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第四代移动通信系统概述

作者:admin 来源:网络日期:2008-5-2 19:25:20

b)日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为VSF（variable speding factor）-OFCDM(orthogonal frequency and code division mul-tiplexing)。VSF-OFCDM在采用多载波的同时，进行与CDMA 相同的扩散处理来增大容量。
其最大特点在于，可以根据具体的通信服务来改变时间方向与频率方向上的扩散率，从而在类似热点的孤立区域，通过降低扩散率来优先增大传输速率；而在用户众多的环境下，提高扩散率，增加系统容量。这种接入方式可以提高频谱利用率，并且不受多径干扰的影响，可通过改变扩频因子，应用于高密度业务区和一般业务区。
3.2.2调制与编码
a) 多载波调制（MCM）技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率，用这些数据流去并行调制若干个载波，然后合成输出。其主要优点是可以有效抑制在单载波系统接收机中由于线形均衡所引起的噪声及干扰的提高，较长的信元周期对噪声和快衰落有更大的抵抗性。
时间弥散是无线信道传输速率受限的一个主要原因，而在多载波调制的子信道中，数据传输速率相对较低，码元周期长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的值就不会产生码间干扰，即MCM 对新到的时延弥散不敏感，具有抗时延弥散的特性。
MCM通常可以通过多载波码分多址（MC-CD-MA）、正交频分复用时分多址（OFDM-TDMA）和多音实现几种技术途径来实现。
b) 自适应调制与编码（AMC）是目前研究的又一热点技术。AMC 的原理是根据信道条件（基于从接收机反馈信息来估计）瞬时的变化改变调制与编码格式，对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
具有AMC的系统，接收机将收集一系列信道的统计数值，提供给发射机和接收机去优化系统参数（如调制及编码、信号带宽、信号功率、训练周期、信道估值滤波器、以及自动增益控制等），允许按照信道条件分配给不同的用户不同的数据率。对于靠近小区基站的用户分配给较高码率的较高阶的调制（如64QAM，R=3/4Turbo）,对于靠近小区边界的,则分配给具有较低码率的较低阶调制(如QP-SK,R=1/2Turbo码)。AMC扩展了系统自适应良好信道条件的能力。
预计4G系统将会采用多载波调制技术#
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术，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可获得最好的分集性能；多天线技术，如采用2 或4天线可实现发射分集，或者采用MIMO 技术可实现发射和接收分集。
对4G广带无线移动通信高性能的要求，促使其在基站及用户终端采用多天线系统。
广带信道是一个典型的非视线信道，并包含不匹配性，如时间选择性及频率选择性衰落。传统无线通信理论一直将多径传播视为造成无线信号衰落的干扰之一，而采用多天线则产生了多个空间信道，所有的信道不会同时产生衰落，因此MIMO天线系统恰恰利用了传播环境的多径特性，极大地提高了前向和反向链路的容量，并增加通信范围与可靠性。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，一方面要采用有效的措施提高频谱利用率，另一方面要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP 的核心网
综观当前的发展趋势，IP 被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案，使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网（WLAN）或者是Ad hoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP 的3G网络等则通过特定的网关连接。
目前移动OK 急待解决的问题有三角路由问题&漫游和切换问题&安全问题等#
3.2.6软件无线电（SDR）技术
在4G系统中，由于移动用户在不同的系统间漫游，系统之间以及系统内部需要无缝切换，而且随着4G系统的发展，会不断出现新的业务和新的需求，这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
软件无线电在4G中的可能应用为：
a)采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；
b) 当终端移动时可重新配置。如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动通信系统中时，终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端，从而使该终端获得服务。
采用软件无线电技术实现的移动终端或基站将采用模块化结构，主要由天线模块、LNA 模块、ADC/DAC功率放大器模块、DSP 模块和多媒体模块等组成。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）、现场可编程器件（FPGA）、数字信号处理（DSP）等。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理,对于3G系统如果信道带宽为5MHz,数据速率为2Mbit/s,则所需的SNR为1.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据,则所需要的SNR为12dB。
可见由于4G系统的速率很高，因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列，它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能，可以跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，实现空间分集，提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价。
目前，智能天线被认为是未来移动通信的关键技术之一，其工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式两种。
全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大，信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点；实际信道条件下当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。而对于预多波束的切换波束工作方式，全空域（各种可能的入射角）被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠#接收时的主要任务是挑选一个#也有可能是几个’但需合并后再输出(作为工作模式。与自适应方式相比它显然更容易实现，实际上可将其看作是介于扇形天线与全自适应天线间的一种技术，也是未来智能天线技术发展的方向。
3.2.9多用户检测技术
多用户检测器可以提高系统的容量，因此将是
4G系统必然采用的技术.
随着多用户检测器研究的不断深入，各种高性能但算法又不特别复杂的多用户检测器算法不断被提出来，因此在实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
3.2.10系统资源管理
在第四代移动通信系统中，移动商务和对QoS有较高要求的各类业务将持续增长。网络将处理前所未有的多媒体业务量、多运营商配置、无需授权频段和Ad hoc网络拓扑等#各类结构的存在也使得具有不同QoS方案的不同域之间具有移动性和互相作用,从而显著增加了系统的全局复杂度.
这需要一个具有丰富连接性和智能的QoS 无线分组网络的支撑#系统的\先进的无线资源管理策略也成为必需。该策略的关键单元包括协调业务连接处理的业务管理部分，维护所有网络实体已分配的和可用的资源许可控制管理部分，以及按照QoS需求和业务条件在共享同一资源的业务之间分配可用资源的资源管理部分。
采用一些能够使网络有效满足不同业务请求的政策或机制#包括接入控制、资源调度、缓冲区管理和流量控制等。系统检测可用的资源以及信号的质量，然后根据不同用户、不同业务质量要求动态地分配频率资源和信号发射功率，从而大大提高系统的性能。
3.2.11 Ad hoc网络技术
未来移动通信网络除了以低成本达到高数据速率外，还要求在无专用通信基础设施下，网络具有适应和生存能力。
Ad hoc 网络或称为分组无线网络作为非集中控制网络结构，因灵活性将在未来网络中扮演重要角色。用户和路由器能在网络中随机移动的Ad ho网络正成为主要研究领域，它准许袖珍终端扩展接入和改进应急通信质量。
现今蜂窝通信系统依靠集中控制和管理，而下一代移动通信系统标准转向固定与移动网络相结合，无隙缝和全方位通信Ad hoc 模式。
Ad hoc 网络没有事先确定的基础设施和网络链路的时间特性，给分组无线网络设计和实施带来一些基本的挑战，它们是：
a) 必须优化设计安全和路由功能，保证分布式结构有效运行；
b) 在网络动态时，降低路由表更新频数和开销来保证链路连接；
c) 在多跳网络中，改进路由协议设计来减少链路容量和等待时间的波动；
d) 全面权衡网络连接（覆盖）、时延、容量和功率预算等指标；
e) 以优化功率管理和MAC设计来减少先进技术的负面效应。
3.2.12网络设计
OSI 网络分层设计已经为通信系统服务多年，随着无线网络的发展和网络功能发生变化，对网络特性的要求也发生了变化，如时延、吞吐量、支持各种QoS多媒体业务动态流量\差错率、频谱带宽、节点连续不断进出网络引起的网络拓扑变化等，这些都对网络设计提出了新的挑战。
4 结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨，具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现，可以预见，随着技术的进步和网络的发展，下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。
参考文献
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