4G通信系統(tǒng)與其發(fā)展趨勢

4G通信系統(tǒng)與其發(fā)展趨勢第一頁，共60頁。

第四代移動通信系統(tǒng)(4G)

1第四代移動通信系統(tǒng)概述24G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34G的關(guān)鍵技術(shù)4第四代移動通信系統(tǒng)發(fā)展面臨的問題54G網(wǎng)絡(luò)在中國的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢第二頁，共60頁。

1.第四代移動通信系統(tǒng)概述

1.1前3代移動通信技術(shù)的回顧第1代通信技術(shù)第2代通信技術(shù)第3代通信技術(shù)第三頁，共60頁。第1代通信技術(shù)

主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動漫游等。第四頁，共60頁。第2代通信技術(shù)

主要采用的是數(shù)字的時分多址（TDMA）技術(shù)和碼分多址（CDMA）技術(shù)。主要業(yè)務(wù)是語音。它克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點，話音質(zhì)量、保密性能得到大的提高，并可進行省內(nèi)、省際自動漫游。第二代移動通信替代第一代移動通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動通信標準不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進行漫游，因而無法進行全球漫游，由于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也無法實現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)如移動的多媒體業(yè)務(wù)。第五頁，共60頁。第3代通信技術(shù)

第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連接。滿足多媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。第六頁，共60頁。第4代通信技術(shù)

第四代移動通信標準應(yīng)該比第三代標準具有更多的功能。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(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，可以在任何地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信），能夠提供信息通信之外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。同時，第四代移動通信系統(tǒng)還應(yīng)該是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。

第七頁，共60頁。1.24G的產(chǎn)生背景

盡管目前3G的各種標準和規(guī)范已達成協(xié)議，并已開始商用，但3G技術(shù)仍存在一些不足。3G的局限性主要體現(xiàn)如下：

(1)?3G仍缺乏全球統(tǒng)一標準；

(2)?3G所運用的語音交換架構(gòu)仍承襲了2G的電路交換，而不是完全IP形式；

(3)由于采用CDMA技術(shù)，因此3G難以達到很高的通信速率，無法滿足用戶對高速多媒體業(yè)務(wù)的需求；第八頁，共60頁。

(4)由于3G空中接口標準對核心網(wǎng)有所限制，因此3G難以提供具有多種QoS及性能的各種速率的業(yè)務(wù)；

(5)由于3G采用不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境，因此需要移動終端配置有相應(yīng)不同的軟、硬件模塊，而3G移動終端目前尚不能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)環(huán)境的不同配置，也就無法實現(xiàn)不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游。

所有這些局限性推動了人們對下一代通信系統(tǒng)—4G的研究和期待。第九頁，共60頁。1.34G的概念

第四代移動通信可稱為寬帶接入和分布式的網(wǎng)絡(luò),它具有非對稱的超過2Mb/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(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動通信系統(tǒng)超越標準可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(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)是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。第十頁，共60頁。1.44G的特點

4G主要具有以下特點：

(1)高速率，高容量。對于大范圍高速移動用戶(250km/h)，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s；對于中速移動用戶(60km/h)，數(shù)據(jù)速率為20Mb/s；對于低速移動用戶(室內(nèi)或步行者)，數(shù)據(jù)速率為100Mb/s。4G系統(tǒng)容量至少應(yīng)是3G系統(tǒng)容量的10倍以上。

(2)網(wǎng)絡(luò)頻帶更寬。每個4G信道將占有100MHz頻譜，相當于WCDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。

(3)兼容性更加平滑。4G應(yīng)該接口開放，能夠跟多種網(wǎng)絡(luò)互連，并且具備很強的對2G、3G手機的兼容性，以完成對多種用戶的融合；在不同系統(tǒng)間進行無縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。第十一頁，共60頁。

(4)靈活性更強。4G擬采用智能技術(shù)，可自適應(yīng)地進行資源分配。采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復雜環(huán)境進行信號的正常收/發(fā)。

(5)具有用戶共存性。能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況和信道條件進行自適應(yīng)處理，使低、高速用戶和各種用戶設(shè)備能夠并存與互通，從而滿足多類型用戶的需求。

運營商或用戶花費更低的費用就可隨時隨地地接入各種業(yè)務(wù)。第十二頁，共60頁。1.5第四代移動通信的最新進展

目前世界發(fā)達國家都正在積極進行4G技術(shù)規(guī)格的研究制定，以期在全球4G規(guī)格制定中享有發(fā)言權(quán)。4G的各項運行標準將由國際電信聯(lián)盟（ITU）電信標準局決定。新一代無線通信技術(shù)在美國及日本等發(fā)達國家已經(jīng)進入密集的研發(fā)和市場化階段。新的研究包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、用戶切換和漫游等移動環(huán)境下的系統(tǒng)實現(xiàn)方案，從而實現(xiàn)用戶的大范圍移動，這種技術(shù)路線是當前國際上設(shè)計第四代移動通信系統(tǒng)的主要思路。阿爾卡特、愛立信、諾基亞和西門子已共同建立了旨在推動4G技術(shù)開發(fā)的世界無線研究論壇。第十三頁，共60頁。美國：

AT&T公司已在實驗室中研究第四代移動通信技術(shù)，其研究目的是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問因特網(wǎng)的速率，這項技術(shù)約需五年才能發(fā)布。AT&T已推出了4GAccess網(wǎng)絡(luò)，它能配合目前的EDGE技術(shù)進行上傳，并利用寬帶OFDM技術(shù)進行下載。

惠普與日本NTTDoCoMo已聯(lián)手開發(fā)4G通信技術(shù)和產(chǎn)品，開發(fā)的4G多媒體體系結(jié)構(gòu)有望向移動用戶提供高性能多媒體流內(nèi)容，使媒體流數(shù)據(jù)能夠更好地傳輸?shù)揭苿与娫捄推渌殖衷O(shè)備上，該體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)技術(shù)研究2003年完成。

第十四頁，共60頁。瑞典：世界上最大的電信基礎(chǔ)設(shè)施提供商瑞典愛立信公司已開始進行第四代移動通信標準的研究，并著手研制第四代移動通信系統(tǒng)，預(yù)計在2011年正式投入運營。愛立信已研究出的“4G眼鏡”2011年也將進入市場。愛立信與美國加利福尼亞大學合作開發(fā)4G技術(shù)，加利福尼亞大學已經(jīng)正式成立了加州通信和信息技術(shù)學會，將在4G技術(shù)、先進天線系統(tǒng)、新一代移動因特網(wǎng)、電力放大器技術(shù)和無線訪問網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域內(nèi)進行深入研究。第十五頁，共60頁。日本：

DoCoMo移動通信公司已進行第四代移動通信的研究，計劃在2006年推出第四代移動通信系統(tǒng)，在2010年左右首度推出4G業(yè)務(wù)。政府與主要的移動通信業(yè)企業(yè)已為超高速移動通信技術(shù)擬定了基礎(chǔ)計劃，日本郵電部已向日本電氣通信技術(shù)審議會提交制定第四代（4G）移動電話規(guī)格的提案。已完成了繼第三代移動通信系統(tǒng)“IMT-2000”之后的第四代移動通信系統(tǒng)標準提案，該提案將4G的實用期定在2010年同韓國在IMT-2000之后的第四代移動通信領(lǐng)域也進行合作，兩國將共同建立因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、例行兩國之間的有線無線通訊結(jié)合環(huán)境，并進行超高速衛(wèi)星通信實驗。第十六頁，共60頁。韓國：政府將斥資1350億韓元，用于4G通信系統(tǒng)的開發(fā)。這些資金將主要用于高速信息包傳輸技術(shù)、固定無線通訊設(shè)備以及移動軟件開發(fā)和下一代網(wǎng)絡(luò)工藝上。為推進4G移動通信服務(wù)系統(tǒng)研發(fā)進程，政府成立一個科研開發(fā)小組，專門負責該項目的實施。政府已與移動通信設(shè)備公司及服務(wù)公司合資成立了下一代移動通信技術(shù)開發(fā)協(xié)會，著手進行4G等未來移動通信服務(wù)技術(shù)的開始研究。三星電子的研究中心也開始進行4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作。（2002年11月北京：863-Ericsion年會上已有報道）第十七頁，共60頁。中國：

TD-SCDMA標準的提出清華大學、北京郵電大學、東南大學、電子科技大學、中國科技大學等高校也在不斷研究4G的相關(guān)理論及關(guān)鍵技術(shù)。(如：LAS-CDMA、新的小區(qū)結(jié)構(gòu)等）國家863-317通信主題組：FuTURE計劃大唐、中興、華為等企業(yè)組成的企業(yè)聯(lián)盟第十八頁，共60頁。

2.4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

雖然4G系統(tǒng)尚處于研究的起步階段，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也還沒有成型，但是對于這方面的研究已有很多，網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢是顯而易見的。基于網(wǎng)絡(luò)融合的4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖7-1所示。

從圖7-1中可以看出，基于人們目前對4G寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)的普遍理解，未來的4G網(wǎng)絡(luò)將是一種全IPv6的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(包括各種接入網(wǎng)和核心網(wǎng))，4G系統(tǒng)將是一個集成廣播電視網(wǎng)絡(luò)、無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、藍牙等系統(tǒng)和固定的有線網(wǎng)絡(luò)為一體的結(jié)構(gòu)，各種類型的接入網(wǎng)通過媒體接入系統(tǒng)都能夠無縫地接入基于IP的核心網(wǎng)，形成一個公共的、靈活的、可擴展的平臺。第十九頁，共60頁。圖14G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)第二十頁，共60頁。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3G采用的主要是蜂窩組網(wǎng)，4G將突破這個概念，發(fā)展以數(shù)字廣帶(Broad

band)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，成為一個集無線LAN和基站寬帶網(wǎng)絡(luò)的混合網(wǎng)絡(luò)，這種基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使得在3G,4G,W-LAN,固定網(wǎng)之間的漫游得以實現(xiàn)。第二十一頁，共60頁。交換方式

3G保留了2G所使用的電路交換，采用的是電路交換和分組交換并存的方式，而4G將完全采用基于IP的分組交換，使網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)用戶需要分配帶寬。第二十二頁，共60頁。

3.4G的關(guān)鍵技術(shù)

3.1OFDM技術(shù)

(1).?OFDM的基本原理

OFDM(正交頻分復用)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其基本原理是：將高速數(shù)據(jù)信號通過串/并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個子信道中進行傳輸。在頻域內(nèi)將信道劃分成若干個互相正交的子信道，每個子信道均擁有自己的載波，分別對其進行調(diào)制，信號通過各個子信道獨立地進行傳輸。如果各個子信道的帶寬被劃分得足夠窄，每個子信道的頻率特性就可近似地看做是平坦的，即每個子信道都可看做無符號間干擾的理想信道。這樣在接收端不需要使用復雜的信道均衡技術(shù)即可對接收信號可靠地進行解調(diào)。第二十三頁，共60頁。

(2).?OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

OFDM系統(tǒng)的典型框圖如圖7-2所示。圖中，上半部分對應(yīng)于發(fā)射機鏈路，下半部分對應(yīng)于接收機鏈路。發(fā)送端將被傳輸?shù)臄?shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成子載波幅度和相位的映射，并進行IDFT(反離散傅立葉變換)將數(shù)據(jù)的頻域表達式變到時域上。圖中的IFFT(反快速傅立葉變換)與IDFT的作用相同，只是有更高的計算效率，所以適用于所有的系統(tǒng)。接收端進行與發(fā)送端相反的操作，將RF信號與本振信號進行混頻處理，并用FFT變換分解為時域信號，子載波的幅度和相位被采集出來并轉(zhuǎn)換回數(shù)字信號。第二十四頁，共60頁。圖2OFDM收/發(fā)機框圖第二十五頁，共60頁。(3).?OFDM系統(tǒng)的優(yōu)勢

①高速率的數(shù)據(jù)流通過串/并變換使得每個子載波的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，這有效地減少了無線信道的時間彌散所帶來的符號間干擾，從而減少了接收機內(nèi)均衡的復雜度。有時甚至不采用均衡器，而僅僅通過插入循環(huán)前綴的方法即可消除符號間干擾的不利影響。

②傳統(tǒng)的頻分多路傳輸方法是將頻帶分為若干個不相交的子頻帶來傳輸并行數(shù)據(jù)流，子信道之間要保留足夠的保護頻帶。而OFDM系統(tǒng)由于各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此與常規(guī)的頻分復用系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。當子載波個數(shù)很多時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。第二十六頁，共60頁。

③各個子信道中的正交調(diào)制和解調(diào)可以通過反離散傅立葉變換(IDFT)和離散傅立葉變換(DFT)的方法來實現(xiàn)。對于子載波數(shù)目較大的系統(tǒng)，可以通過快速傅立葉變換(FFT)來實現(xiàn)。而隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與DSP技術(shù)的發(fā)展，IFFT與FFT都是容易實現(xiàn)的。

④無線業(yè)務(wù)一般存在非對稱性，即下行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量，這就要求物理層支持非對稱高速率數(shù)據(jù)傳輸。OFDM系統(tǒng)可以通過使用不同數(shù)量的子載波來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。第二十七頁，共60頁。

⑤

?OFDM可以容易地與其他多種接入方式結(jié)合使用，構(gòu)成各種系統(tǒng)，其中包括多載波碼分多址MC-CDMA、跳頻OFDM以及OFDM-TDMA等，從而使得多個用戶可以同時利用OFDM技術(shù)進行信息傳輸。第二十八頁，共60頁。

(4).?OFDM系統(tǒng)的缺點

OFDM系統(tǒng)內(nèi)存在有多個正交的子載波，而且其輸出信號是多個子信道的疊加，因此與單載波系統(tǒng)相比存在如下缺點：

①易受頻率偏差的影響。子信道的頻譜相互覆蓋，這對其正交性提出了嚴格的要求。由于無線信道的時變性，在傳輸過程中出現(xiàn)無線信號的頻譜偏移，或發(fā)射機與接收機本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會使OFDM系統(tǒng)子載波的正交性遭到破壞，導致子信道的信號相互干擾。這種對頻率偏差的敏感是OFDM系統(tǒng)的主要缺點。第二十九頁，共60頁。

②存在較高的峰值平均功率比。多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，如果多個信號的相位一致，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠遠高于信號的平均功率，這樣會出現(xiàn)較大峰值平均比，可能帶來信號畸變，使信號的頻譜發(fā)生變化，從而導致各個子信道之間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生干擾，使系統(tǒng)的性能惡化，這就對發(fā)射機內(nèi)功率放大器提出了很高的要求。第三十頁，共60頁。

(5).?OFDM系統(tǒng)的主要技術(shù)

①時域和頻域同步

OFDM系統(tǒng)對定時和頻率偏移敏感，特別是實際應(yīng)用中可能與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式結(jié)合使用時，時域和頻域同步顯得尤為重要。與其他數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，同步分為捕獲和跟蹤兩個階段。在下行鏈路中，基站向各個移動終端廣播式發(fā)送同步信息，所以，下行鏈路同步相對簡單，較易實現(xiàn)。在上行鏈路中來自不同移動終端的信號必須同步到達基站，才能保證載波間的正交性?；靖鶕?jù)各移動終端發(fā)來的子載波攜帶信息進行時域和頻域同步信息的提取，再由基站發(fā)回移動終端，以便讓移動終端進行同步。具體實現(xiàn)時，同步可以分別在時域或頻域進行，也可以時頻域同步同時進行。第三十一頁，共60頁。

②信道估計

在OFDM系統(tǒng)中，信道估計器的設(shè)計主要有兩個問題：一是導頻信息的選擇，由于無線信道常常是衰落信道，需要不斷對信道進行跟蹤，因此導頻信息也必須不斷地傳送；二是既有較低的復雜度又有良好的導頻跟蹤能力的信道估計器的設(shè)計。在實際設(shè)計中，導頻信息的選擇和最佳估計器的設(shè)計通常又是相互關(guān)聯(lián)的，因為估計器的性能與導頻信息的傳輸方式有關(guān)。第三十二頁，共60頁。

③信道編碼與交織

為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是通常采用的方法。對于衰落信道中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤，可以采用交織。實際應(yīng)用中通常同時采用信道編碼和交織，進一步改善整個系統(tǒng)的性能。在OFDM系統(tǒng)中，如果信道頻域特性比較平緩，均衡是無法再利用信道的分集特性來改善系統(tǒng)性能的，因為OFDM系統(tǒng)本身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已經(jīng)被OFDM這種調(diào)制方式本身所利用了。但是OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻為在子載波間進行編碼提供了機會，形成OFDM編碼方式。第三十三頁，共60頁。

④降低峰均功率比(PAPR)

由于OFDM信號時域上表現(xiàn)為n個正交子載波信號的疊加，當這n個信號恰好均以峰值相加時，OFDM信號也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值是平均功率的n倍。盡管峰值功率出現(xiàn)的概率較低，但為了不失真地傳輸這些高峰均功率比的OFDM信號，發(fā)送端對高功率放大器的線性度要求很高，且發(fā)送效率極低，接收端對前置放大器以及A/D變換器的線性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系統(tǒng)的性能大大下降，甚至直接影響實際應(yīng)用。為了解決這一問題，人們提出了基于信號畸變技術(shù)、信號擾碼技術(shù)和基于信號空間擴展等降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法。第三十四頁，共60頁。3.2多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)技術(shù)

多用戶檢測(MUD)技術(shù)能夠有效地消除碼間干擾，提高系統(tǒng)性能。多用戶檢測的基本思想是把同時占用某個信道的所有用戶或某些用戶的信號都當做有用信號，而不是作為干擾信號處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進行處理，從而達到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢測。多用戶檢測是4G系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)，能進一步提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)性能。隨著不同算法和處理技術(shù)的應(yīng)用與結(jié)合，多用戶檢測獲得了更高的效率、更好的誤碼率性能和更少的條件限制。第三十五頁，共60頁。在基站端放置多個天線，在移動臺也放置多個天線，基站和移動臺之間可形成MIMO通信鏈路。MIMO技術(shù)在不需要占用額外的無線電頻率的條件下，利用多徑來提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量，并同時增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當今任何無線電技術(shù)都面臨的兩個最困難的問題，即速度與覆蓋范圍。它的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說，可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

MIMO技術(shù)可以分為兩類：一類是成倍提高系統(tǒng)容量的空間復用技術(shù)，其代表是分層空時編碼方案；另一類是旨在提高鏈路增益的空時分集技術(shù)，其代表是空時格型編碼和空時塊型編碼。第三十六頁，共60頁。

(1).空間復用技術(shù)

空間復用技術(shù)的典型代表是分層空時編碼技術(shù)(BLAST)。BLAST對每個信號采用不同的發(fā)送天線，在接收端也用多個天線以及獨特的信號處理技術(shù)，把這些互相干擾的信號分離出來。這樣在給定的信道頻段上的容量將隨通信數(shù)量的增加而成比例地增加。

空時編碼方案有三種，它們是水平編碼、垂直編碼和對角線編碼，下面分別介紹。假設(shè)發(fā)射天線數(shù)為M，接收天線數(shù)為N。第三十七頁，共60頁。

①水平編碼

水平編碼方案如圖3所示。在水平編碼方案中，輸入信號的比特流首先經(jīng)過串/并變換分成M路平行的信號流。每一信號流都經(jīng)過獨立的信道編碼、交織和調(diào)制，最后從各自的天線上發(fā)射出去。因為每個符號都經(jīng)過一個天線發(fā)射出去，再被N個天線接收，所以水平編碼方案最多可以獲得N階分集。

水平編碼的接收機算法比較簡單。圖3水平編碼方案第三十八頁，共60頁。

②垂直編碼

垂直編碼方案如圖4所示。在垂直編碼方案中，輸入的數(shù)據(jù)流先經(jīng)過信道編碼、交織和調(diào)制，然后經(jīng)串/并變換分解為M個數(shù)據(jù)流，再經(jīng)各自的天線發(fā)射出去。由于每個信息比特擴展到了多個天線上，因此這一編碼方案可以獲得大于N的分集階。但接收機端需要對各個子流進行聯(lián)合譯碼，從而導致接收機復雜度會比較高。圖4垂直編碼方案第三十九頁，共60頁。

③對角線編碼

對角線編碼方案如圖5所示。在對角線編碼方案中，數(shù)據(jù)流先經(jīng)過水平編碼，然后再經(jīng)過對角線編碼，這樣可以保證串/并變換后每個流上的碼字都經(jīng)過M個天線被發(fā)射出去。這一方案是最優(yōu)的空間復用編碼方案，可以獲得最多MN階分集。但同樣地，在接收端需要聯(lián)合譯碼，接收機的復雜度也最高。圖5對角線編碼方案第四十頁，共60頁。

(2).空間分集技術(shù)

空間分集也稱天線分集，是指在接收端或者發(fā)送端使用多個天線接收或發(fā)送相同信號。使用空間分集時，接收天線元之間的間隔需要大于相干距離。

空間分集技術(shù)可以分為接收分集和發(fā)送分集，如圖7-6和圖7所示。

發(fā)送分集可以將分集的負擔從手機終端轉(zhuǎn)移到基站。采用發(fā)送分集的主要問題是發(fā)送端不知道衰落信道的信道狀態(tài)信息，因此必須利用信道編碼以保證各信道的良好性能，這就是空時編碼?？諘r碼是信道編碼設(shè)計與發(fā)送分集的結(jié)合?？諘r碼在將一個數(shù)據(jù)流在多個天線上同時發(fā)射時，建立了空間分離信號(空域)與時間分離信號(時域)之間的關(guān)系。第四十一頁，共60頁。圖6接收分集示意圖圖7發(fā)送分集示意圖第四十二頁，共60頁?；诎l(fā)送分集的空時碼可以分為空時格碼和空時塊碼。

空時格碼是在空時延時碼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有較好的性能，它使用維特比譯碼方法，其譯碼復雜度與傳輸速率呈指數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)難度較大。

空時塊碼是利用正交設(shè)計理論的空時編碼技術(shù)，其譯碼復雜度很低，還可以得到最大的發(fā)射分集增益。經(jīng)過空時編碼的信號通過多路相關(guān)性較小的無線信道到達接收端，接收端通常需要知道各無線信道的參數(shù)，即信道估計，可以使用基于導頻訓練序列進行信道估計，也可以盲估計。第四十三頁，共60頁。3.3智能天線技術(shù)

智能天線(SA)技術(shù)具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，它被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線使用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號的到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號的到達方向，以達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號之目的。

智能天線可以提高信噪比，提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，緩解無線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾，降低系統(tǒng)整體造價，因而勢必會成為4G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能天線的核心是智能算法，算法能夠決定電路實現(xiàn)的復雜程度和瞬時響應(yīng)速率，因而需要選擇較好的算法實現(xiàn)波束的智能控制。第四十四頁，共60頁。3.4軟件無線電技術(shù)

軟件無線電(SDR)技術(shù)是將標準化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。軟件無線電的核心思想是：在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器，并盡可能多地使用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處理都盡可能用軟件實現(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件和調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無線電技術(shù)有助于不同標準和系統(tǒng)的融合。軟件無線電在4G中的可能應(yīng)用為：采用軟件無線電實現(xiàn)的基站可同時為多個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；當終端移動時，可重新配置，如當移動終端移動到一個采用不同標準的移動系統(tǒng)中時，終端可按照該系統(tǒng)的標準重新進行自動配置，從而獲得系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。第四十五頁，共60頁。3.5IPv6技術(shù)

4G通信系統(tǒng)選擇了采用IP的全分組方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IP主要基于以下幾點考慮：

(1)巨大的地址空間。IPv6地址為128位，代替了IPv4的32位，地址空間大于3.41038。如果整個地球表面（包括陸地和水面）都覆蓋著計算機，那么IPv6允許每平方米擁有71023個IP地址?？梢姡琁Pv6地址空間是巨大的。在一段可預(yù)見的時期內(nèi)，它能夠為所有可以想象出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個全球唯一的地址。第四十六頁，共60頁。

(2)自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態(tài)或有狀態(tài)兩種地址自動配置方式。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機制獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后，它使用另一種即插即用的機制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個全球唯一的路由地址。對于有狀態(tài)地址配置機制，如DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議)，需要一個額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護。第四十七頁，共60頁。

(3)服務(wù)質(zhì)量(QoS)。它包含幾個方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的優(yōu)點體現(xiàn)在能夠提供不同的服務(wù)。這一優(yōu)點來自于IPv6報頭中新增加的字段“流標志”。對服務(wù)質(zhì)量作了定義，有了這個20位長的字段，Ipv6報文可以標記數(shù)據(jù)所屬的流類型，以便路由器或交換機進行相應(yīng)的處理。盡管對這個流標志的準確定位還沒有制定出有關(guān)標準，但將來它可用于基于服務(wù)級別的新計費系統(tǒng)。第四十八頁，共60頁。

(4)移動性。IPv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個移動設(shè)備有一個固定的家區(qū)地址，這個地址與設(shè)備當前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當設(shè)備在家區(qū)以外的地方使用時，通過一個轉(zhuǎn)交地址來提供移動節(jié)點當前的位置信息。移動設(shè)備每次改變位置，都要將其轉(zhuǎn)交地址告訴給它的家區(qū)地址和它所對應(yīng)的通信節(jié)點。在家區(qū)以外的地方，移動設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包時，通常在IPv6報頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。第四十九頁，共60頁。4.第四代移動通信系統(tǒng)發(fā)展面臨的問題

4G系統(tǒng)投入實際應(yīng)用將遇到技術(shù)和市場兩方面的挑戰(zhàn)。

從技術(shù)角度來分析，4G要實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、高機動性和無縫隙漫游，就必須對現(xiàn)有的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施進行更新改造。首先，需要解決無線系統(tǒng)中的移動性管理、資源管理和核心網(wǎng)的移動IP技術(shù)等問題，還有4G的標準問題。其次，要開發(fā)新的頻譜資源，提高頻譜利用率并選擇合適的傳輸技術(shù)。例如，利用RAKE接收、跳頻以及Turbo碼等技術(shù)來增強系統(tǒng)的性能，提高信噪比；提高檢測可用的資源能以及信號質(zhì)量，動態(tài)分配頻率資源和信號發(fā)射功率，增加移動通信系統(tǒng)容量，降低信號發(fā)射功率；提高通信的覆蓋范圍，并支持多媒體通信、無線接入寬帶固定網(wǎng)以及在不同系統(tǒng)之間的漫游等。此外，4G移動通信的數(shù)據(jù)傳輸將比3G高一個數(shù)量級，這也會引起一系列技術(shù)上的難題。第五十頁，共60頁。

從市場角度分析，有專家預(yù)測：到2010年后，2G的多媒體服務(wù)將進入第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本成形，全球至少有25%以上的人使用3G系統(tǒng)，整個行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，利用4G的相關(guān)技術(shù)對3G進行改進與完善的工作也會同時進行?？梢姡瑢τ?G系統(tǒng)的接受還需要一個逐步過渡的過程。第五十一頁，共60頁。54G網(wǎng)絡(luò)在中國的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（1）中國3G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀共同存在3種不同的協(xié)議：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA分別被用于不同的通訊公司第五十二頁，共60頁。（2）全球4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況大的分支可以分成WIMAX802.16m和LTE-Advanced兩大體系，而LTE-Advanced下又細分成TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advanced兩條分支，最終4G標準出爐可能就是采用上述框架。第五十三頁，共60頁。（3）中國4G現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢不同于TD-SCDMA的研發(fā)，TD-LTE

據(jù)路透社報道，國際電信聯(lián)盟副秘書長趙厚麟表示，中國的TD-LTE技術(shù)入選全球4G(新一代網(wǎng)絡(luò)標準)的勝算為70%，估計今年10月會公布結(jié)果。第五十四頁，共60頁。（4）中國移動TD-LTE示范網(wǎng)發(fā)展

2006年11月國務(wù)院確定“新一代無線寬帶移動通信網(wǎng)”為國內(nèi)16個重大專項之一，通過總體方案的編制，確定未來15年無線通信領(lǐng)域的總體目標。

2007年底由大唐、中國移動等中國企業(yè)提出、聯(lián)合20余家國際企業(yè)提交的TD-LTE標準，在國際標準組織3GPP中被認定為唯一的TDD標準。

2008年2月中國移動主導召開LTE產(chǎn)業(yè)峰會，全方位展示了近一年TD-LTE產(chǎn)業(yè)開發(fā)的豐碩成果，提升TD-LTE發(fā)展的信心，并聯(lián)合歐洲最大運營商沃達豐、美國最大運營商Verizon，正式啟動TD-LTE全球試驗。試驗得到來自國內(nèi)、國際20多家公司的積極響應(yīng)。第五十五頁，