第8章_第四代移动通信关键技术
浅析第四代移动通信关键技术
浅析第四代移动通信关键技术在当今科技飞速发展的时代，移动通信技术的不断革新为人们的生活带来了极大的便利。
从最初的简单语音通话到如今的多媒体信息传输，移动通信技术的每一次进步都深刻地改变着我们的沟通方式和生活习惯。
其中，第四代移动通信技术（4G）的出现更是具有里程碑式的意义。
4G 移动通信技术并非一蹴而就，它是在之前几代通信技术的基础上逐步发展而来。
与以往的通信技术相比，4G 具有更高的数据传输速率、更低的延迟、更好的频谱利用率以及更强大的多媒体支持能力。
首先，正交频分复用（OFDM）技术是 4G 移动通信中的关键技术之一。
OFDM 技术将高速的数据流分解为多个低速的子数据流，并通过多个相互正交的子载波进行并行传输。
这种方式有效地对抗了多径衰落，提高了频谱利用率。
简单来说，就好比把一条宽阔的高速公路分成了许多条并行的小道，车辆（数据）可以在这些小道上同时行驶，从而提高了通行效率。
多输入多输出（MIMO）技术也是 4G 中的核心技术。
MIMO 技术通过在发射端和接收端使用多个天线，实现了空间分集和空间复用。
空间分集可以增加信号的可靠性，降低误码率；空间复用则能够大大提高数据传输速率。
想象一下，多条信息通道同时传输数据，就像多条管道同时输水，自然能提高整体的传输量。
智能天线技术在 4G 中也发挥着重要作用。
智能天线能够根据信号的到达方向自适应地调整天线波束，从而增强有用信号，抑制干扰信号。
这就好像一个智能的信号接收和发送“指挥官”，能够准确地指挥信号的流向，提高通信质量。
软件无线电技术的应用为4G 通信带来了更大的灵活性和可扩展性。
软件无线电通过软件来定义和控制无线通信系统的功能，使得不同的通信标准和协议可以在同一硬件平台上实现。
这意味着运营商可以更轻松地升级和维护网络，用户也能够在不同的网络环境中实现无缝切换。
此外，链路自适应技术也是 4G 通信的重要组成部分。
链路自适应技术能够根据信道条件实时调整传输参数，如调制方式、编码速率等，以实现最佳的传输性能。
第四代移动通信关键技术
-6-
无线通信技术演进
年代 移 动 性
4G技术国内主流标准：TDD LTE 4G技术国外主流标准：FDD LTE
带宽速率
-7-
4G通信技术的优越性
➢ 第四代移动通信系统(4G)主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心 ➢ 其特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力 ➢ 适用于无线、有线等不同通信介质环境 ➢ 各类标准较为成熟，基于全IP化管理，设备互通性好
无线公网 (GPRS/CDMA)
电力线载波通信
出租车：费用低但关键时候无保障， 停运或拒载，偏远地区打不到
逐步取代
老爷车：30多年历史，自主运营 注入新技术
230MHz电台 无线专网技术
自行车：穿街走巷，自由灵活 提高频谱利用率
MVP：多用途、效率高
大力发展，自主创新
重点应用领域及解决方案
输电线路监控 解决方案
频率自适应 网络自愈合
✓ 支持频段230M ~3.8GHz
✓ 最大可跨越4个故 障节点
✓ 支持极限状态下 SOS消息
多跳自组织网
✓ 低延时 ✓ 高带宽 ✓ 高可靠性
- 16 -
（1/2）线性多跳网络
时隙1：状态信息
时隙2：控制信号
控制跳过损毁 节点
变电站
正常工作模式
报告控制中心
网络已恢复， 故障节点已定位
-4-
通信信息平台发展现状
配电 通信 网管 理平
台
用 电 信 息 采 集 远 层 通 信 网
业务介绍
电力通信
配电 光纤骨干网
自动
化骨 干层
第四代移动通信的核心技术
第四代移动通信的核心技术摘要：正交频分复用（ofdm）是一种新型调制技术，特别适合在多径传播的无线移动信道中高速传输数据。
本文简要介绍了ofdm 的发展背景以及ofdm的基本原理，最后概述了 ofdm系统的优点以及不足之处。
关键词：正交频分复用基本原理优点缺点1、引言第四代移动通信系统计划以ofdm（正交频分复用）为核心技术提供增值服务，它在宽带领域的应用具有很大的潜力。
较之第三代移动通信系统，采用多种新技术的ofdm具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，它不仅仅可以增加系统容量，更重要的是它能更好地满足多媒体通信的要求，将包括语音、数据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去。
下一代（4g）移动通信系统预计系统速率可达到20mbps，甚至更高，国际电信联盟正在着手有关标准的组织工作。
为了实现这一目标，必须从通信网络的交换、传输和接入等各个环节进行研究和突破，尤其是在移动环境和有限频谱资源条件下，如何稳定可靠高效地支持高速率的数据传输值得研究[1]。
正交频分复用（ofdm）技术因其网络结构高度可扩展，且有良好的抗噪声性能和抗多径信道干扰的能力以及频谱利用率高而被普遍认为是下一代移动通信系统必不可少的技术。
2、ofdm技术基本原理2.1 ofdm的基本原理ofdm （正交频分复用）技术实际上是mcm（multi-carrier modulation，多载波调制）的一种。
其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据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（ici）。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上信号的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易[3]。
图1显示了ofdm信道的整个频谱。
浅析第四代移动通信关键技术
（） 信费用 更 加便宜 ：Ｇ 构建在 现 有网络 基础 上融合 多 种新 的无线 技 ７通 ４是 术 的新一 代 的无 线网络 ， 不需 要运 营商 完全 重建 一套 系统， 在成 本 方面优 势大
于 ３ Ｇ 。
ห้องสมุดไป่ตู้
３ ４ 的 网 络体 系结 构 Ｇ 移 动通信 从第 二代 向第三代 演进 使得核 心网 由电路交 换转变 为分组交 换， 进一 步 的要求 是使 核心 网独 立于 接入 技术 。分组交 换 的技术 有 Ａ Ｍ和 Ｉ ， Ｔ Ｐ等 综合 当前 的发展 趋 势 以及 Ｉ 技术 的特 点 ，Ｐ 认为 是下 一代移 动通信 最 适合 Ｐ Ｉ被 的网络层技术， 统一的 Ｉ Ｐ核心网将使不同的无线和有线接入技术实现互联融 合 。第 四代移 动 通信 的 网络 结构 如 下 图 １所示 ： 核 ，ｉ 网络不 是专 门用 作移 动通 信， ５ｅ ， 而是作 为一 种统 一 的网络， 支持 有 线 及 无线 的接 入， 它就 像 具有 移动 管理 功能 的 固定 网络， 其接入 点可 以是 有线 或 无 线 。无线 接 入 点可 以是 蜂窝 系统 的基 站 ， 线局 域 网或 者 自组 网等 。对 于 无 公用 电话 网和 未实 现全 Ｉ Ｐ的 ３ Ｇ网络 等 则通 过特 定 的网 关连 接 。另外 ， 点 热 通信 速 率和 容量 的 需要或 网络 铺设 重 叠将使 得整 个 网络呈 现广 域 网、局域 网 等互联 、综合和重 叠的现象 。 未来 的 网络系 统构 架 如 图 ２所示 其 中， Ｐ核心 网络 不是 专 门用作 移动 Ｉ 通信， 而是 作为 一种统 一 的网络， 支持 有线 及无线 的接入， 它就 像具 有移动管 理 功 能的 固定 网络 ， 其接 入 点可 以是 有线 的或 无 线 的 。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 Ｉ Ｐ的核 心 网 中， 成一 个 公共 的、灵 形 活 的、可 扩展 的平 台， 图 ２所 示 。基于 Ｉ 如 Ｐ技 术 的网络 架构 使 得用户 在 ３ 、 Ｇ ４ 、ＷＬ Ｎ、 固定 网之 间无 缝 漫游 可 以实现 。 Ｇ Ａ ４ ４ 网 络 中的 关 键技 术 Ｇ 第 四代移 动通信 技术将 以几项 突破 性技术 为基 础， 由于利 用 了几项不 同的 技术 ， 以无 线频 率 的使 用 相 比较于 第 二代 和第 三代 系 统要 有效 得 多 。据 估 所 计， 这种 有效 性可 以让更 多 的人 使用 与以前 相 同数量 的无线频 谱却 能发挥更 大 的效用 ， 而且 速度 非常 快 。４ Ｇ中将会 应 用到 的下 面几 项 关键技 术有 待 于进 一 步 的研 究 和 解 决 。 ４ １正 交频 分 复用 （Ｆ Ｍ技 术 ． ＯＤ ） 在 高频段 进 行 高速移 动 通信 ， 面 临严重 的 频率 选择 性衰 落 。为 了提高 将 信 号性 能， 我们 需要 研 究和 发展 智 能调 制和 解 调技 术， 来有 效抑 制这 种衰 落 。 ＯＤ Ｆ Ｍ是 一种 无 线 环境 下 的高速 传 输技 术 。无 线信 道 的频率 响 应 曲线大 多 是非平 坦的， 该技术 的主 要思想 就是在 频域 内将给 定信 道分成 许多正 交子 而 信 道， 在每 个 子信道 上 使用 一个 子载波 进 行调 制， 并且 各 子载波 并行 传输 。这 样 ， 个子 信道 是相 对平 坦 的， 每 即使 总 的信道 是非 平坦 的 。同时在 每个子 信道 上进 行 的是 窄带传 输 ， 号带 宽小 于信 道 的相应 带 宽， 信 因此就可 以大 大消 除信 号波 形 间的干 扰 。 由于 Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ技术 能够 克服 Ｄ Ｃ Ｍ 在 支 持高速 率数 据传 输 Ｓ ＤＡ 时符号 间干扰 增大 的 问题， 并且有 频谱效 率高 ， 硬件 实施 简单等优 点， 因此ＯＤＩ Ｆ￣ 被看 作 是第 四代 移 动通 信 系统 中 的核 心技 术 。Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ技 术 的主要 的技 术难 点 是系 统 中的频 率和 时 间同步 ， 基于 导频 符号 辅助 的信 道估计 ， 峰平 比 问题 和多
第四代移动通信系统中应用的关键技术
至 今 ， 代移 动 通 信 己 经 和 正 在 经 历 着 三 现
展 的 个人 通信 愈 来 愈高 的 要求 。ＭＴ一 ０ ０ Ｉ ２ ０ 代演变 。 可 以 支 持 高 质 量 的 无 线 话 音 业 务 ， 及 最 以 第一 代 移 动 通 信 系 统是 采用 Ｆ ＤＭＡ方 高 达 ２ Ｍｂ／ 的 数据 通 信 ， 足 当前 要 求 。 ｓ 满 但 式 的 模 拟 蜂 窝 系 统 。 拟 通 信 系 统 首 次 实 是 ， 着 移 动 用 户 数 的 剧 增 和 互 联 网 的 迅 模 随
的 提 高 ， 其 业 务 种 类 主 要 限 于 话 音 和 低 业 务 。 就 使 支 持 高 速 多 媒 体 业 务 成 为 新 但 这
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速 数据 （ ． ｋ ｉ ｓ ， 目前社会 的发 展对 ≤９ ６ ｂｔ ）而 ／
。
樱高的传输技术 摹： 代移动通信系 第四 统将可以 提供数据传 输速率 ｉｌＯｂ／４ｔ更高的通信业务。 现这样高 ＆ ＯＭｉｓ ｔ ￣ 实 速率和大容量的 通信， 要频谱 需 效
从 贝尔 实 验 室 发 明 蜂 窝 移 动 通 信 概念 动 通 信 系 统 的技 术 规 格 ４Ｇ移动通 信 系统 的 网络结 构
5G移动通信系统_第8章_v4_20230414_邓集检
铂松信息
和分布式远程射频单元等，构建高效的无线接入网络架构。
8.1.2 云化对电信业带来的价值
相较于传统概念中的集中式RAN，概念扩展升级之后的C-RAN架构的优 势主要体现在以下几个部分：
第一点
• 也是运营商最为看重的一点，C-RAN的提出降低了运营商的 CAPEX和OPEX。
第二点
• C-RAN是一个绿色的无线接入网，也就是说，C-RAN具有低能 耗的优势。
5 铂松信息
8.1.1无线云化的驱动力
传统的RAN架构中，多种网络标准需要不同的专网来支持，运营成本较 大，在5G网络中，使用一个图8.3的统一接入平台，用户在该平台上可 通过软件调整不同的网络接入制式，达到个性化定制以及便于部署和管 理的目的，最终达到业务之间的高效协调。
4G
Pre5G
5G
WiFi
• 每个基站都要由相关的专业厂商来开发“垂直的解决
1
方案”，一站一案。
• 每个基站上均配有一定数量的天线，这些天线形成一
个扇区，而每个扇区中的天线负责自己小区对应的一
2
部分。
• 由于干扰的存在，系统容量会受到自然条件的限制，
独立开展工作的基站在频谱效率上已经很难再获得增
3
长。
9 铂松信息
8.1.1无线云化的驱动力
式，以更低的成本为移动用户提供多元化的业务支持。
2 铂松信息
8.1.1无线云化的驱动力
超高速率
3D/UHD 视频
eMBB
VR/AR
智能家居
工业自动化
无人驾驶
mMTC 智能交通 URLLC 关键App
高清语音 云办公
云游戏
M2M
智能城市
远程手术
第四代移动通信关键技术
第四代移动通信关键技术
电科五班
4G的定义
第四代移动通信技术的主要指标：1、数据速率从2Mb/s提 高到100Mb/s，移动速率从步行到车速以上。2、支持高速数 据和高分辨率多媒体服务的需要。宽带局域网应能与B-ISDN 和ATM兼容，实现宽带多媒体通信，形成综合宽带通信网。3、 对全速移动用户能够提供150Mb/s的高质量影像等多媒体业 务。
2020/9/16
• （3）服务质量。服务质量（QoS）包含几个方面的内容。 从协议的角度看，IPv6与目前的IPv4提供相同的QoS，但 是IPv6的优点体现在能提供不同的服务。这些优点来自于 IPv6报头中新增加的字段“流标志”。有了这个20位长的 字段，在传输过程中，中国的各节点就可以识别和分开处理 任何IP地址流。尽管对这个流标志的准确应用还没有制定出 有关标准，但将来它用件无线电（Software Defined Radio,简称 SDR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制 的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的 各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基 带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到 控制协议部分全部由软件编程来完成。
OPDM
• （1）频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近 一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。 OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其 频谱利用率可以接近Nyquist极限。
论第四代移动通信系统的关键技术及其展望
论第四代移动通信系统的关键技术及其展望摘要随着经济的不断发展，科学技术的不断提高，现在我国移动通信系统已由3g迈向了4g。
4g不仅集齐了第三代移动通信系统的所有优点，而且其在通信网络方面有了更进一步的发展。
文章从4g的基本概念出发，介绍了第四代移动通信系统的技术特点，分析了其关键技术，最后对其今后的发展趋进行了展望。
关键字第四代移动通信系统；关键技术；无线接入中图分类号：tn929.5引言移动通信就是指在进行通信的双方最起码有一方是在进行移动式的信息交换。
发展至今，移动通信总共经历了四代。
第一代也被称为1g，其主要利用的是模拟技术及频分多址技术，其只能进行区域性的移动通信，对于长途漫游式的移动通信不能实现；第二代也被称为2g，其主要利用的是数字的时分多址技术及码分多址技术，与第一代通信系统比较，其移动通信的性能得到了增强；第三代被称为3g，同时也被称为imt-2000，其主要利用的是时分同步码分多址技术，其不仅能提供前两代所能提供的通信业务，而且其还能提供很多宽带信息业务，比如说数据传输或是图像传输等，并且其传输速度可达到每秒2mbit，宽带容量也可超过5mhz。
1.4g的概念及其技术特点1.1 4g的概念所谓4g就是指第四代移动通信系统，它可将很多多媒体信息通过宽频进行传输，因此它也被叫作“多媒体移动通信”[1]。
运用第四代移动通信系统可以使使用用户数不断增加，而且其还能实现多媒体的传输，同时还能保证通信品质。
总体来说，第四代移动通信具有用户数庞大、高通信品质及高传输速度等优势。
第四代移动通信系统与第三代通信系统相比，其在业务、功能及频带上都会有很大的不同，第四代移动通信系统可以被看作是宽带接入或是分布式网络。
其数据传输能力具有非对称性，而且其传输速率高于每秒2mbit。
它不仅涵盖了宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统，而且其还包括互操作的广播网络。
目前，第四代移动通信系统还只是个概念，但是随着互联网技术的发展，第四代移动通信系统也会不断向前发展。
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4G系统的具体技术目标和特点 （3）
4G系统是一个无缝网
• 4G系统应能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的 无缝漫游，应能实现与无线LAN的无缝连接。并实现高速 移动中系统间切换和网络互联.
• 4G的无缝特性，包含系统、业务和覆盖等多方面的无缝性
• 4G系统应当是一个综合系统，蜂窝部分提供广域移动性， 而WLAN提供热点地区的高速业务，同时也应当包含家庭和 办公室的个人LAN.
• 2.5代 (GPRS)的主要指标参数（传输速率）: 最大用户数据率：21.4kbps, 采用GMSK一种调制方式
( 2.75代 --- Edge）
• 3代的主要指标参数（传输速率）： 144kbps, 快速移动状态； 384kbps, 人行道步行； 2Mbps, 室内不动。
4
4G系统技术目标和特点 （1）
• MC-CDMA采用QPSK调制，而OFDM-TDMA采用高电 平调制，如M-QAM，需要采用自适应调制，按照实际测 量的参数来确定QAM的电平数和符号速率。
• 4G移动通信系统将采用更高级的信道编码方案，如Turbo 码、级连码和LDPC等，从而在极低的Eb/N0下保证足够 的性能。NTTDoCoMo的4G实验系统信道编码采用 TURBO码。
T技ec术hn趋ol势og y trends
新N的ew网 net络work
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升级限定
最后答案? Ni新中netew的接rfa空口acir
e
4G 是 否存在
Wireles 无s线
wireline
2
基本概念-----4G的直观描述图
• 是在1G、2G、和 3G基础上发展起来的 • 是与2G 和3G共存的 （目前：2.5G 代表：GPRS、Edge） • 传输速率较3G提高10倍、成本降低10倍 （2001年）
覆盖面积 移动性
宏小区 高的移动性
微小区 有限的移动性
固定接入
2G 3G
4G
64kbps
WLA N
2Mbps
P-MP (LMDS) Milli-wave LAN
数据速率 200Mbps
3
2代、2.5代、3代的主要区别：
• 2代（GSM) 的主要指标参数（传输速率）: 9.6kbps --- 14.4kbps, 可移动（任意速度）；仅有语音通 信；
• 日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为：VSFOFCDM。VSF表示可变扩频因子，而OFCDM则表示正交频分与码 分复用。
9
4G系统的关键技术 （2）
调制与编码
• 4G系统将会采用多载波调制（MCM）技术 MC-CDMA 或 OFDM-TDMA,并考虑功率与自适应调
制的平衡.
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4G系统的具体技术目标和特点（4）
4G系统是一个基于IP的网络
• 4G应当是一个基于IP的移动网络，可以采用多种无线接入方式， 比如IEEE 802.11, WCDMA, Bluetooth, HyperLAN等。全IP的核心网 可以与无线接入方式独立地发展。4G系统将会采用Ipv6。Ipv6将能在 IP网络上实现话音和多媒体业务。（山东大学已建成Ipv6实验网）
4G系统的容量
• 4G系统的容量至少为3G系统的10倍
• 4G系统的频谱效率应当为3G系统的5到10倍
• 4G系统目标速率为： 高速移动用户（250km/h），数据速率为2Mbps; 中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbps; 低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbps
具有不同速率间的自动切换能力,以保证通信质量.
高效的频谱使用方案
• 提高频谱效率的方法是将要使用3GHz以上的频段，由于可 以使用的带宽更宽，因此将具有更高的传输容量。
• 3G系统的频谱效率只有2bps/Hz，而4G系统的频谱效率应 达到5bps/Hz。
• 信道分配：主要为分组信道分配、自适应信道分配。分组 信道是将信道分组分配给每个及户,可使由于失真及各信 道能量的不均衡和频偏所造成的用户间的干扰最小.
• OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和 抗多信道干扰能力，可以提供比目前无线数据技术质量更高（速率高 、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的 方案
• OFDM的主要优点：各个信号间不会相互干扰；对多径衰落和多普勒 频移不敏感；用户间和相邻小区间无干扰；可实现低成本的单波段接 收机等。OFDM的主要缺点: 功率效率不高（PAPR峰值平均功率比 ,Peak to Average Power Ratio )、及频偏问题。
➢ 4G系统应具有更高的数据率、更好的业务
质量（QoS）、更高的频谱利用率、更高的 安全性、更高的智能性、更高的传输质量 、更高的灵活性；
➢ 4G系统应能支持非对称性业务，并能支持 多种业务；
➢ 4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络 不断融合的发展趋势，因此4G系统应当是 一个全IP的网络。
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4G系统的具体技术目标和特点 （2）
4G 移动通信系统
1
基本概念-----什么是 4G、B3G?
• 4G 是下一代的移动蜂窝系统，大约在 2010年投入使用 • 4G的12个部分
W无i线络rsel网es Internet
b更数Hitig高据率raht的速eers
r费eC降d用uon低cபைடு நூலகம்的ttio
pS服r供eo务rvv者idi提ceer s
4G系统将能实现不同QoS的业务
• 4G系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务 。能提供用户定义的个性化服务,按服务级别收费.
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4G系统的关键技术 （1）
无线接入方式与多址方案
• OFDM是4G系统最为合适的多址方案, OFDM也是将来4G系统最有 可能采用的多址方式。(其它观点：MIMO+CDMA)
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4G系统的关键技术 （3）
无线链路增强技术
• 分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频 率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能；
• 多天线技术，如采用2或4天线来实现发射分集，或者采用 多输入多输出（MIMO）技术来实现发射和接收分集。（ 实现的考虑：共用天线的可能性）
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4G系统的关键技术 （4）