[信息与通信]4G中的新技术及与3G的比较.doc
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1、4G中的新技术及其与3G的比较 摘要 目前,经ITU认可的第三代移动通信系统(3G)标准有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。虽然3G和2G相比,有很多优点,但是3G还是存在着很多不尽人意的地方,如:(1)3G缺乏全球统一的标准;(2)3G所采用的语音交换架构仍承袭了2G系统的交换电路,而不是纯IP的方式;(3)3G的业务提供和业务管理不够灵活;(4)流媒体(视频)的应用不尽如人意;(5)3G的高速数据传输不成熟,接入速率有限;(6)安全方面存在算放过多、认证协议容易被攻击等安全缺陷。因此,人们纷纷开始了第四代移动通信(4G)的研究,期望通过4G标准的制定来解决3G中存在的上述问题
2、。目前世界发送国家都正在积极进行第四代移动通信技术规格的研究制定工作,以期在全球第四代移动通信规格制定中能享有发言权。第四代移动通信设备“智能化”程度极高,移动通信面向个人、正反馈良好循环发展的特性,决定其市场潜力仍非常巨大。移动通信与互联网的结合,给移动通信与互联网的发展都将注入更大的活力。随着互联网高速发展,第四代移动通信系统将会得到更快的发展。据预测,这种以宽带、接入因特网、具有多种综合功能第四代移动通信技术在2010年将成为移动通信市场主流技术。21世纪我国移动通信还有一个巨大的发展空间同,这为我国移动通信的发展提供了前所未有的机遇,同时也带来了严峻的挑战。为此,我们有必要在大力开发第
3、三代移动通信技术系统的同时,提前作好准备,积极参与ITU关于第四代移动通信标准建议的研究,掌握世界移动通信技术的研究动向和最新成果,加强国际合作,关注并积极进行第四代移动通信技术的研究与开发工作,把第四代移动通信的研发与建立我国移动通信产业结合起来,加快我国移动通信产业的发展,使我国的移动通信产业在国内外拥有强大的市场。 关键词 第四代移动通信系统(4G); 正交频分复用(OFDM); MIMO;超宽带(UWB)无限传输; 宽带无线接入Abstract Currently,The ITU approved third generation mobile communication system
4、 (3G) standards are WCDMA, TD-SCDMA and CDMA2000.Altoough compare with 2G,3G has many advantages but still exist many unsatisfactory areas, (1) lack of global unity of 3G standards (2) using speech 3G exchange architecture still carries on the system of exchange circuit, rather than pure IP way(3) p
5、rovide 3G business and business management is flexible (4) streaming media (video) application unsatisfactory (5) of the high-speed data transmission 3G, limited access rate (6) safety aspects and authentication protocol is spared vulnerable safety defects. Therefore, people began to the fourth gene
6、ration mobile communication (4G) and expect to have 4G standards to solve the above problems existing in 3G. Currently the world send countries are actively carries out the fourth generation mobile communication technology specifications for the research work, in order to global fourth-generation mo
7、bile communications specification can be enjoyed for voice. The fourth generation mobile communication device intelligent high degree, mobile communications, positive feedback for personal development cycle, the characteristics of good decides its market potential is tremendous. The Internet and mob
8、ile communication, mobile communication and to the development of the Internet will inject more vitality. With the rapid development of Internet, the fourth generation mobile communication system will get faster development. According to the forecast, the Internet access to broadband, and has a vari
9、ety of functional fourth generation mobile communication technology in 2010 will become the mainstream of mobile communications market. The 21st century China mobile has a vast development space for the Chinese, with the development of mobile communication provides an unprecedented opportunities, al
10、so brought serious challenges. Therefore, it is necessary for us to develop the third generation mobile communication technology system, at the same time to prepare, actively participate in advance on the fourth generation mobile communication ITU-T standard advice, grasp the mobile communication te
11、chnology and the latest achievements of research trends, and the strengthening of international cooperation, and actively carries out the fourth generation mobile communication technology research and development, the fourth generation mobile communication research and establish China mobile communi
12、cation industry in China, accelerate combines the development of mobile communication industry, the mobile communication industry in China and has a strong market. Key word Fourth generation of mobile communication system (4G); The orthogonal frequency division duplicate uses (OFDM); MIMO; UWB; Broa
13、dband wireless access;40目 录第一章 引言21.1 3G面临的问题和4G的研发状况21.2第三代通信技术简介31.3第四代通信技术简介4第二章 4G中的新技术62.1正交频分复用(OFDM)技术6 2.1.1正交频分复用(OFDM)技术简介6 2.1.2正交频分复用(OFDM)技术的产生及现状8 2.1.3正交频分复用(OFDM)技术的基本原理102.1.4正交频分复用(OFDM)技术在下一代移动通信中的应用.122.2 超宽带(UWB)无线传输技术13 2.2.1超宽带(UWB)无线传输技术的简介13 2.2.2超宽带(UWB)无线传输技术的关键技术14 2.2.3超
14、宽带(UWB)无线传输技术的应用与发展17 2.3 MIMO技术18 2.3.1 MIMO技术的简介18 2.3.2 MIMO技术的关键21 2.3.3 MIMO与OFDM的结合232.4 宽带无线接入技术25 2.4.1宽带无线接入技术的简介26 2.4.2宽带无线接入技术的应用28 2.4.3宽带无线接入技术的发展29第三章 4G与3G的比较353.1网络体系结构的比较353.2系统参数的比较383.3安全策略的比较38第四章 结论39第一章 引言从原来模拟制的移动通信系统到现在大规模商用的GSM数字移动通信系统的巨大改变,是无线技术和大规模集成电路技术的运用带给人们的惊喜。可见通信系统的
15、升级换代,直接取决于通信技术水平的提高,而一些关键通信技术的发展,而是决定通信技术水平提高的关键因素。如何着眼于目前3G所采用关键技术的基础上,展开对下一代移动通信技术和建设的研究,最大限度的降低移动通信建设的投资成本,保证移动通信系统的连续性面试一个非常值得思考的问题。本文将从4G中的新技术和4G与3G的比较来了解4G通信系统。1.1 3G面临的问题和4G的研发状况 随着对高速移动数据业务尤其是对移动IP业务的需求越来越迫切,移动通信网络需要能够提供高速数据传输能力。目前,经ITU认可的3G标准有WCDMA、CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。标准的不统一在一定程度上阻碍了3G实现
16、全球无缝漫游的目标,虽然3G和2G相比,有很多优点,但是3G还是存在着很多不尽人意的地方,不能够满足人们对于通信的要求。一、对IP的支持远远不够目前IMT-2000在无线传输技术和核心网都没有统一的制式,其建议和主流技术并不适应因特网的发展要求。需要提出一种能在所有的环境和各种移动状态中传递无线多媒体服务,并能满足用户服务质量要求的更新一代移动通信系统(4G)。二、业务提供和业务管理不灵活完全开放式的业务平台使得业务开发商能够自由地开发新业务,并能更好、更灵活、更方便地进行业务管理,为今后的发展提供更广阔的天地。而3G网络与实现完全开放式业务平台之间还存在着很大的距离。三、高速数据传输不成熟3
17、G的接入数率有限,而且由于各种业务之间的干扰,要扩展到更高的数据速率很难。3G的最高传输速率是2Mbit/s,而且仅限于室内环境和移动速率不高的环境;在车载移动中其传输速率只能达到144kbit/s,难以适应多媒体业务增长的需要。3G的这些不足以及政策、经济等因素导致了对它的众多争议,再加上市场的需求和技术的发展,更先进的4G已被推上议事日程。美国AT&T公司已经在实验室中研究第四代移动通信技术,其研究的目的主要是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问因特网的速率。日本的DOCOMO移动通信公司也已经在日本进行第四代移动通信的研究,日本企图像主导3G一样来主导4G的研发工作,成为第四代移动通信的领
18、头羊。简言之,第四代移动通信将比第三代移动通信更接近个人通信,在技术上将比第三代有更高的台阶,在应用上其终端不仅仅是手机,还可以用作如定位、告警等。总之,第四代移动通信将会带给人们更多的惊喜。1.2 第三代通信技术简介第三代移动通信系统(IMT-2000),在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主,并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统 亦即未来移动通信系统,是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最先进的移动通信系统。第三代移动通信系统一个突出特色就是,要在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间、任何地点,与任何人,用任意方式、高质量地
19、完成任何信息之间的移动通信与传输。可见,第三代移动通信十分重视个人在通信系统中的自主因素,突出了个人在通信系统中的主要地位,所以又叫未来个人通信系统。 众所周知,在第二代数字移动通信系统中,通信标准的无序性所产生的百花齐放局面,虽然极大地促进了移动通信前期局部性的高速发展,但也较强地制约了移动通信后期全球性的进一步开拓,即包括不同频带利用在内的多种通信标准并存局面,使得“全球通”漫游业务很难真正实现,同时现有带宽也无法满足信息内容和数据类型日益增长的需要。第二代移动通信所投入的巨额软硬件资源和已经占有的宠大市场份额决定了第三代移动通信只能与第二代移动通信在系统方面兼容地平滑过渡,同时也就使得第
20、三代移动通信标准的制定显得复杂多变,难以确定。1.3 第四代通信技术简介第四代移动通信的概念可称为广带接入(broadband)和分布网络,具有超过2Mbit/s的非对称数据传输能力。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网(WLAN)、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)。此外,第四代移动通信系统将是多功能集成的宽带移动通信系统,也是宽带接入IP系统。 也就是说,4G将是多种无线技术的综合系统。它融合了现有3G的增强技术,集3G网络技术和无线LAN系统为一体。4G通信具有以下特征: 一、技术基础较先进,通信速率高 在4G中将采用几项突破性技术如:OFDM(Orthogonal
21、Frequency Division Multiplexer)技术、无线接入技术、光纤通信技术、软件无线电技术等,使通信系统适合于分组突发业务,最大的数据传输速率将达到100Mbit/s。 二、无缝通信 可在不同接入技术(包括蜂窝、无绳、WLAN、短距离连接及有线)之间进行全球漫游与互通,实现无缝通信,让所有移动通信运营商的用户享受共同的超3G服务。既有水平(系统内)切换,又有垂直(系统间)切换,还可以在不同速率间进行切换。 三、灵活性较强 4G系统能自适应分配资源,处理变化的业务流和信道条件,有很强的自组织性。 四、通信费用便宜 在建设4G系统时,通信运营商们将考虑直接在3G网络的基础设施之
22、上,采用逐步引入的方法,这样就能够有效地降低运营成本。 五、网络频谱宽、无线频谱利用率高 4G网络的带宽将比3G网络带宽高很多,蜂窝组网的概念将被突破,以达到更完美的覆盖,核心网将全面采用分组交换(信元交换),使得网络根据用户的需要分配带宽,从而大大提高了无线频谱的使用效率,将实现真正的宽带通信。 六、兼容性能更平滑 要使超3G通信尽快地被人们接受,还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到超3G通信。因此,从这个角度来看,超3G系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。 七、容量大 在容量方面,将可能在FDMA、TDMA、CDMA的基
23、础上引入空分多址(SDMA),空分多址将会采取自适应波束,如同无线电波一样连接到每一个用户,从而使无线系统容量比现在高1-2个数量级。 八、多媒体通信智慧高、终端多样化和智能化 4G系统采用IPv6等先进的无线接入技术,支持各空中接口,提供的无线多媒体通信服务将包括语音、高清晰度图像、虚拟现实业务等,大量信息透过宽频的信道传送出去,为此4G也称为“多媒体移动通信”;4G通信终端的设计和操作具有智慧化,4G手机可以实现许多难以想像的功能,其终端已不能简单化归为“电话机”的范畴,因为语音数据传输只是4G移动电话的功能之一。第二章 4G中的新技术从前面的叙述中可以看出,4G是一个远比3G复杂的移动通
24、信系统,它的实现要依托于很多新兴的技术,如OFDM、MIMO技术、超宽带(UWB)无限传输、宽带无线接入等。21正交频分复用(OFDM)技术211正交频分复用(OFDM)技术简介OFDM技术属于多载波调制的一种,是一种无线环境下的高速传输技术。OFDM技术的主要思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,将高速信号转换成并行的低速子数据流,调制到每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带带宽小于信道的相关带宽,可以看成平坦性衰落,从而可以消除符号间的干扰。OFDM系统中,各个子信道的载波相互正交,其频谱是相互重叠的,
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