第四代移动通信技术

第四代移动通信技术

课程名称：移动网络与3G技术

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1、引言

移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的通信。随着电子技术的发展，特别是半导体、集成电路和计算机技术的发展，移动通信得到了迅速的发展。随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。20世纪80年代以来，移动通信已成为现代通信网中不可或缺并发展最快的通信方式之一。

回顾移动通信的发展历程，移动通信的发展大致经历了几个发展阶段：第一代（即1G，是the first generation的缩写）移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信，技术特征是蜂窝网络结构克服了大区制容量低、活动范围受限的问题；第二代（即2G，是the second generation的缩写）移动通信是蜂窝数字移动通信，使蜂窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点；第三代（即3G，是the third generation的缩写）移动通信的主要特种是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点，克服了其缺点外，还能够提供宽带多媒体业务，能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务，并能实现全球漫游。

2008年中国信息产业部颁发了三个3G拍照分别给了中国联通（WCDMA）、中国移动通信（TD-SCDMA）、中国电信（CDMA2000）。我国在超3代移动通信技术方面，积极的满足超3代移动通信在传输速率、业务支持、系统容量等方面的应用需求，在超3G移动通信系统网络结构、空中接口等各个方面，进一步开展深入系统的研究，重点突破，形成完善的超3代总体技术方案，构建具有超3代移动通信主要技术特征的试验系统，具备向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准建议的技术基础。这代表着我国的4G技术将与世界先进水平齐平。国际电信联盟确定LTE-Advanced和802.16m为4G国际标准候选技术。

2、第四代移动通信技术简介

第四代移动通信技术（即4G）的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代移动通信标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。

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。

第四代移动通信技术具有以下特点：1、具有很高的传输速率和传输质量。未来的移动通信系统应该能够承载大量的多媒体信息，因此要具备50-100Mb/s 的最大传输速率、非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、QoS机制、很低的比特开销等功能；2、灵活多样的业务功能。未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络（自组网）、代理等功能；3、开放的平台。未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络；4、高度智能化的网络。未来的移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求。

3、4G技术标准

4G作为新兴技术，全球各大移动通信厂商和研究机构都相继推出了自己的标准，其中以LTE-advanced和IEEE 802.16m是最具备优势的两大标准。

以欧盟厂家为主的3G 标准组织3GPP （The Third-Generation Partnership Project）已着手新一代无线通信技术规格的制定，称为LTE。LTE 为GSM（2G）/UMTS（3G）、WCDMA（3G）标准家族的最新成员。它是以GSM 为技术基础、3G 为发展延伸的技术。目前LTE可达到最高下载速率约为325Mbps，而上载速率约为86Mbps。虽然LTE现阶段仍未符合4G系统的需求标准，但3GPP已积极进行技术的研发与规格的制定，于2008 年完成了第一个LTE 技术规格版本。

IEEE 802.16m 是以移动Wi-MAX （Mobile Wi-MAX IEEE 802.16e-2005）为基础的无线通信技术，也称为Wi-MAX II。未来IEEE 802.16m 在高速移动下，将可支持达到100Mbps 的传输速率；而在慢速状态下，传输速率将能达到1Gbps。在都市中，其传输距离约2km，而在郊区的传输距离可达10km。

4、我国的4G技术标准

作为一个刚刚迈入3G时代没有多久的国家，TD-SCDMA是作为我国自主研

发的3G技术标准的面向国人；虽然我国自主研发的3G技术现在还没有投入正式的使用，但是我国的4G标准已经随着3G标准的研发，展露了头角，相信在未来的4G时代，我国的TD-LTE能在世界上占有一席之位。

4.1处于理论阶段的中国4G技术

TD-LTE-Advanced（LTE-Advanced TDD制式）是中国继TD-SCDMA之后，提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术。它吸纳TD-SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。2004年，中国在标准化组织3GPP提出了第三代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE，主导完成了相关技术标准。

目前，TD-LTE-Advanced已获得欧洲标准化组织3GPP和亚太地区通信企业的广泛认可和支持。在4G国际标准制定过程中，TD-LTE-Advanced将面临其他候选技术的挑战。中国将全力推动TD-LTE-Advanced成为4G国际标准，积极推进相关产业发展。

4.2LTE-Advanced技术简介

1）正交频分复用（OFDM）技术

OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。

2）软件无线电

软件无线电的基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。

3）智能天线技术

智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质