第四代移动通信系统4g和其关键技术探究

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1、第四代移动通信系统4G和其关键技术探究　　摘要本文首先介绍了第四代移动通信系统（4G）的概念、主要特点，并与第三代移动通信系统的参数进行了对比，然后讨论了第四代移动通信系统的网络架构及其七大关键技术，最后总结了第四代移动通信系统的最新进展。关键词4GOFMDMIMO智能天线软件无线电1第四代移动通信系统（4G）概述1.14G概念4G，即为第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品，提供更有效的多种业务，实现商业无

2、线网络、局域网、蓝牙、电视卫星通信等的无缝衔接并相互兼容，它体现了移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势。4G亦可称为广带接入（broad-band）和分布网络，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（基于地面和移动卫星），是集成多功能的宽带移动通信系统[1]。它具有许多优势，已成为移动通信领域的研究热点。1.24G主要特点9（1）通信速度更快：4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满

3、足几乎所有用户对于无线服务的要求。（2）网络频谱更宽：每个4G信道将占有100MHz或者更多带宽，相当于WCDMA网络的20倍。（3）智能性更高：4G的智能性更高，不仅表现于4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，而且能自适应低进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境。（4）兼容性能更平滑：移动中不同系统间的无缝连接，4G通信系统具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从3G平稳过渡等特点。用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统间无缝切换，传送高速多媒体业

4、务数据。（5）基于IP的核心网：支持有线及无线接入，且所采用的无线接入方式和协议与核心网协议、链路层是分离独立的[2]。1.34G与3G的主要参数比较4G和3G的系统主要参数的比较如表1所示。24G的网络体系结构在第四代移动通信系统中，为了满足不同用户对不同业务的需求，将各种针对不同业务的接入系统通过多媒体接入系统连接到基于IP的核心网中，形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台（如图1所示）。从图中我们可以看出基于IP技术的网络架构使得用户在2G、3G、4G、WLAN9、固定网之间无缝漫游可以实现

5、。目前认为4G网络体系的分层结构大致可分为3层，自上而下分为：物理层（又称物理网络层或接入层）、网络层（又称中间环境层或承载层）、应用层（又称应用网络层或业务控制层）。物理层网络以集成的方式为所有无线及核心网络提供接入与路由功能。中间件环境桥接应用层与物理层。它提供诸如QoS映射、地址变换、即插即用、安全管理、激活网络等功能。物理层与中间件环境之间的接口应是一种开放的IP接口。中间件环境与应用层之间的接口也应是开放接口，以利于第三方开发和提供新的应用与服务。图2为4G的网络体系分层结构[3]。3

6、4G的关键技术移动通信技术将向数据化，高速化、宽带化、频段更高化等方向发展，移动数据、移动IP将成为未来移动网的主流业务。第四代移动通信要求数据传输速率从2Mb/s提高到100Mb/s。为了达到这个目标，需要在下列几个方面作出努力：频谱的高效使用、带宽的动态分配、安全的无线应用、更高的服务质量、高性能的信号调制传输技术。为此，4G系统使用了许多新技术，其中关键技术介绍如下。3.1正交频分复用（OFDM）技术9根据多径信道在频域中表现出来的频率选择性衰落特性，提出正交频分复用的调制技术。如图3所示

7、[4]，正交频分复用的基本原理是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输，在频域内将信道划分为若干互相正交的子信道，每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制，信号通过各个子信道独立传输。如果每个子信道的带宽被划分得足够窄，每个子信道的频率特性就可近似看作是平坦的，即每个子信道都可看作无符号间干扰（ISI）的理想信道，这样在接收端不需要使用复杂的信道均衡技术即可对接收信号可靠地解调。OFDM作为第四代移动通信系统的核心技术，作为多载波调制的一种，最大优点就是对抗频率选

8、择性衰落与窄带干扰，同时频谱利用效率高、抗噪声能力强，采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率，适合于高速数据传输。3.2多输入多输出（MIMO）技术MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一。MIMO技术利用发送端和接收端的多个天线来对抗无线信道衰落，从而在不增加系统带宽和天线发射功率的情况下可以有效地提高无线系统的容量，其本质是一种基于空域和时域联合分集的通信信号处理方法。9对于天线数与信道容量的关系，我们可以假设在发射端，各天线发射独立的等功率信号，而且各信号满足Rayleigh（