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1、 河北北方学院河北北方学院毕业论文毕业论文 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河北北方学院教务处制【contents&summary】This paper introduces the fourth generation mobile communication systemthe basic situation, focus on the orthogonal frequency division multiplexing (OF-DM) an
2、d Multiple Input Multiple Output (MIMO) technology in two new syste-ms to reduce interference and increase capacity by two to take the measures. Stu-dy based on an analysis of a number of useful conclusions, the conclusions of thestudy for the new system is very important.【key phrase】The Fourth Gene
3、rationOrthogonal Frequency Division MultiplexingMultiple Input Multiple OutputReduce Interference Increase Capacity - 1 -【内容提要内容提要】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（）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）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。量两方面所采取的措施。根根据据分分析析研研究究得得出出了了一一些些
4、有有益益的的结结论论， 该该结结论论对对于于新新系统的研究系统的研究具具有有十十分分重重要要的的意意义义 。【关键词关键词】第四代移动通信系统第四代移动通信系统正交频分复用（正交频分复用（OFDM）多输入多输出（多输入多输出（MIMO）降低干扰降低干扰增加容量增加容量 - 1 -目目 录录引言.- 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）
5、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MIMO11（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 16五、结束语 17- 2 -六、致 谢 18- 3 -引言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、
6、移动通信概述一、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
7、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，Advanced Mobile Phone Service） 。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(To
8、tal Access Communication System,完全接入通信系统)、北欧的NMT(Nordic Mobile Telephone System，北欧移动电话系统)和日本的NTT(Nippon Telegraph and Telephone,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。 ( (一一) ) 第一代模拟移动通信系统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
9、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- 4 -括各个国家采用不同的通信频段。 （二）（二） 第二代数字移动通信系统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，
10、欧洲国家比较小，要解 决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:Global System for Mobile Communication） 。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
11、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
12、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）（三） 第三代移动通信系统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-12 TG8/1 最后一次会议第 18 次会议 在芬兰首都赫尔辛基落下帷
13、幕。本次会议通过了第三次移动通信系统（IMT- 2000 Radio interface Specification） ；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。IMT2000 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
14、： MC-CDMA（CDMA200 MC） 、DS-CDMA(包括 UTRA/WCDMA 和 CDMA2000/DS)和 TDD CDMA（包括 TD-SCDMA 和 UTRA TDD） ，如表所示：表 1.1 ITU 确认的 5 种第三代移动通信 RTTCDMATDMAMCDSTDDSCMCCDMACDMACDMATDMATDMA- 5 -（四）我国移动通信的发展（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 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 19
