通信學論文-淺談關于移動通信發(fā)展趨勢.doc

通信學論文-淺談關于移動通信發(fā)展趨勢論文關鍵詞：第四代移動通信（4G）；正交頻分復用；多模式終端論文摘要：21世紀移動通信技術和市場飛速發(fā)展，在新技術和市場需求的共同作用下，未來移動通信技術將呈現(xiàn)以下幾大趨勢：網絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化，移動互聯(lián)網逐步形成；網絡技術數(shù)字化、寬帶化；網絡設備智能化、小型化；應用于更高的頻段，有效利用頻率；移動網絡的綜合化、全球化、個人化；各種網絡的融合；高速率、高質量、低費用。這正是第四代（4G）移動通信技術發(fā)展的方向和目標。一、引言移動通信是指移動用戶之間，或移動用戶與固定用戶之間的通信。隨著電子技術的發(fā)展，特別是半導體、集成電路和計算機技術的發(fā)展，移動通信得到了迅速的發(fā)展。隨著其應用領域的擴大和對性能要求的提高，促使移動通信在技術上和理論上向更高水平發(fā)展。20世紀80年代以來，移動通信已成為現(xiàn)代通信網中不可缺少并發(fā)展最快的通信方式之一。回顧移動通信的發(fā)展歷程，移動通信的發(fā)展大致經歷了幾個發(fā)展階段：第一代移動通信技術主要指蜂窩式模擬移動通信，技術特征是蜂窩網絡結構克服了大區(qū)制容量低、活動范圍受限的問題。第二代移動通信是蜂窩數(shù)字移動通信，使蜂窩系統(tǒng)具有數(shù)字傳輸所能提供的綜合業(yè)務等種種優(yōu)點。第三代移動通信的主要特征是除了能提供第二代移動通信系統(tǒng)所擁有的各種優(yōu)點，克服了其缺點外，還能夠提供寬帶多媒體業(yè)務，能提供高質量的視頻寬帶多媒體綜合業(yè)務，并能實現(xiàn)全球漫游?，F(xiàn)在用的大多是第二代技術，第三代技術還不太成功，但已有了第四代技術的設想。第四代移動通信系統(tǒng)（4G）標準比第三代具有更多的功能。二、4G移動通信簡介第四代移動通信技術的概念可稱為寬帶接入和分布網絡，具有非對稱的超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網絡。第四代移動通信標準比第三代標準擁有更多的功能。第四代移動通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網絡中提供無線服務，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。此外，第四代移動通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。目前正在開發(fā)和研制中的4G通信將具有以下特征：（一）通信速度更快由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet的速率，因此4G通信的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。專家預估，第四代移動通信系統(tǒng)的速度可達到10-20Mbit/s，最高可以達到100Mbit/s。（二）網絡頻譜更寬要想使4G通信達到100Mbit/s的傳輸速度，通信運營商必須在3G通信網絡的基礎上對其進行大幅度的改造，以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的帶寬高出許多。據(jù)研究，每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當于W-CDMA3G網絡的20倍。（三）多種業(yè)務的完整融合個人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂等業(yè)務無縫連接為一個整體，滿足用戶的各種需求。4G應能集成不同模式的無線通信從無線局域網和藍牙等室內網絡、蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。各種業(yè)務應用、各種系統(tǒng)平臺間的互聯(lián)更便捷、安全，面向不同用戶要求，更富有個性化。而且4G手機從外觀和式樣上看將有更驚人的突破，可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋都有可能成為4G終端。（四）智能性能更高第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化，更重要的是4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如，4G手機將能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機的主人。（五）兼容性能更平滑要使4G通信盡快地被人們接受，還應該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下輕易地過渡到4G通信。因此，從這個角度來看，4G通信系統(tǒng)應當具備全球漫游、接口開放、能跟多種網絡互聯(lián)、終端多樣化以及能從2G、3G平穩(wěn)過渡等特點。（六）實現(xiàn)更高質量的多媒體通信4G通信提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等，大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此4G也稱為“多媒體移動通信”。（七）通信費用更加便宜由于4G通信不僅解決了與3G的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端通信技術，因此，相對其他技術來說，4G通信部署起來就容易、迅速得多。同時在建設4G通信網絡系統(tǒng)時，通信運營商們將考慮直接在3G通信網絡的基礎設施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運營成本。三、4G移動通信的接入系統(tǒng)4G移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點是，智能化多模式終端（multi-modeterminal）基于公共平臺，通過各種接技術，在各種網絡系統(tǒng)（平臺）之間實現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。在4G移動通信中，各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個公共平臺，相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，來滿足不同用戶的通信需求。當多模式終端接入系統(tǒng)時，網絡會自適應分配頻帶、給出最優(yōu)化路由，以達到最佳通信效果。目前，4G移動通信的主要接入技術有：無線蜂窩移動通信系統(tǒng)（例如2G、3G）；無繩系統(tǒng)（如DECT）；短距離連接系統(tǒng)（如藍牙）；WLAN系統(tǒng)；固定無線接入系統(tǒng)；衛(wèi)星系統(tǒng)；平流層通信（STS）；廣播電視接入系統(tǒng)（如DAB、DVB-T、CATV）。隨著技術發(fā)展和市場需求變化，新的接入技術將不斷出現(xiàn)。不同類型的接入技術針對不同業(yè)務而設計，因此，我們根據(jù)接入技術的適用領域、移動小區(qū)半徑和工作環(huán)境，對接入技術進行分層。分配層：主要由平流層通信、衛(wèi)星通信和廣播電視通信組成，服務范圍覆蓋面積大。蜂窩層：主要由2G、3G通信系統(tǒng)組成，服務范圍覆蓋面積較大。熱點小區(qū)層：主要由WLAN網絡組成，服務范圍集中在校園、社區(qū)、會議中心等，移動通信能力很有限。個人網絡層：主要應用于家庭、辦公室等場所，服務范圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限，但可通過網絡接入系統(tǒng)連接其他網絡層。固定網絡層：主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。網絡接入系統(tǒng)在整個移動網絡中處于十分重要的位置。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個方面進行技術革新和突破：為最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源，在接入系統(tǒng)的物理層，優(yōu)化調制、信道編碼和信號傳輸技術，提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術，并在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究。為提高網絡性能，在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網絡自我優(yōu)化和自動重構技術，動態(tài)頻譜分配和資源分配技術，網絡管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。提高和擴展IP技術在移動網絡中的應用；加強軟件無線電技術；優(yōu)化無線電傳輸技術，如支持實時和非實時業(yè)務、無縫連接和網絡安全。四、4G移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術（一）定位技術定位是指移動終端位置的測量方法和計算方法。它主要分為基于移動終端定位、基于移動網絡定位或者混合定位三種方式。在4G移動通信系統(tǒng)中，移動終端可能在不同系統(tǒng)（平臺）間進行移動通信。因此，對移動終端的定位和跟蹤，是實現(xiàn)移動終端在不同系統(tǒng)（平臺）間無縫連接和系統(tǒng)中高速率和高質量的移動通信的前提和保障。（二）切換技術切換技術適用于移動終端在不同移動小區(qū)之間、不同頻率之間通信或者信號降低信道選擇等情況。切換技術是未來移動終端在眾多通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立可靠移動通信的基礎和重要技術。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統(tǒng)中，切換技術的適用范圍更為廣泛，并朝著軟切換和硬切換相結合的方向發(fā)展。（三）軟件無線電技術在4G移動通信系統(tǒng)中，軟件將會變得非常繁雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術，將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信的橋梁。軟件無線電技術能夠將模擬信號的數(shù)字化過程盡可能地接近天線，即將A/D和D/A轉換器盡可能地靠近RF前端，利用DSP進行信道分離、調制解調和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個無線電通信平臺，在平臺上運行各種軟件系統(tǒng)，以實現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無線通信。因此，應用軟件無線電技術，一個移動終端，就可以實現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺之間，暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。（四）智能天線技術智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調節(jié)等智能功能，能滿足數(shù)據(jù)中心、移動IP網絡的性能要求。智能天線成形波束能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。（五）交互干擾抑制和多用戶識別待開發(fā)的交互干擾抑制和多用戶識別技術應成為4G的組成部分，它們以交互干擾抑制的方式引入到基站和移動電話系統(tǒng)，消除不必要的鄰近和共信道用戶的交互干擾，確保接收機的高質量接收信號。這種組合將滿足更大用戶容量的需求，還能增加覆蓋范圍。交互干擾抑制和多用戶識別兩種技術的組合將大大減少網絡基礎設施的部署，確保業(yè)務質量的改善。（六）新的調制和信號傳輸技術在高頻段進行高速移動通信，將面臨嚴重的選頻衰落（frequency-selectivefading）。為提高信號性能，研究和發(fā)展智能調制和解調技術，來有效抑制這種衰落。例如正交頻分復用技術（OFDM）、自適應均衡器等。另一方面，采用TPC、Rake擴頻接收、跳頻、FEC（如AQR和Turbo編碼）等技術，來獲取更好的信號能量噪聲比。五、OFDM技術在4G中的應用若以技術層面來看，第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術，第四代移動通信系統(tǒng)技術則以正交頻分復用（OrthogonalFreqencyDivisionMultiplexer，OFDM）最受矚目，特別是有不少專家學者針對OFDM技術在移動通信技術上的應用，提出相關的理論基礎。例如無線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等，都將在未來采用OFDM技術，而第四代移動通信系統(tǒng)則計劃以OFDM為核心技術，提供增值服務。在時代交替之際，舊有系統(tǒng)之整合與升級是產業(yè)關心的話題，目前大家談的是GSM如何升級到第三代移動通信系統(tǒng)；而未來則是CDMA如何與OFDM技術相結合?？梢灶A計，CDMA絕對不會在第四代移動通信系統(tǒng)中消失，而是成為其應用技術的一部份，或許未來也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產生，前文所提到的數(shù)字音訊廣播，其實它真正運用的技術是OFDM/FDMA的整合技術，同樣是利用兩種技術的結合。因此未來以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統(tǒng)，也將會結合兩項技術的優(yōu)點，一部份將是以CDMA的延伸技術。六、結束語對于現(xiàn)在的人來說，未來的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認為第四代無線通信網絡系統(tǒng)是人類有史以來最復雜的技術系統(tǒng)?？偟膩碚f，要順利、全面地實施4G通信，還將可能遇到一些困難。首先，人們對未來的4G通信的需求是它的通信傳輸速度將會得到極大提升，從理論上說最高可達到100Mbit/s，但手機的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制。據(jù)有關行家分析，4G手機將很難達到其理論速度。其次，4G的發(fā)展還將面臨極大的市場壓力。有專家預測，在10年以后，2G的多媒體服務將進入第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球的3