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1、武汉理工大学基础强化训练报告能力拓展训练任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 4G移动通信技术课程设计目的：能力拓展训练的主要目的是安排学生进行与专业有关的综合性设计和研究，开展专题调研与研究活动，培养学生综合应用所学知识分析问题、解决问题的能力；锻炼学生查询文献资料、灵活运用知识、有效开展科学研究的能力；提高学生的综合素质。根据本专业需求和特点，需要在通信专业知识、实验技能方面进行综合提高，使学生对常用的数据分析与处理原理及方法有较为全面的了解，能够运用相关软件进行模拟分析。课程设计内容和要求：对4G移动通信技术的发展与现状相关课题和问题进行调研，查阅
2、资料，分析问题，设计和比较方案，进行综合分析、实验或仿真并得出结论，写出研究报告。初始条件：武汉理工大学图书馆及图书馆网站上的“电子资源导航”。中国期刊网。时间安排：第19周，安排设计任务；第20周，完成课题研究、报告书写以及答辩；指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要IAbstractII1. 4G的概念12.4G与3G的比较13.4G采用的主要技术23.1OFDM技术23.1.1OFDM简介23.1.2OFDM原理33.1.3时域和频域同步43.1.4信道估计43.1.5编码信道和交织43.1.6降低峰值平均功率比53.1.7均衡53.1.8OFDM优点5
3、3.2智能天线技术63.3无线链路增强技术63.4软件无线电（S D R）技术73.5多用户检测技术84.4G系统的优点和缺陷84.1 4G系统的优点84.2 4G系统的缺陷95.我国4G的发展116.小结127.参考文献13附件一 本科生课程设计成绩评定表1414摘要在新兴通信技术的不断推动之下，3G即将成为通信技术的主流。但是随着无线上网和网络游戏等用户需求不断的增加，对移动通信系统的速率要求也越来越高。逐渐地人们之间沟通的瓶颈将由现在的网络传输速率变为各种新的应用的提供。在对通信技术的要求不增加的基础上，无线通信技术最终将迈向4G通信技术时代。本文主要简单介绍4G移动通信系统所采用的各种
4、技术以及4G移动通信的优缺点。关键字：4G移动通信、OFDM、优点、缺点。AbstractIn emerging communications technology continues to advance, 3G will become the mainstream technology of communication. But with the wireless Internet and network game user demand unceasing increase, the rate of mobile communication system requirements are
5、 also getting higher and higher. Gradually, the communication between people are bottleneck from the current network transmission rate into a variety of new application are provided. On the communication requirements do not increase based on the wireless communications technology will move towards 4
6、G communication technology era. This paper mainly introduces the 4G mobile communication system used by the various techniques and 4G mobile communication advantages and disadvantages.Key words:4G mobile communication,OFDM,advantages,disadvantages.1. 4G的概念4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及
7、图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品，是一个比3G通信更完美的新的无线通信世界，它将创造出许多消费者难以想象的应用。 4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求，4G手机将可以提供高性能的汇流媒体内容，并可以通过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。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
8、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。4G通信技术并没有脱离之前的通信技术，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。如果说现在的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通信将是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，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。2.4G与3G的比较4G与3G有着比较明显的区别：（1）3G的关键技术是CDMA技术，而4G采用的是OFDM技术。OFDM可以提高频谱利用率，能够克服CDMA在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题；（
9、2）在软件无线电方面，4G对3G中的软件无线电技术进行升级，满足4G中无线接入多样化要求，使得3G中无线接入标准不统一的问题得以解决。同时在4G中，实现软切换和硬切换相结合，对3G中的软件无线电基础上通过增加相应的硬件模块,对相应的软件进行升级使他们最终都融合到一起,成为一个统一的标准, 实现各种需求的功能；（3）3G网络采用的主要是蜂窝组网,4G采用全数字全IP技术，支持分组交换，将WLAN，Bluetooth等局域网融入广域网中。在4G中提高智能天线的的处理速度和效率。在TDSCDMA 采用智能天线的基础上，对相关的软件和算法加以升级，增加一些接口协议来满足4G的要求；（4）4G系统也使用
10、了许多新技术,包括超链接(ultra2connectivity)和特定无线网络技术、动态自适应网络技术、智能频谱动态分配技术以及软件无线电技术；（5）在功率控制上,4G比3G要求更加严格,其目的是为了满足高速通信的要求。不仅频率资源限制移动用户信号的传输速率,而且基站和终端的发射功率也限制了用户信号的传输速率。在3G中,采用切换技术来减少对其它小区的干扰,提高话音质量,不过在4G中,切换技术的应用更加广阔,并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。3.4G采用的主要技术3.1OFDM技术3.1.1OFDM简介随着数据速率的不断提高，高速数据通信系统的性能不仅仅受噪声限制，更主要的影响来自于无线信道
11、时延扩展特性导致的码间干扰。这种码间干扰主要是由于发射机和接收机之间存在多条时延不同无线传播路径造成的。多径效应造成接收机受到的信号是多个时延、幅度和相位各不相同的发送信号的叠加，从而导致错误发生。为了实现高速数据业务，必须采取措施对抗码间干扰，信道均衡是经典的抗码间干扰技术，但是如果数据速率非常高，采用单载波传输数据，往往要设计几十甚至上百个抽头的均衡器，这简直是硬件设计的噩梦。既要对抗码间干扰，又要采用低复杂度且高效的手段传输高速数据业务，我们选择了一种关键技术正交频分复用（OFDM）技术。OFDM系统框图如图1所示。图1 OFDM系统框图OFDM系统属于多载波调制，是通过多路并行来传输信
12、息的。其主要思想是将需要传输的串行数据流分解为若干个低速率的并行子数据流，使得OFDM符号周期显著增加，在将它们各自调制到相互正交的子载波上，通过对参数的合理的设计，使系统的每一个子载波处于平坦衰落中，从而增强了抗频率选择性衰落，最后合成输出，并且输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同，从而降低了接收机均衡器的复杂度。OFDM的正交调制和解调单元可以采用IDFT和DFT方法来实现。当系统中的子载波数目很大时，可以采用FFT来实现。3.1.2OFDM原理OFDM技术是一种多载波调制技术，其特点是各副载波相互正交。设fm是一组载波频率，各载波频率的关系为：fm=f0+m/T m=0,1,2,N
13、-1 （1）式中，T是单元码的持续时间，f0是发送频率。作为载波的单元信号组定义为16:式中l的物理意义对应于“帧”（即在第l时刻有m路并行码同时发送）。其频谱相互交叠。OFDM是由一系列在频率上等间隔的副载波构成，每个副载波数字符号调制，各载波上的信号功率形式都是相同的，都为sinf/f型，它对应于时域的方波。m(t)满足正交条件以及其中符号“*”表示共轭。当以一组取自有限集的复数Xm,l表示的数字信号对m调制时，则：此S（t）即为OFDM信号，其中Sl（t）表示第l帧OFDM信号，Xm,l(m=0,1,，N-1)为一簇信号点，分别在第l帧OFDM的第m个副载波上传输。在接收端，可通过下式解
14、调出Xm,l这就是OFDM的基本原理。当传输信道中出现多径传播时，在接收副载波间的正交性将被破坏，使得每个副载波上的前后传输符号间以及各副载波之间发生相互干扰。为解决这个问题，就在每个OFDM传输信号前插入一保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展而来。只要多径时延不超过保护间隔，副载波间的正交性就不会被破坏。3.1.3时域和频域同步 OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频率同步显得尤为重要。与其它数字通信系统一样，同步分为捕获和跟踪两个阶段，较易实现。在上行链路中来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证子载波间的
15、正交性。基站根据各移动终端发来的子载波携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终端，以便让移动终端进行同步。具体实现时，同步将分为时域同步和频域同步，也可以时域和频域同时进行同步。 3.1.4信道估计 在 OFDM系统中，信道估计器的设计主要有两个问题：一是导频信息的选取。由于无线信道常常是衰落信道，需要不断对信道进行跟踪，因此导频信息也必须不断地传送；二是复杂度较低和导频跟踪能力良好的信道估计器的设计。在实际设计中，导频信息的选择和最佳估计器的设计通常又是相互关联的，因为估计器的性能与导频信息的传输方式有关。 3.1.5编码信道和交织 为了提高数字通信系统性能，信道编码和交织是普遍采用的方法。对于衰落信道
