的情况下满足服务质量和扩充容量的需要。
1.基本原理和结构
智能天线利用数字信号处理技术，采用先进的波束转换技术（switched beam technology）和自适应空间数字处理技术（adaptive spatial digital processing technology），判断有用信号到达方向（DOA）通过选择适当的合并权值，在此方向上形成天线主波束，同时将低增益旁瓣或零陷对准干扰信号方向。
在发射时，能使期望用户的接收信号功率最大化，同时使窄波束照射范围外的非期望用户受到的干扰最小，甚至为零。
智能天线引入空分多址（SDMA）方式。
在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，用户仍可以根据信号空间传播路径的不同而区分。
实际应用中，天线阵多采用均匀线阵或均匀圆阵。
智能天线系统由天线阵；波束成形成网络；自适应算法控制三部分组成
2.智能天线的分类
智能天线主要分为波束转换智能天线（switched beam antenna）和自适应阵列智能天线（adaptive array antenna）。
（1）波束转换智能天线
波束转换智能天线具有有限数目的、固定的、预定义的方向图，它利用多个并行窄波束（15°～30°水平波束宽度）覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元的数目而确定（见图2）。
波束转换系统实现比较经济，与自适应天线相比结构简单，无需迭代，响应快、鲁棒性好。
但预先设计好的工作模式有限，窄波束的特性将极大地影响系统性能。
（2）自适应阵列智能天线
自适应阵列智能天线实时地对用户到达方向（DOA）进行估计，在此方向上形成主波束，同时使旁瓣或零陷对准干扰方向。
自适应天线阵列一般采用4～16天线阵元结构，阵元间距为1/2波长（若阵元间距过大会使接收信号彼此相关程度降低，太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，可能放大噪声或干扰）。
图3
对自适应阵列智能天线与波束转换智能天线进行了比较。
3.智能天线的自适应波束成形技术
智能天线技术研究的核心是自适应算法，可分为盲算法、半盲算法和非盲算
法。
非盲算法需借助参考信号，对接收到的预先知道的参考信号进行处理可以确定出信道响应，再按一定准则（如迫零准则）确定各加权值，或者直接根据某一准则自适应地调整权值（即算法模型的抽头系数）。
常用的准则有最小均方误差MMSE(Minimum mean square error)、最小均方LMS(Least mean square)和递归最小二乘等；而自适应调整则采取最优化方法，最常见的是最陡梯度下降法。
盲算法无须参考信号或导频信号，它充分利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征（如恒包络、子空间、有限符号集、循环平稳等）来调整权值，以使输出误差尽量小。
常见的算法有常数模算法CMA(Constant module arithmetic)、子空间算法、判决反馈算法等。
非盲算法相对盲算法而言，通常误差较小，收敛速度也较快，但发送参考信号浪费了一定的系统带宽。
为此，又发展了半盲算法，即先用非盲算法确定初始
权值，再用盲算法进行跟踪和调整。
波束赋形的目标是根据系统性能指标，形成对基带信号的最佳组合与分配。
软件无线电系统采用数安波束形成DBF(Digital bind form)。
实现智能天线波
束形成的方式有两种：阵元空间处理方式和波束空间处理方式。
阵元空间处理方式直接对各阵元按接收信号采样并进行加权处理后，形成阵列输出，使天线方向图主瓣对准用户信号到方向，天线阵列各阵元均参与自适应调整；波束空间处理方式包含两级处理过程，第一级对各阵元信号进行固定加权求和，形成指向不同方向的波速，第二级对一级输出进行自适应加权调整并合成，此方案不是对全部阵元都从整体最优计算加权系数，而是只对部分阵元作自适应处理，其特点是计算量小，收敛快，并且有良好的波束保形性能。
4.智能天线的优点及应用
智能天线能够获得更大的天线覆盖范围；有效减少多径衰落的影响，提高通信质量，并能够减少对其它用户的干扰；增加频谱效率和信道容量；动态信道分配；实现移动台定位；提高通信安全性。
目前TD-SCDMA（时分同步码分多址）是世界上惟一采用智能天线的第三代移动通信系统，国际上已经把智能天线技术作B3G移动通信发展的主要方向之
一。
三、MIMO技术
移动通信环境中存在多个散射体、反射体，在无线通信链路的发射与接收端存在多条传播路径，多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。
研究表明，可以利用多径引起的接收信号的某些空间特性实现接收端的信号分离。
多输入一多输出（MIMO）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（见图4）这相当于频带资源重复利用，可以在原有的频带内实现高速率的信息传输，使频谱利用率和链路可靠性极大的提高。
MIMO系统提供分集增益（diversity gain）和复用增益（multiplexing gain）。
1.分集增益
MIMO系统中发射端和接收端结合，得到一个大的分集阶数（diversity order）。
假设发射天线MT，接收天线数MR，最大链路数为MT×MR；如果所有这些链路具有相互独立的衰落，则得到MT×MR阶分集。
2.复用增益
空分复用利用传播环境中丰富的多径分量，多个数据通道共用一个频率带宽，从而使信道容量线性（与天线数成正比）增加，而不需要额外带宽或功率消耗。
输入数据流经过串并变换后形成MT路较低速率的数据流，并在同一时刻经过相同的频带从MT根发射天线发射出去。
由于多径传播，每根接收天线所观察
到的是所有发射信号的叠加，而每根发射天线在接收端具有不同的空间信号，接端利用这些信号的差异分离出独立的数据流，并将它们合并恢复出原始信号（见图5）。
为获得复用增益所付出的代价是使用天线而带来的系统硬件复杂度和成本的增加。
常见的几种线性和非线性接收机有迫零接收机，V-BLAST接收机，最小均方误差接收机和最大似然接收机等.
3.MIMO与空时编码
与MIMO技术密切相关的另一种技术是空时码，空时码是适合于多天线阵信道的一种编码方案。
它综合了空间分集和时间分集的优点，同时提供分集增益和编码增益。
现有的研究表明，空时码能够获得远远高于传统单天线系统的频带利用率。
按照空时码适用信道环境的不同，可以将已有的空时编码分成两大类：一类要求接收端能够准确地估计信道特性，如分层空时码、网格空时码和分组空时码；另一类不要求接收端进行信道估计，如酉空时码和差分空时码。
4.MIMO和OFDM
OFDM技术是一种特殊的多载波传输方案，其多载波之间相互正交，可以高效利用频谱资源，同时OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波，可以有效抵抗频率选择性衰落。
与MIMO相结合的MIMO-OFDM系统既有很高的传输效率，又通过分集达到很强的可靠性，从而成为第四代移动通信系统的研究热点。
四、结束语
传统的智能天线终端只在发射端或接收端配备多个天线元，通常是在基站，因为额外的开销和空间与在移动台相比更容易得到满足。
与智能天线系统相比，MIMO系统在发射端和接收端都为多天线，其潜力远远超过了传统的智能天线，可以使无线链路的容量有惊人的提高。
MIMO信道的可分离性依赖于丰富多径的存在，使信道具有空间选择性。
也就是说MIMO充分利用了多径。
与之相反，一些智能天线在视距（LOS）或近似视距的情况下性能更好，也就是说在通过减少多径分量来获得好的工作性能；另一些基于分集的智能天线技术可以在非视距条件下表现的良好的性能，但它们也是在努力消除多径而不是利用多径。
多天线系统凭借其在提高频谱效率方面的卓越表现，在4G中将发挥重要的作用。