1、新一代移动通信系统的特点及通信关键技术研究摘要：在知识经济与技术革命的推动下，移动通信技术和市场飞速发展。文中介绍了新一代移动通信系统的特点和网络架构，并且讨论了目前我国新一代移动通信系统及其特点，在此基础上详细论述了未来移动通信的关键技术。 关键词：通信系统；4G；关键技术；网络体系 Abstract: in the knowledge economy and technology revolution, under the impetus of the rapid development of mobile communication technology and market. This
2、 paper introduces the characteristics of a new generation of mobile communication system and network architecture, and discusses the new generation mobile communication system and its characteristics in our country, on the basis of detailed discusses the key technologies of mobile communication in t
3、he future. Key words: communication system; 4 g;The key technology; Network system 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 引言 通信技术的广泛应用，也使其不得不面临各种环境的考验。3G 各种标准和规范已达成协议，并已开始商用。可是 3G 还是有其局限性：多用户干扰的存在使得 CDMA 系统难以达到很高的通信速率；空中接口标准对核心网的限制，导致 3G 所能提供服务速率的动态范围不大，限制了不同业务类型；分配给 3G 的频率资源已经趋于饱和；3G 所采用的语音交换架构
4、仍承袭了第二代(2G)的电路交换，而不是纯 IP 方式；流媒体(视频)的应用不尽如人意；数据传输率较低等。所以，在第三代移动通信还没有完全铺开，距离完全实用化还有一段时间的时候，已经有不少国家开始了对下一代移动通信系统的研究。 1.新一代移动通信系统及其特点 新一代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能，新一代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网(包括卫星通信和平流层通信)，能够提供定位定时，数据采集、远程控制等综合功能。此外，新一代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入 IP 系统。目前正在开发和研制中的 4G
5、 通信将具有以下主要特点： 1.1 信息传播速率更快 由于人们研究现代移动通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问 Internet 的速率，因此 4G 通信的特征莫过于他具有更快的无线通信速度。第三代移动通信系统数据传输速率最高可达2Mbit/s，专家预估，现代移动通信系统的速度可达到 10-20Mbit/s，最高可以达到 100Mbit/s。 1.2 多种业务的完整融合 4G 应能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，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、各种系统平台间的互联更便捷、安全，面向不同用户要求，更富有
6、个性化。4G 技术能提供各种标准的通信业务，从而满足宽带和综合多种业务需求。 1.3 高度智能化的网络 采用智能技术的 4G 通信系统可以用于满足不同的环境、不同的用户的通信需求。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结合的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。能使其自适应地进行资源分配，能够调整系统对通信过程中变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求，终端设备的设计和操作也将具有智能化。1.4 兼容性能更强 要使 4G 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 4G 通信。因此，从这个角度来看，4G 通信系统应当具备全球漫游、接口
7、开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从 2G，3G 平稳过渡等特点。 1.5 高速移动中不同系统间的无缝连接和随时随地的移动接入 用户在高速移动中也能接入到系统中，并在不同系统间无缝切换，进行高速率的多媒体业务数据传送。在 4G 系统中利用先进的无线接入技术，提供话音、高速信息业务、广播以及娱乐等多媒体业务接入方式，让用户可在任何时间、任何地点接入到系统中。 2.移动通信的网络体系结构 新一代移动通信系统的网络体系分为三层：物理层（接入层） 、网络层（承载层）以及应用层。物理层提供接入和选路功能，网络层作为桥接层提供 QoS 映射、地址转换、即插即用、安全管理、有源网络。物理层与网络业务执
8、行技术层提供开放式 IP 接口。应用层与网络业务执行技术层之间也是开放式接口，用于第三方开发和提供新业务。新一代移动通信系统应该具有的特征： 2.1 高速率，高容量：对于高速移动用户数据速率为 2 Mbit/s，对于中速移动用户数据速率为 20 Mbit/s，对于低速移动用户(室内或步行者)，数据速率为 100 Mbit/s； 2.2 兼容性更加平滑：4G 应该接口开放、能够跟多种网络互联，在不同系统间无缝切换，传送高速多媒体业务数据； 2.3 灵活性更强：4G 拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配； 2.4 用户共存性：能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备
9、能够并存与互通，从而满足多类型用户的需求； 2.5 高度自治的自适应网络：能对其结构进行自适应管理，从而满足用户在业务和容量上的变化和演进。 3.新一代移动通信关键技术 3.1 多入多出（MIMO）技术 MIMO(多输入多输出)技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量，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。理论和计算机仿真表明：在信道状态已知的情况下，基于 MIMO 的无线系统信道容量可随着收、发端天线的增加而线性增大， 因此具有广泛的应用价值。MIMO 技术领域的一个研究热点就是空
10、时编码，常见的编码方法主要有空时分组码、空时格码和 BLAST 码。 3.2 先进的信号处理及传输技术 3.2.1 OFDM 技术 在无线通信中，高速移动会产生较大的多普勒频移，会导致严重的频率选择性衰落。新的调制技术如多载波正交频分复用（OFDM）调制技术可以有效的对抗频率选择性衰落，同时还具有很高的频谱效率。 OFDM 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，而 OFDM 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，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的
11、，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM 技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。 3.2.2 自适应传输和迭代接收 自适应传输技术也是未来移动通信系统基带信号处理的核心技术。自适应无线传输技术是指移动通信设备能够根据无线网络的不同情况选取不同的传输方式来获得最佳的无线传输效果。在未来移动通信系统中，这种自适应无线传输技术将得到广泛的采用。其中信源信道联合编码技术、OFDM 子载波自适应调制技术就是自适应技术的很好体现。OFDM 自适应调制机制允许各个子载波根据信道状况的不同采用动态的调制方式：在信道条件比较好的时候
12、采用高效的调制方案；信道状况比较差的时候采用效率较低而性能较好的调制方案。 迭代接收技术是提高接收系统可靠性的主要手段之一。迭代接收是指在接收端通过多次循环迭代使得接收机的检测和解码性能达到最佳。迭代技术从 1993 年提出的 Turbo 码迭代译码技术发展而来，Turbo 迭代信道估计和解码、波束形成和解码的联合迭代接收、面向 MIMO 的迭代接收技术都是迭代接收技术具体应用的体现。随着硬件器件和数字信号处理技术的飞速发展， 这些迭代技术将会在未来通信技术中得到广泛应用。除此之外，高性能的前向纠错（FEC）编码如 Turbo 编码、LDPC 编码技术等、自动重发请求（ARQ）和分集接收技术也
13、是未来移动通信网络信号处理使用的主要技术。 3.3 智能天线（SA）技术 智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。 和传统的几种常用的多址接入方式相比，即时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)，智能天线引入空分多址(SDMA)接入方式。智能天线起到的作用相当于空时滤波器，在相同时隙、相同频率或相同地址码情况下，
14、用户仍可以根据信号不同的空间传播路径而区分，等于在多维信号处理中又增加了一维。智能天线在消除干扰、扩大小区半径、降低系统成本、提高系统容量等方面具有独特的优越性。这种技术优点主要在于可以改善信号质量和增加传输容量，同时又能扩大覆盖区域、降低系统建设成本，因此将在未来系统中得到广泛应用。 3.4 软件无线电技术 软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带 A/D 和 D/A 变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件
15、实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。 3.5 切换技术 切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。它主要有软切换和硬切换。在 4G 通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。 4.结论 新一代移动通信技术尽管有着比 3G 更快的通信速度、更宽的网络频谱、更灵活等一系列优越性，但要真正实现，现在看来还面临着许多难题。不少人都认为新一代无线通信网络系统是人类有史以来最复杂的技术系统，总的来说，要顺利、全面地实施 4G 通信，还将可能遇到一些困难。因此，现在对未来移动通信网络结构的可行性、灵活性及其关键技术的探讨将对它的尽快实现有十分重要的意义。 参考文献 1刘伟，丁志杰4G 移动通信系统研究进展与关键技术中国数据通信，2004(02) 2李娜，第四代移动通信技术研究，2007-11-21 3章坚，曾凯4G 核心技术的发展趋势，广东通信技术2004，24（3）
