通信类毕业设计论文——第四代移动通信(4G)的发展和前景.doc

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1、学 科 门 类 ： 单位代码 ： 毕业设计说明书（论文） 第 四 代 移 动 通 信 （ 4G） 的 发 展 和 前 景 学生姓名 所学专业 班 级 学 号 指导教师 XXXXXXXXX 系 二 年 XX 月 摘 要 随着 3G 标准格局的基本形成国际电联ITU开始研究和展望第 4 代4G移动通信以提供更有效的多种业务。它能达到更快的数据传输速率提供优质多样而价格低廉的服务。在第三代移动通信系统开展应用的同时关于第四代移动通信系统的研究已全面展开。目前世界发达国家都在积极进行第四代移动通信技术规格的研究制定工作。通过从 4G 移动通信系统的产生背景以及特点引入，本文简要的分析了第三代移动系统存

2、在的不足提出了第四代移动通信系统的概念并详细的介绍了 4G 的定义。对第四代移动通信系统的起源、发展、特点及世界上一些主要国家的研究进展作了介绍并讨论了第四代移动通信系统可能涉及的几种关键技术:OFDM、软件无线电以及智能天线技术。同时介绍了移动通信的发展状况、第 4 代移动通信的特点分析了实现未来第 4 代移动通信系统所面临的问题。关键词: 4G 移动通信系统 网络结构 关键技术 软件无线电 无线接入 ABSTRACT Along with the basic formation of 3G standard structure and formthe ITU internationalel

3、ectricity union begins to study and view the fourth generation mobile communication 4Gfor providing more effectively various business. 4G wireless technology can offer higher datatransmission ratesvarious high-quality and cheaper services. While the third generationmobile communication system is app

4、liedthe study of the fourth generation mobilecommunication has begun. At presentthe developed country in the world throw themselvesinto the research and establishment of the standard for 4G mobile communication technology.Starting with the background of the fourth generation mobile communication sys

5、tem and itscharacteristic this paper briefly analyzed some shortages exist in the third generation mobilecommunication systembrought forward the concept of the fourth generation mobilecommunication and introduced the definition. The origincharacteristicsand development ofthe fourth generation mobile

6、 communication in some countries are introduced in this paper.The related key techniques such as OFDMSoftware Defined RadioSmart Antenna.Simultaneously introduces the development status of mobile communication and thecharacteristic of the fourth generation mobile communication then analyzes the prob

7、lem ofthe future fourth mobile communication system.Key words: 4G mobile communication system network frame key techniquessoftware radio wireless access 目 录1 绪论 .1 1.1 移动通信系统的发展历程 . 1 1.2 国内外第四代移动通信4G研究的背景. 2 1.2.1 第四代移动通信系统产生的背景 . 2 1.2.2 世界关注移动通信 . 22 第四代移动通信系统的目标和主要特征 .5 2.1 第四代通信系统与第三代通信系统的区别 .

8、5 2.1.1 第四代通信系?车母攀?. 5 2.1.2 4G与第三代通信系统相比的优点 . 5 2.2 第四代移动通信系统的目标 . 6 2.3 第四代移动通信系统的具体特点 . 63 第四代通信技术的关键技术 .8 3.1 调制技术与信号传输 . 8 3.2 软件无线电 . 8 3.3 智能天线（SA） . 9 3.4 网络结构与协议 . 94.第四代移动通信系统的发展前景 . 11 4.1 第四代移动通信系统面临的问题 . 11 4.2 第四代移动通信系统的展望 . 115.结束语 .13致 谢 .14参考文献 .151 绪论1.1 移动通信系统的发展历程 第一代移动通信技术1G，主要采

9、用的是模拟技术和频分多址FDMA技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。第一代移动通信有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。 第二代移动通信技术2G，主要采用的是数字的时分多址TDMA技术和码分多址CDMA技术。全球主要有GSM和CDMA两种体制。GSM技术标准是欧洲提出的，目前全球绝大多数国家使用这一标准。我国移动通信也主要是GSM体制，比如中国移动的 135 到 139手机，中国联通的 130 到 132 都是GSM

10、手机。目前使用GSM的用户国占内市场的 97。CDMA是美国高通公司提出的标准，目前在美国、韩国等国家使用。联通公司今年开始大规模发展。主要业务是语音，其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游，由于第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务如移动的多媒体业务。 第三代移动通信技术3G，与从前以

11、模拟技术为代表的第一代和目前正在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为 384K，最高为 2M，带宽可达 5MHz以上。目前全球有三大标准，分别是欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和我国提出的TDSCDMA。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet，能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另个主要特点。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。满足多媒体业务的要求，从而为

12、用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。 虽然第三代移动通信可以比现有传输率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通信需求。第四代移动通信系统的提供便是希望能满足提供更大的频宽需求，满足第三代 1移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。1.2 国内外第四代移动通信4G研究的背景1.2.1第四代移动通信系统产生的背景 随着人们的生活空间、活动空间和参与领域在不断地扩大，对手机的功能要求，已不仅仅是对话和通信，还有许许多多其他方面的功能。要实现这些功能，就必须要有新型的通信技术来做保证，在这种情况下各种新兴的通信技术就应运而生了，但是，因为各个通信商家的利

13、益得不到很好的协调，这些新兴的通信技术如今被分化成了三大阵营。 然而，统一的呼声在业界仍然留存，希望在未来能够统一。这种趋势迫使人们考虑新一代的系统，它能在所有的环境和各种移动状态中传送无线多媒体服务，满足用户服务质量QoS的要求。目前相互兼容的第四代移动通信标准（亦称为后三代移动通信标准）正在业界萌动。 从移动通信系统数据传输速率的比较来看，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数字式移动通信系统传输速率也只有 9.6kbit/s，最高可达 32kbit/s，如PHS；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到 2Mbit/s；预计，第四代移动通信系统可以达到10Mbit/s至 20Mbit/s。虽

14、然第三代移动通信可以比现有传输速率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通信需求，第四代移动通信系统的提出便是希望能满足更大的频宽需求。1.2.2 世界关注移动通信 目前，关于第四代移动通信的研究已经在全球展开。第四代移动通信系统将是一种全 IP 的网络结构，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念1。世界发达国家都正在积极进行 4G 技术规格的研究制定，以期在全球 4G 规格制定中享有发言权。4G 的各项运行标准将由国际电信联盟（ITU）电信标准局决定。新一代无线通信技术在美国及日本等发达国家已经进入密集的研发和市场化阶段。新的研究包括网络结构、用户切换和漫游等移动环境下的系统实

15、现方案，从而实现用户的大范围移动，这种技术路线是当前国际上设计移动通信系统的主要思路。阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子已共同建立了旨在推动 4G 技术开发的世界无线研究论坛。 美国 ATampT 公司已在实验室中研究移动通信技术，其研究目的是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问因特网的速率，这项技术约需五年才能发布。ATampT 已推出了 4G 2Access 网络，它能配合目前的 EDGE 技术进行上传，并利用宽带 OFDM 技术进行下载。目前 ATampT 的 4G Access 网络升级分为两个阶段，第一阶段是移动电话基地台的软件构建，第二阶段则估计在两年后进行智能型天线的硬件构建。北电网

16、络则努力使 IP 的 4G网络传输速度达到 20Mbps，因此必须进Software Radio、宽带接收器、新型功率放大器等相关行动技术的开发。 日本的 DoCoMo 移动通信公司也已在日本进行移动通信的研究，力图成为移动通信领头羊。为了能够抢占未来移动电话技术的先机，日本邮电部已向日本电气通信技术审议会提交制定（4G）移动电话规格的提案。日本电气通信技术审议会负责审核 4G 技术的相关规格，决定其使用频率、系统技术、开发日程等。日本电气通信技术审议会估计，20012010 年日本 3G 市场规模将达到 42 兆日元，仅 2010 年的营收就将达到 9300 亿日元，而 4G 移动电话的市场

17、潜力更远胜于 3G。日本和韩国在 IMT-2000 之后的移动通信领域也进行合作，两国将共同建立因特网网络、例行两国之间的有线无线通讯结合环境，并进行超高速卫星通信实验。 韩国政府将斥资 1350 亿韩元，用于 4G 通信系统的开发。这些资金将主要用于高速信息包传输技术、固定无线通讯设备以及移动软件开发和下一代网络工艺上。为推进4G 移动通信服务系统研发进程，政府成立一个科研开发小组，专门负责该项目的实施。韩国政府已与移动通信设备公司及服务公司合资成立了下一代移动通信技术开发协会，着手进行 4G 等未来移动通信服务技术的开始研究。下一代移动通信技术开发协会还将聚集产、学、研的通讯专家，成立未来

18、移动通信规划委员会，负责推动 4G 规划、3G 服务及系统改进、针对无线网络专用通讯的 TDD（Time Division Duplex）方案设计和高速数据通讯（Hight Data Rate）等领域的研究。三星电子的 SERI 研究中心也开始进行4G 移动通信技术的开发工作。 我国在 4G 领域也取得得大成果。汉网公司研制出的汉网“宽带无线 IP 通信系统”用了 4G 技术和 IP 网络技术，以汉有的包分多址（PDMA）接入技术为核心，上下行数据速率采用不对称设计，可为无线用户提供高达近 2Mbps 的高速无线互联网业务，同时提供高速率的文字、图像、视频、话音等不同类型数据业务。可实现手机、

19、PDA、PC 之间的自由通信和组播、多点通信等扩展业务。 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，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、具有多种综合功能移动通信技术在 2011 年将成为移 3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 关于移动

20、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，关注并积极进行移动通信技术的研究与开发工作，把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。 42第四代移动通信系统的目标和主要特征2.1 第四代通信系统与第三代通信系统的区别2.1.1 第四代通信系统的概述 4G 并不是一个明确的定义，在人们的构想中，4G 是集 3G 与 WLAN 于一体的，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G 系统能够以100Mbps 的速度下载，比目前的拨号上网快 2000 倍，上传的速度也

21、能达到 20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G 与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G 可以在 DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G 有着不可比拟的优越性。2.1.2 4G 与第三代通信系统相比的优点 4G 通信是一个比 3G 通信更完美的新无线世界，它可创造出许多消费者难以想象的应用。3G 技术发展至今仍不很成熟。目前，3G 还缺乏全球统一标准，即使在美国，也存在三种互不兼容的规范。3G 所运用的语音交换架构仍承袭了 2G

22、的电路交换，而不是完全 IP 形式，由于受到多用户干扰，难以达到很高的通信速率，它的数据传输率只相当于普通拨号接入水平，更赶不上 DSL2。 4G 最大的数据传输速率超过 100Mbit/s，这个速率是移动电话数据传输速率的 1 万倍，也是 3G 移动电话速率的 50 倍。4G 手机可以提供高性能的汇流媒体内容，并通过ID 应用程序成为个人身份鉴定设备。它也可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。此外，4G 的无线即时连接等某些服务费用会比 3G 便宜。还有，4G 有望集成不同模式的无线通信从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移

23、动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。 4G 通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。如果说 3G 能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么 4G 通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速网络，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。 与传统的通信技术相比，4G 通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。数据通信 5速度的高速化的确是一个很大优点，它的最大数据传输速率达到 100Mbit/s，简直

24、是不可思议的事情。另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少，未来的 4G 通信费用也要比 3G 通信费用低。 如果说 2G、3G 通信对于人类信息化的发展是微不足道的话，那么未来的 4G 通信却给了人们真正的沟通自由，并彻底改变人们的生活方式甚至社会形态。2.2 第四代移动通信系统的目标 a与已有的数字移动通信系统相比，4G 系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量（QoS）更高的频谱利用率更高的安全性智能性和灵活性 b 可以容纳更多的用户应能支持包括非对称性业务在内的多种业务 c 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将在不同的固定和无线平台以及跨越不

25、同频带的网络运行中提供无线服务 d 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包括网络无缝终端无缝和内容无缝 e 将是多功能集成的宽带移动通信系统，不仅联系人与人，更将联系人与机器、环境，人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息，并可远端控制其他设备。2.3 第四代移动通信系统的具体特点 1高速率。对于大范围高速移动用户250km/h，数据速率为 2Mb/s对于中速移动用户60km/h，数据速率为 20Mb/s对于低速移动用户室内或步行者，数据速率为100Mb/s。 2以数字宽带技术为主。在 4G 移动通信系统中，信号以毫米波为主要传输波段，蜂窝小区也会相应小很多，很大程度上提高用户容

26、量，但同时也会引起系列技术上的难题。 3良好的兼容性。4G 移动通信系统实现全球统一的标准，让所有移动通信运营商的用户享受共同的 4G 服务，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。 4较强的灵活性。4G 移动通信系统采用智能技术使其能自适应地进行资源分配，能对通信过程中不断变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求，采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。 6 5多类型用户共存。4G 移动通信系统能根据动态的网络和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速的用户以及各种各样的用户设备能够共存与互通，从而满足系统多类型用户

27、的需求。 6多种业务的融合。4G 移动通信系统支持更丰富的移动业务，包括高清晰度图像业务、会议电视、虚拟现实业务等，使用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务。将个人通信、信息系统、广播和娱乐等行业结合成一个整体，更加安全、方便地向用户提供更广泛的服务与应用。 7先进的技术应用。4G 移动通信系统以几项突破性技术为基础，如：OFDM 多址接入方式、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电技术、高效的调制解调技术、高性能的收发信机和多用户检测技术等。 8高度自组织、 4G 自适应的网络。 移动通信系统是一个完全自治、自适应的网络，拥有对结构的自我管理能力，以满足用户在业务和容量方面不断变化的需求。 9随时随地的移动接入。4G 利用无线接入技术，提供话音.