第四代移动通信系统展望-赵晗

河北北方学院毕业论文题目：第四代移动通信系统展望姓名：赵晗院系：信息工程系专业：通信工程年级：05级学号：2005540042指导教师：张效荣河北北方学院教务处制【contents&summary】Thispaperintroducesthefourthgenerationmobilecommunicationsystemthebasicsituation,focusontheorthogonalfrequencydivisionmultiplexing(OF-DM)andMultipleInputMultipleOutput(MIMO)technologyintwonewsyste-mstoreduceinterferenceandincreasecapacitybytwototakethemeasures.Stu-dybasedonananalysisofanumberofusefulconclusions,theconclusionsofthestudyforthenewsystemisveryimportant.【keyphrase】TheFourthGenerationOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingMultipleInputMultipleOutputReduceInterferenceIncreaseCapacity-1-【内容提要】本文介绍了第四代移动通信系统的基本情况，重点研究了正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）两种技术在新系统中降低干扰和增加容量两方面所采取的措施。根据分析研究得出了一些有益的结论，该结论对于新系统的研究具有十分重要的意义。【关键词】第四代移动通信系统正交频分复用（OFDM）多输入多输出（MIMO）降低干扰增加容量-1-目录引言.........................................................................................................................................-3-（三）OFDM系统中的同步技术........................................................-9-引言…………………………………………………………………2一、移动通信概述…………………………………………………2（一）第一代模拟移动通信系统…………………………………2（二）第二代数字移动通信系统…………………………………2（三）第三代移动通信系统………………………………………3（四）我国移动通信的发展………………………………………3（五）未来移动通信的发展——4G………………………………4二、4G的关键技术——OFDM…………………………………7（一）OFDM的基本原理…………………………………………7（二）OFDM中的峰均比问题……………………………………8（三）OFDM系统中的同步技术…………………………………8（四）OFDM系统中的信道估计技术……………………………9（五）OFDM多址接入技术………………………………………9三、多天线传输技术——MIMO…………………………………11（一）MIMO系统模型及信道容量………………………………11（二）MIMO系统工作过程及技术特点…………………………12四、MIMO-OFDM系统…………………………………………15（一）MIMO-OFDM系统模型…………………………………15（二）MIMO-OFDM系统的信道估计…………………………16-2-五、结束语…………………………………………………………17六、致谢…………………………………………………………18-3-引言移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为迅速的领域之一，也是将在新世纪对人类生活和社会发展有重大影响的科学技术领域之一。这里首先简要回顾一下移动通信的发展历史。一、移动通信概述1864年，MAXWELL从理论上证明了电磁波的存在，这一理论在1876年被赫兹用电磁波辐射的实验证实。到1896年，意大利人马可尼首次用人造电磁波传递信息，并建立了第一座无线电发射和接收电台。无线通信已经走过了100多年的历史。现在意义上的无线通信的概念最早出现在20世纪40年代，无线电台在第二次世界大战中的广泛应用开创了移动通信的第一步。到20世纪70年代，美国贝尔实验室最早提出了蜂窝的概念，解决了频分复用的问题。80年代，大规模集成电路技术及计算机技术获得了突飞猛进的发展，长期困扰移动通信的终端小型化的问题得到了初步解决，给移动通信的发展打下了基础。于是，美国为了满足用户增长的需求，提出了建立在小区制上的第一个蜂窝移动通信系统——先进移动电话系统(AMPS，AdvancedMobilePhoneService）。这也是世界上第一个现在意义的、商用的、能够满足随时随地通信的大容量移动通信系统。该系统在频分复用的技术上，解决了频谱资源受限的问题，并拥有更大的容量和更好的话音质量。在移动通信发展史上AMPS具有里程碑的意义。AMPS系统在北美商业上获得的巨大成功，有力的促进了蜂窝移动通信技术的研究和发展。随后，欧洲各国和日本都开发了自己的蜂窝移动通信网络，如欧洲的TACS(TotalAccessCommunicationSystem,完全接入通信系统)、北欧的NMT(NordicMobileTelephoneSystem，北欧移动电话系统)和日本的NTT(NipponTelegraphandTelephone,日本电报与电话系统)等。这些系统都是基于频分多址(FDMA)的模拟制式的系统，一般统称为第一代蜂窝移动通信系统，到目前为止已经出现了三代移动通信系统。(一)第一代模拟移动通信系统第一代模拟移动系统主要建立在频分多址接入和蜂窝频分复用的理论基础上，在商业上取得了巨大的成功。但是，该系统主要问题是所支持的业务（主要是语音）单一、频谱效率低、保密性差等，特别是在欧洲，一个国家有一个自己的标准和体制，无法解决跨国家的漫游问题。模拟移动通信系统经过10余年的发展后，终于在20世纪90年代初逐步被先进的数字蜂窝移动通信系统所代替。这些系统均采用FDMA接入技术，在移动通信信道中传输调制模拟电话信号，所以它们具有很多相似的地方，但是并没有发展出一个全球的公用标准。各个国家和地区都选择了与其国情相适用的系统进行研究和无线网络配置，包括各个国家采用不同的通信频段。（二）第二代数字移动通信系统推动第二代移动通信发展的主要动力来源于欧洲，欧洲国家比较小，要解决-4-标准和制式的统一才可能解决跨国家漫游。从20世纪80年代开始，欧洲就展开了数字蜂窝移动通信系统的研究，一般称其为第二代移动通信系统。它是随着超大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，语音数字处理技术的成熟而发展起来的。1982年，欧洲邮电管理协会（CEPT）成立了移动通信特别小组（GSM），开发数字蜂窝式移动通信技术，即全球通移动通信系统（GSM:GlobalSystemforMobileCommunication）。1987年，GSM就泛欧数字蜂窝系统的GSM协议达成一致意见。1991年，GSM数字蜂窝移动通信系统在欧洲问世，紧接着以TDMA标准为基础的其它第二代数字蜂窝移动通信系统如DAMPS/JDC等也相继投入使用。同时以IS-95技术标准为基础的COMA上用系统已分别在香港、韩国等地区和国家投入使用，取得了良好的用户反应。第二代数字蜂窝移动通信系统最引人瞩目的优点之一就是抗干扰能力和潜在的大容量，也就是说，它可以在环境更为恶劣和需求量更大的地区使用。第二代移动通信在发展的过程中没有形成全球统一的标准系统。在欧洲建立了以TDMA为基础的GSM系统；日本成立了以TDMA为基础的JDC系统；美国建立了以FDMA和以数字TDMA为基础的IS-136混合系统以及以N-CDMA为基础的IS-95系统。所以这些系统之间无法实现全球漫游，并且主要是话音服务只能传递间断消息，同时该面临严重的通信容量不足等问题。（三）第三代移动通信系统第三代移动通信系统由卫星移动通信网和地面移动通信网组成，将形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，以满足城市和偏远地区各种用户密度的需求，支持高速移动环境，提供语音、数据和多媒体等多种业务（最好速率可达2Mbits/s）的先进移动通信网，基本实现个人通信的要求。1999年11月5日国际电联ITU-12TG8/1最后一次会议——第18次会议在芬兰首都赫尔辛基落下帷幕。本次会议通过了第三次移动通信系统（IMT-2000RadiointerfaceSpecification）；为今后全球第三代移动通信产业的发展指明了方向。第三代无线接口技术规范为简介、范围定义、相关建议、说明、地面部分建议、卫星部分建议、发射限制建议等共七个章节。该建议的通过标志着第三代移动通信系统的开发和应用进入实质阶段。IMT—2000核心网络部分的标准化工作到2000年底才最终完成。这次会议确认了如下5种第三代移动通信RTT技术，其中有两种是TDMA技术：SC-TDMA(UMC-136)和MC-TDMA(EP-DECT)；有三种是CDMA技术：MC-CDMA（CDMA200MC）、DS-CDMA(包括UTRA/WCDMA和CDMA2000/DS)和TDDCDMA（包括TD-SCDMA和UTRATDD），如表所示：表1.1ITU确认的5种第三代移动通信RTTCDMATDMAMCDSTDDSCMCCDMACDMACDMATDMATDMA（四）我国移动通信的发展我国移动通信起步较晚，其中大致经历了一下几个阶段。(1)1982年~2000年——“无线寻呼”发展阶段-5-1982年，上海首先使用150mhz频段开通了我国第一个型模拟寻呼系统。1984年，广州用同样的频段开通了一个数字寻呼系统。寻呼系统应用大约十几年时间，到2000年，据不完全统计，全国寻呼用户已超过5000万。(2)无线移动电话——移动通信发展阶段1.第一代移动通信——模拟移动电话1987年，我国第一个模拟移动电话网在广东珠江三角洲开通，采用的体制为TACS。随后在北京、上海等地相继建成模拟移动电话系统，用户年增长率一直高达100%。2.第二代移动通信——数字移动电话1994年11月，我国开始建成GSM数字网。1998年，模拟用户数量开始下降，2001年7月，关闭模拟网。随后，2000年开始建成CDMA数字网（IS-95标准），CDMA是一种码分多址，是由多个码分信道共享在频频道的多址连接方式。目前使用的第二代数字移动通信系统可以提供话音及低速数据业务，能够基本满足人们信息交流的需要。截止到2007年6月，中国的手机用户已经达到6亿多，并且仍然以较高的速度发展。手持机的迅速普及驱动通信向个人化方向发展，互联网用户数以翻番的速度膨胀又带来了移动数据通信的发展机遇。特别是移动多媒体和高速数据业务的迅速发展，迫切需要设计和建设一种新的网络以提供更宽的工作频带、支持更加活泼的多种类业务（高速率数据、多媒体及对称或非对称业务等），并使移动终端能在不同的网络间进行漫游。3G由此产生。TD-SCDMA系统全面满足IMT-2000的基本要求，采用不需配对频率的TDD（时分双工）工作方式，以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式，同时使用1.28Mchip/s的低码片速率，扩频宽带为1.6MHz。TD-SCDMA第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院在国家有关部门的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的3G通信标准，是中国百年通信史上第一个具有完全自主产权的国际通信标准，在我国通信发展史上具有里程碑的意义并将产生深远的影响，是整个中国通信业的重大突破。（五）未来移动通信的发展——4G1.概述未来移动通信系统或称第四代移动通信系统可以在不同的平台和网络中提供无线服务，可以在任何地方宽带接入