3G4G5G系统天线技术的差异

3G/4G/5G通信系统天线技术

的差异

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目录

1 3G/4G/5G通信系统的关键技术 (1)

1.1 3G通信系统的关键技术 (1)

1.2 4G通信系统的关键技术 (1)

1.3 5G通信系统的关键技术 (2)

2 无线通信信道衰落特性 (3)

2.1 信道噪声干扰 (4)

2.1.1 高斯白噪声 (4)

2.1.2 瑞丽分布信道模型 (4)

2.1.3 如何对抗无线通信的衰落 (5)

2.2 3G/4G/5G通信系统中天线技术差异 (6)

2.2.1 3G通信系统中智能天线 (6)

2.2.2 4G通信系统中MIMO技术 (6)

2.2.3 5G通信系统的MassiveMIMO技术 (7)

3 总结 (11)

4 参考文献 (11)

3G/4G/5G的天线技术差异

本文讨论3G/4G/5G（第三代/第四代/第五代）通信系统中关键技术，然后讨论它们所采用天线技术的差异。在参阅和研究了有关3G/4G/5G通信系统关键技术的大量论文之后，在此，我做出自己的一些分析和总结。

随着科学技术的迅猛发展，移动通信技术发生了深刻变革，从1G到2G，到3G，再到4G和5G，不断变革和延续。2013年12月4日，第四代移动通信4G 技术正式在中国市场运营，意味着中国移动通信事业进入4G时代。而此时，在各国研究所和全球知名从事通信技术研究的企业都已经进入新一代移动通信，即5G（第五代移动通信系统），的研发当中。无论哪代通信系统，所研究的技术都是要从无线通信信道特性分析，克服噪声干扰。现在大量研究人员在关注Massive（大规模）MIMO技术，它与3G/4G通信系统所采用的天线技术差异在哪里？它是否会成为新一代无线通信的核心技术？

13G/4G/5G通信系统的关键技术

1.13G通信系统的关键技术

从20世纪90年代早期，移动通信业界开始积极研究第三代移动通信标准和技术。2009年1月，中国工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3G牌照，意味着我国进入3G移动通信时代。第三代移动通信系统主要有WCDMA、CD-MA2000和TD-SCDMA 3种技术体制。它的主要关键技术有，

a.Rake接收技术；

b.信道编译码技术；

c.功率控制技术；

d.多用户检测技术；

e.智能天线；

f.软件无线电。

1.24G通信系统的关键技术

2013年12月，我国正式进入4G（第四代移动通信系统）的通信网络时代，在4G移动通信系统中，采用OFDM(正交频分复用)技术，OFDM技术因其频谱利用

率高和抗多径衰落性能好而被普遍看好，未来5G通信网络也将进行与OFDM技术相关的研究。

4G通信系统主要关键技术有，

a.OFDM技术；

b.MIMO技术；

c.多用户检测技术；

d.软件无线电；

e.智能天线技术；

f.IPv6技术。

1.35G通信系统的关键技术

中国工业和信息化部刚刚给三大运营商发放4G牌照，他们还在大规模布网，用户数量也不多。此时中国移动表示启动5G通信系统研发，分析人士指出，目前三大运营商均在参与5G研发，一是为了技术跟上时代变化，二是需求快于技术发展。中国移动副总裁李正茂在2014年巴塞罗那世界通信大会（MWC）表示：“中国移动将全力支持5G项目发展，希望能引导产业界5G技术研发和技术标准的制定。”

随着移动通信技术研究的不断深入， 5G 关键支撑技术将逐步得以明确，并在未来几年内进入实质性的标准化研究与制定阶段。未来将采用何种核心技术，目前还没有定论。不过，综合各大高端移动通信论坛讨论的焦点，我收集了9大关键技术。

a.大规模 MIMO 技术；

b.基于滤波器组的多载波技术；

c.全双工技术；

d.超密集异构网络技术；

e.自组织网络技术；

f.高频段的使用；

g.软件定义无线网络；

h.无线接入技术：

(1)BDMA（射束分割多址技术）

(2)NOMA (非正交多址接入技术)

i.D2D（设备对设备）通信。

图1是5G通信网络中大规模MIMO天线的布局，我在实验室正在研究Massive MIMO技术。图1显示了用户以大规模天线为中心，相互之间进行通信。

图1. 大规模天线协作无线通信网络

2无线通信信道衰落特性

无线通信系统的性能主要受移动无线信道的制约。无线信道非常复杂，对它的建模一直是系统设计中的难点，一般是利用统计方法，根据对特定频带上的通信系统的测量值来进行统计。

无线信道衰落信道分为大尺度衰落信道模型和小尺度衰落信道模型。所谓大尺度衰落模型，描述的是发射机和接收机之间长距离（几百米或几千米）上的场强变化，反映由路径损耗和阴影效应所引起的接收信号功率随距离变化的规律。小尺度衰落模型，描述短距离或短时间内的接收场强的快速波动。

大尺度衰落信道模型由收、发端之间地表轮廓（如高山、森林、建筑等）的影响引起。小尺度衰落信道模型由多径效应和多普勒效应引起，如果存在大量反射路径而没有LOS（直射信号）信号分量，此时的小尺度衰落称为Rayleigh衰落，接收信号的包络由Rayleigh概率密度函数统计描述；若存在LOS，则包络服从

Rician 分布。多径效应现象引起平坦衰落和频率选择性衰落。

在3G/4G/5G 无线通信系统中，如何克服多径效应现象，就我所研究的，在此进行一些分析和看法？

2.1 信道噪声干扰

2.1.1 高斯白噪声

在分析无线通信系统的性能时，通常以理想的加性高斯白噪声（AWGN ）信道作为分析的基础。在该信道上，统计独立的高斯遭受叠加在信号上。高斯噪声指频谱非常宽(1012Hz)、幅度随时间连续随机变化，也称为起伏噪声。所谓”白”，指噪声功率谱密度(PSD)在整个频率轴上为常数。

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n n w w w Hz w =-∞<<∞ （1） 2.1.2 瑞丽分布信道模型

数学描述：概率密度函数（pdf ）、累积积分函数（CDF ）及其数字特征（数学期望、方差、中值）。

（2）

（3）

（4）

（5）