4G移动通信系统的关键技术
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2.1OFDMA 技术【1】............................................................................................................. 2 2.1 .1OFDMA 技术原理................................................................................................... 2 2.1.2 OFDM 系统参数分析与设计..................................................................................3
2.1 .1 OFDMA 技术原理
OFDMA：正交频分多址 Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access （OFDMA）：主要思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并 行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，然后在部分子载波上加载 传输数据。OFDMA 技术优点：频谱效率高，来源于正交传输；采用 CP 回避用户 间干扰，频谱效率高。OFDMA 技术克服的是由于多径效应产生的频率选择性衰弱。
图 2- 1
图 2- 2
2
2.1.2 OFDM 系统参数分析与设计
图 2- 3
图 2- 4
由上图分析表明：采用 IFFT 产生 OFDM 信号决定了：子载波间隔△f=1/T （T 为 OFDM 符号周期）。△f 不能太小：必须能容忍一定车速下的多普勒频移 动效应，起到分隔干扰效果。△f 不能太大：T 过小，则对应 CP 开销过大，增 加系统负担。典型△f 值：10- 20kHZ，LTE 实际经验建议值:15kHZ（符号长度 66.67us）。CP 不能太小：必须能覆盖主要多径的时延扩展，容忍一定的定时误 差。CP 不能太大：信令开销限制了 CP 不能无限扩大。CP 可以采用多个选项： LTE：常规 CP:4.687ms 扩展 CP:16.67ms 超长 CP:33.33。
4.1MIMO 技术原理.................................................................................................................. 6 4.1.1 空间分集（Spatial Diversity）................................................................................ 6 4.1.2MIMO 模式自适应转换........................................................................................... 6 4.1.3MIMO 容量分析....................................................................................................... 6 4.1.4MIMO 容量与天线数关系....................................................................................... 7 4.1.5 MIMO- OFDMA- SCFDMA 技术结合及总结...................................................... 8
2.2SC- FDMA 技术【2】......................................................................................................... 3 2.2.1 SC- FDMA 技术原理...............................................................................................3 2.2.2 SC- FDMA 、OFDMA 技术...................................................................................4
南京信息职业技术学院
课ຫໍສະໝຸດ Baidu专题研究论文
作者 第四组(王薛涛、陆钰霞、笪陈阳、吉小芳、
马一鸣、袁瑶瑶)
学号 36、6、20、4、29、45
系部
5系
专业
通信技术（通信工程与监理）
题目
4G 移动通信系统的关键技术
指导教师
顾艳华
评阅教师
顾艳华
完成时间：
2015 年 5 月 26 日
I
摘要
题目：4G 移动通信系统的关键技术
摘要 ：LTE 标准在 3GPP 的研讨下在 2009 年正式出台，下行速率可以达到 100Mbps，标志着百兆时代正式来临。本文主要针对 4G 移动通信系统其中的 4 个关键技术针对它们的原理，优势等方面进行简略的介绍，分别是 OFDMA、 SC-FDMA、智能天线以及 MIMO、自适应调制编码技术以及全 IP 组网方式。其中 4G 系统上下行接入方式并不一样，在讲究速率的下行采用的是 OFDM 接入方式， 而下行采用的是单载波的 SC-FDMA。MIMO 技术指在发射端和接收端分别使用多 个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收， 从而改善通信质量。自适应调制编码技术是根据无线信道变化选择合适的调制 和编码方式，网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行 链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。文章最后同时针对 4G 网络架构进行简要点评。
III
第一章 绪论
进入 21 世纪，计算机网络在全球迅速普及，宽带无线接入市场开始兴起， 由于采用了基于标准的 IP 网作为核心网并考虑了突发型数据业务的需求，宽带 无线接入速率可达几百 kbps 甚至几十 Mbps，明显优于基于蜂窝移动网络的 2.5G/3G 手机移动业务，为了抢占宽带接入无线接入市场，3GPP 早在 2002 年 6 月就确定了通用移动通信系统（UMTS）演进 R5 版本，在接入网部分通过引入 IP 技术实现核心网与接入网的全免 IP 化，成为了全 IP 的第一个版本。其中，在下 行链路 R5 使用了高速下行分组接入（HSDPA）技术，使得峰值速率可高达 10Mbps。 在 2004 年 12 月，3GPP 确定了 R6 版本，使用高速上行分组接入（HSUPA）技术， 以 解 决 上 行 链路 分 组 化 问 题 。与 此 同 时 ， 随 着全 球 微 波互 联 接入 （ World interoperability for Microwave Access，WIMAX）技术的崛起，其为用户所 提供的在 20MHz 的带宽下能提供高达 70Mbps 的峰值速率让 3GPP 感受到来自市场 的巨大竞争压力。为了应对 WIMAX 带来的挑战，4G 技术随之诞生。对比前几代 LTE 中的关键技术都有了相当大的提高。
3
图 2- 5
2.2.2 SC- FDMA 、OFDMA 技术对比及联合采用 SC- FDMA 和 OFDMA 在传 输性能方面，无论编码方式是 QPSK 还是 16QAM，都有比较接近的曲线.上图可 以看出：SC- FDMA 能对于单用户获得低 PAPR 的效果。SC- FDMA 特别适合单用 户的情况下进行传输，此时的 SC- FDMA 的 PAPR 远低于 OFDMA 技术的，所以 SCFD-MA 是特别为上行链路量身定制的 LTE 关键技术，能提高终端电池使用时间。
1
第二章 接入方式与多址方案
2.1OFDMA 技术【1】
OFDMA 和 SC- FDMA 技术为了在有限的宽带内传送更多更大的信息量，LTE 通信标准中选取了 OFDM 技术和 SC-FDMA 技术作为 LTE 技术中的调制型技术。SCFDMA 技术是应用在上行的通信过程中的，是一种相对特定的优化的 OFDMA 技术， 这种技术具有更低的峰值比可以提高用户终端产品在上行通信中的功能效率 OFDMA 技术的应用可以在多个正交子载波对高速数据流中进行分流，这样就降低 了相同数据量在不同情况下需要的传输速率，增大单个符号的传输时间就可以增 强 LTE 系统的实际抗干扰力，减小了信息通信数据之间的干扰效果。
第五章 全 IP 组网方式................................................................................................................... 9 5.1 巨大的地址空间...................................................................................................................9 5.2 自动控制...............................................................................................................................9 5.3 核心网具有开放的结构.......................................................................................................9
第三章 自适应调制编码技术【3】................................................................................................ 4 第四章 MIMO 技术【4】.............................................................................................................. 6
二、关键词：高速率、OFDMA 、SC- FDMA 、全 IP、MIMO
II
目录
第一章 绪论...................................................................................................................................1 第二章 接入方式与多址方案...........................................................................................................2
2.2SC- FDMA 技术【2】
2.2.1 SC- FDMA 技术原理
SC- FDMA（Single- carrier Frequency- Division MultipleAccess，单载 波频分多址），是 LTE 推荐的上行链路多址技术。SC- FDMA 产生方法：是在 OFDM 的 IFFT 调制之前对信号进行 DFT 扩展, SC- FDMA 由于采用单载波的方式，与 OFDMA 相比之下具有较低的 PAPR（峰值 / 平均功率比，peak- to- average power ratio），比多载波的 PAPR 低 1- 3dB 左右。较低的 PAPR 可以使手机終降低硬 件集成度门槛，减少突发性的高功耗硬件，进而可以延长手机电池的使用时间。
2.1 .1 OFDMA 技术原理
OFDMA：正交频分多址 Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access （OFDMA）：主要思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并 行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，然后在部分子载波上加载 传输数据。OFDMA 技术优点：频谱效率高，来源于正交传输；采用 CP 回避用户 间干扰，频谱效率高。OFDMA 技术克服的是由于多径效应产生的频率选择性衰弱。
图 2- 1
图 2- 2
2
2.1.2 OFDM 系统参数分析与设计
图 2- 3
图 2- 4
由上图分析表明：采用 IFFT 产生 OFDM 信号决定了：子载波间隔△f=1/T （T 为 OFDM 符号周期）。△f 不能太小：必须能容忍一定车速下的多普勒频移 动效应，起到分隔干扰效果。△f 不能太大：T 过小，则对应 CP 开销过大，增 加系统负担。典型△f 值：10- 20kHZ，LTE 实际经验建议值:15kHZ（符号长度 66.67us）。CP 不能太小：必须能覆盖主要多径的时延扩展，容忍一定的定时误 差。CP 不能太大：信令开销限制了 CP 不能无限扩大。CP 可以采用多个选项： LTE：常规 CP:4.687ms 扩展 CP:16.67ms 超长 CP:33.33。
4.1MIMO 技术原理.................................................................................................................. 6 4.1.1 空间分集（Spatial Diversity）................................................................................ 6 4.1.2MIMO 模式自适应转换........................................................................................... 6 4.1.3MIMO 容量分析....................................................................................................... 6 4.1.4MIMO 容量与天线数关系....................................................................................... 7 4.1.5 MIMO- OFDMA- SCFDMA 技术结合及总结...................................................... 8
2.2SC- FDMA 技术【2】......................................................................................................... 3 2.2.1 SC- FDMA 技术原理...............................................................................................3 2.2.2 SC- FDMA 、OFDMA 技术...................................................................................4
南京信息职业技术学院
课ຫໍສະໝຸດ Baidu专题研究论文
作者 第四组(王薛涛、陆钰霞、笪陈阳、吉小芳、
马一鸣、袁瑶瑶)
学号 36、6、20、4、29、45
系部
5系
专业
通信技术（通信工程与监理）
题目
4G 移动通信系统的关键技术
指导教师
顾艳华
评阅教师
顾艳华
完成时间：
2015 年 5 月 26 日
I
摘要
题目：4G 移动通信系统的关键技术
摘要 ：LTE 标准在 3GPP 的研讨下在 2009 年正式出台，下行速率可以达到 100Mbps，标志着百兆时代正式来临。本文主要针对 4G 移动通信系统其中的 4 个关键技术针对它们的原理，优势等方面进行简略的介绍，分别是 OFDMA、 SC-FDMA、智能天线以及 MIMO、自适应调制编码技术以及全 IP 组网方式。其中 4G 系统上下行接入方式并不一样，在讲究速率的下行采用的是 OFDM 接入方式， 而下行采用的是单载波的 SC-FDMA。MIMO 技术指在发射端和接收端分别使用多 个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收， 从而改善通信质量。自适应调制编码技术是根据无线信道变化选择合适的调制 和编码方式，网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行 链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。文章最后同时针对 4G 网络架构进行简要点评。
III
第一章 绪论
进入 21 世纪，计算机网络在全球迅速普及，宽带无线接入市场开始兴起， 由于采用了基于标准的 IP 网作为核心网并考虑了突发型数据业务的需求，宽带 无线接入速率可达几百 kbps 甚至几十 Mbps，明显优于基于蜂窝移动网络的 2.5G/3G 手机移动业务，为了抢占宽带接入无线接入市场，3GPP 早在 2002 年 6 月就确定了通用移动通信系统（UMTS）演进 R5 版本，在接入网部分通过引入 IP 技术实现核心网与接入网的全免 IP 化，成为了全 IP 的第一个版本。其中，在下 行链路 R5 使用了高速下行分组接入（HSDPA）技术，使得峰值速率可高达 10Mbps。 在 2004 年 12 月，3GPP 确定了 R6 版本，使用高速上行分组接入（HSUPA）技术， 以 解 决 上 行 链路 分 组 化 问 题 。与 此 同 时 ， 随 着全 球 微 波互 联 接入 （ World interoperability for Microwave Access，WIMAX）技术的崛起，其为用户所 提供的在 20MHz 的带宽下能提供高达 70Mbps 的峰值速率让 3GPP 感受到来自市场 的巨大竞争压力。为了应对 WIMAX 带来的挑战，4G 技术随之诞生。对比前几代 LTE 中的关键技术都有了相当大的提高。
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图 2- 5
2.2.2 SC- FDMA 、OFDMA 技术对比及联合采用 SC- FDMA 和 OFDMA 在传 输性能方面，无论编码方式是 QPSK 还是 16QAM，都有比较接近的曲线.上图可 以看出：SC- FDMA 能对于单用户获得低 PAPR 的效果。SC- FDMA 特别适合单用 户的情况下进行传输，此时的 SC- FDMA 的 PAPR 远低于 OFDMA 技术的，所以 SCFD-MA 是特别为上行链路量身定制的 LTE 关键技术，能提高终端电池使用时间。
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第二章 接入方式与多址方案
2.1OFDMA 技术【1】
OFDMA 和 SC- FDMA 技术为了在有限的宽带内传送更多更大的信息量，LTE 通信标准中选取了 OFDM 技术和 SC-FDMA 技术作为 LTE 技术中的调制型技术。SCFDMA 技术是应用在上行的通信过程中的，是一种相对特定的优化的 OFDMA 技术， 这种技术具有更低的峰值比可以提高用户终端产品在上行通信中的功能效率 OFDMA 技术的应用可以在多个正交子载波对高速数据流中进行分流，这样就降低 了相同数据量在不同情况下需要的传输速率，增大单个符号的传输时间就可以增 强 LTE 系统的实际抗干扰力，减小了信息通信数据之间的干扰效果。
第五章 全 IP 组网方式................................................................................................................... 9 5.1 巨大的地址空间...................................................................................................................9 5.2 自动控制...............................................................................................................................9 5.3 核心网具有开放的结构.......................................................................................................9
第三章 自适应调制编码技术【3】................................................................................................ 4 第四章 MIMO 技术【4】.............................................................................................................. 6
二、关键词：高速率、OFDMA 、SC- FDMA 、全 IP、MIMO
II
目录
第一章 绪论...................................................................................................................................1 第二章 接入方式与多址方案...........................................................................................................2
2.2SC- FDMA 技术【2】
2.2.1 SC- FDMA 技术原理
SC- FDMA（Single- carrier Frequency- Division MultipleAccess，单载 波频分多址），是 LTE 推荐的上行链路多址技术。SC- FDMA 产生方法：是在 OFDM 的 IFFT 调制之前对信号进行 DFT 扩展, SC- FDMA 由于采用单载波的方式，与 OFDMA 相比之下具有较低的 PAPR（峰值 / 平均功率比，peak- to- average power ratio），比多载波的 PAPR 低 1- 3dB 左右。较低的 PAPR 可以使手机終降低硬 件集成度门槛，减少突发性的高功耗硬件，进而可以延长手机电池的使用时间。