浅谈现代移动通信技术研究.doc

浅谈现代移动通信技术研究 第三代移动通信技术的根本特点：(1)全球统一频段,统一标准,全球无缝覆盖和漫游。(2)频谱利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能到达全覆盖和全移动性,还能提供最高速率达2Mbps的多媒体业务。(4)支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信。(5)有按需分配带宽和根据不同业务设置不同效劳等级的能力。(6)适应多用户环境,包括室内、室外、快速移动和卫星环境。(7)平安保密性能优良。(8)便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡。(9)可与各种移动通信系统融合,包括蜂窝、无绳 和卫星移动通信等。(10)终端(手机)结构简单,便于携带,价格较低。 四、第四代移动通信系统 4G系统中有两个根本目标：一是实现无线通信全球覆盖；二是提供无缝的高质量无线业务。目前正在构思中的4G通信具有以下特征：（1）网络频谱更宽。要想使4G通信到达100Mbps的传输速率，通信运营商必须在3G网络的根底上进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网络的20倍；（2）通信速度更快。人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝 和其他移动终端访问Inter的速率，因此，4G通信最显着的特征就是它有更快的无线传输速率。据专家估计，第四代移动通信系统的传输速率速率可以到达10M20Mbps，最高可以到达100Mbps； （3）通信更加灵活。从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划归“ 机”的范畴，因为语音数据的传输只是4G移动 的功能之一而已。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化装盒、旅游鞋都有可能成为4G终端；（4）智能性更高。第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多目前还难以想象的功能；（5）兼容性更平滑。要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下较为容易地过渡到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、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从3G平稳过渡等特点。 五、总结 总之，随着新问题、新要求的不断出现, 第四代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步开展。纵观移动通信技术的开展规律和第四代通信技术的优点,我们相信,不远的将来,人们将不受时间、地点限制,可以自由自在地利用移动网络获取和传递信息。从而人们的学习、工作、生活将会发生更深刻的变化。 西北师范大学 计算机科学与工程学院 设计题目： 姓 名： 学 号：专业班级： 系所中心： 指导老师： 起讫时间： 设计地点：现代移动通信 课程设计报告 智能天线线阵 张记强 xx71060137 xx级物联网工程 计算机科学与工程学院贾 向 东 xx年12月1日-12月20日xx年12月20日 摘要 随着移动通信技术的开展,与日俱增的移动用户数量和日趋丰富的移动增值效劳,使无线通信的业务量迅速增加,无线电波有限的带宽远远满足不了通信业务需求的增长。另一方面,由于移动通信系统中的同频干扰和多址干扰的影响严重,更影响了无线电波带宽的利用率。并且无线环境的多变性和复杂性,使信号在无线传输过程中产生多径衰落和损耗。这些因素严重地限制了移动通信系统的容量和性能。因此为了适应通信技术的开展,迫切需要新技术的出现来解决这些问题。这样智能天线技术就应运而生。智能天线技术为解决频率资源缺乏、提高移动通信系统容量和系统效劳质量提供了一个有效的解决途径。1998年我国电信科学研究院向国际电联提交的TD-SCDMA RTT建议并于2000年确定为国际第三代移动通信主流标准之一,第一次提出以智能天线为核心技术的CDMA通信实施方案。在TD-SCDMA中,智能天线作为关键技术,可以大大提高系统性能。 由于智能天线本身的优越性,因此早在1990年就有智能天线在蜂窝移动通信中的应用研究,随着G3移动通信技术的成熟,目前,智能天线的商用化进程也加快。论文的研究工作是在MATLAB软件平台上实现的。首先介绍了智能天线技术的背景；其次介绍了智能天线的原理和相关概念,并分析了智能天线中的自适应算法。而论文主要研究了平面阵列的性能，并通过MATLAB仿真实现了智能天线圆阵排列。 关键词：移动通信；智能天线；MATLAB；圆阵 目录 第一章 绪论 1.1移动通信开展简介 1.1.1通信从有线通信到无线通信的演进 1.1.2无线接入方式的演变 1.1.3从大区模拟通信到蜂窝数字通信 1.2第三代移动通信 1.3智能天线技术的由来 1.3.1智能天线简介 1.3.2传统解决方法的瓶颈 1.3.3智能天线实现的实际考虑 第二章 智能天线简介 2.1智能天线原理 2.2智能天线的根本结构 2.3智能天线的应用技术 2.4智能天线的分类 2.4.1自适应方向图智能天线 2.4.2多波束切换天线 2.5智能天线中的自适应算法 2.6智能天线国内外应用及研究现状 第三章 基于MATLAB的智能天线线阵排列仿真 3.1智能天线平面阵列仿真 第四章 总结 第一章绪论 1.1移动通信开展简介 1.1.1通信从有线通信到无线通信的演进 从通信技术的出现到现在,通信网络的规模和用户也越来越壮大。通信业务也从仅仅是语音通信开展到了数据、视频通信。然而,要使用户最终享受通信网络和技术带来的便利和快捷,就必须让用户和通信网络方便连接。最先用户接入通信网络的方法是通过铜线等金属线来实现。但是,由于铜资源的稀少,本钱高,而且同时所能提供的传输带宽远远满足不了广阔用户的宽带应用要求。后来开展到用同轴电缆对用户进行通信网络接入。 人们对通信的要求也越来越高,为了满足这这些要求,采用光纤作为用户的接入媒介,可以提供很宽的带宽,有很大的优越性,但其费用对于个人和商业用户来说非常昂贵,一般只用于主干传输线路。最重要的是由于通信线路的布局不能实现随时随地方便地接入。因此,无线通信方式逐渐开展,并可以提供移动灵活性和宽带接入要求,很快成为传统有线接入方式的替代品。1934年,人们就开始利用微波无线电系统传送 横越英吉利海峡。1947年,美国贝尔研究所在纽约与波士顿之间建立了宽带模拟微波中继系统。70年代以后,数字微波通信系统开始投入使用。渐渐地,无线通信技术应用于个人通信领域并且产生了移动通信。 1.1.2无线接入方式的演变 模拟蜂窝系统的技术是采用频率复用实现网络的大范围覆盖，它在每个小区采用频分多址技术FDMA(FrequeneynivisionMultipleAecess),即对于在同一基站覆盖的范围内同时工作的多个移动台,基站是以工作频率来区分的,每一个移动台都使用不同的频率与基站通信。然而,电磁波的频率资源是有限的,随着移动用户与日俱增,最终将导致移动通信系统的容量不能满足现实开展的需要。为了扩大移动通信系统的容量,必须开拓新的接入方法。 随着计算机技术大规模集成电路和数字信号处理技术的开展,移动通信技术也采用了数字技术。从此移动通信中出现了新的无线接入技术时分多址技术TDMA(五meoivisionMultipleAeeess)。将特定长度的时间段划分为多个时隙,每个移动台对应特定的时隙进行接收或发送信息,这样,在同一个频率点上,基站就可以根据不同时隙来区分同时工作的多个移动台。将FDMA和TDMA技术结合起来,就可以大大提高通信系统的通信容量。 虽然TDMA技术的出现提高了通信系统的容量,但其容量上限受到硬件处理速度的限制。随着扩频通信技术的出现和开展,诞生了新的无线接入技术码分多址 CDMA(CodenivisionMultipleAeeess),多个移动台在同一个小区Cell中工作的时候,每一个移动台拥有唯一区别其他移动台的正交伪随机码,基站是通过码型区分移动台的,这样,在某一个特定频率点、某一个特定时隙点,可以有多个移动台同时有效工作于一个小区内。由于可以找到的准正交码的数目巨大,大大提高系统的容量。信系统的容量将更大。假设将FDMA、TDMA、CDMA技术结合在一起,那么可以移动通但在实际的CDMA系统中,所用的码型是相互准正交,故存在非完全正交带来的多址干扰。 1.1.3从大区模拟通信到蜂窝数字通信 通信技术的开展经历了从模拟到数字的一个过程。模拟通信系统就是所有传 输和处理的信号及其信号处理手段都是模拟的。70年代,美国贝尔实验室研制成功了先进移动 系统AMPS并于1979年在芝加哥试运行,这是世界上第一 个蜂窝模拟移动通信系统。进入阅年代,模拟蜂窝移动通信技术走向成熟并在全世界得到广泛应用。到90年代初,模拟蜂窝移动通信网占了全世界移动通信网的大多数,并使移动 业务得到快速普及。模拟移动通信被称为第一代移动通信。早期的模拟移动通信系统是在大的覆盖区域中心设置大功率发射机,采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区(半径可达几十公里)；为该覆盖区域内的用户提供无线接入效劳。 这种系统的缺乏是它同时提供应用户使用的信道数有限,满足不了移动通信业务迅速增长的需求。例如,在70年代于美国纽约开通的IMTS(Im讲ovedMobile介lephonesevriee)系统,仅能同时提供12对信道供使用，如果出现第13对用户要求通话,只能出现忙音。随着以大规模集成电路为根底的数字信号处理技术的开展和应用,使人们抛开模拟技术而采取了数字技术。数字信号处理技术的应用,提高了信号的传输质量；扩大了通信系统的容量；同时采用数字加密技术,提高了传输信号的保密性。同时为了解决提高通信系统的容量这个问题,出现了蜂窝网覆盖的概念。 蜂窝网是把原来的大覆盖区域划分成假设干个较小的区域Cell(在蜂窝系统中称为小区),各小区均用小功率的基站发射机进行覆盖,并为该小区内的移动用户提供无线接入效劳。这样,在保证通信质量的情况下,一个任意形状的大区域都可以用假设干个Cell进行覆盖,使大区域里可以同时容纳的用户数大大提高。以至今还在使用的GSM和SI一95为代表的数字蜂窝通信系统称为第二代移动通信系统。为了通过移动通信能够提供无线工inter业务和多媒体业务,提高移动通信中数据的传输率,使之满足人们日益对带宽的需求,因而的第三代移动通 内蒙古科技大学 现代通信概论 结课论文 入学年级xx 级 所在班级通信2班 学生姓名 王凯波 学 号 1167119213 指导教师 张宝华 xx年5月22日浅谈现代移动通信技术 【摘要】纵观全球迅猛开展的高科技，电信业必将成为21 世纪世界经济的火车头，通信技术正发生着百年未遇的巨大变化。伴随着移动通信市场的快速开展，用户对更高性能的移动通信系统提出了更高要求，希望享受更为丰富和高速的通信业务。本文介绍了第三代移动通信技术的开展现状，最后展望了未来移动通信技术开展的趋势。 【关键字】移动通信；3G；开展；展望；WCDMA 【正文】 、移动通信的开展历程 第一代移动通信系统是在20世纪80年代初提出的，它完成于20世纪90年代初。第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。 第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996 年提出了GSM Phase 2+，目的在于扩展和改良GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。它主要包括CMAEL(客户化应用移动网络增强逻辑)，SO(支持最正确路由)、立即计费，GSM 900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改良；半速率编解码器可使GSM系统的容量提高近一倍。在GSM Phase2+ 阶段中，采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术，引入智能天线技术、双频段等技术，有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM 系统容量缺乏的缺陷；自适应语音编码(AMR)技术的应用，极大提高了系统通话质量；GPRS/EDGE技术的引入，使GSM与计算机通信/Inter有机相结合，数据传送速率可达115/384kbit/s，从而使GSM 功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力。尽管2G技术在开展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能到达用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。 、第三代移动通信系统 (1) 3G技术概论 3G是“3rdGeneration”(第三代)的缩写，即第三代移动通信系统(IMT-2000)，它是高速移动数据网络通信领域的行业术语。狭义地讲，3G就是指国际电信联盟(ITU)确定的三大主流无线接口标准：W-CDMA(宽频分码多重存取)、CDMA2000(多载波分复用扩频调制)和TDS-CDMA(时分同步码分多址接入)。纵观移动通讯系统的开展历史，模拟移动手机被称作“第一代”；数字移动手机被列入“第二代”；而其后的开展技术被称作“第三代”。当前全球还存在多种第一代和第二代通讯系统，它们成为全球范围内普及单一通讯终端设备的一个阻力。另外，3G技术面临的最大挑战是系统的标准化，如何能够支持单一通讯终端设备可以在全球范围内得到通用。3G技术的设计根底是支持全系列的移动多媒体系统，其对多种数据速率提供灵活的支持，不仅可以传送语音数据，还可以根据需要传送视频数据。使用3G网络，我们可以传输需要高带宽的应用数据，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、 会议、电子商务等多种信息效劳。为了提供这种效劳，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆字节每秒)、384kbps(千字节每秒)以及144kbps的传输速度。 (2) 3G开展的必然性 由于第二代（2G）系统频谱资源的有限性、频谱利用率的较低性、支持移动多媒体业务的局限性，以及2G系统之间的不兼容性，因而导致了系统的容量较小、难以满足高速宽带业务的需求和不能实现用户全球漫游等缺乏，开展3G移动通信将是第二代移动通信前进的必然结果。 开展3G的原动力有市场驱动和技术驱动两方面原因。从市场驱动方面看，开展3G可以满足未来移动用户容量的需求，并且可以提供移动数据和多媒体通信业务。从技术驱动上看，开展3G是更高频谱效率的要求，是各大网络兼容性的要求，是全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖，全球漫游的要求所决定的。 3G可使人们享受到更多的通信乐趣，除了获得更清晰的话音业务外，还可以随时随地通过个人移动终端进行多媒体通信，比方上网浏览、多媒体数据库访问、实时股市行情查询、可视 、移动电子商务、交互游戏，无线个人随身听和视频传送等。3G移动 将成为人们生活和工作的好帮手。 (3) 3G的主要技术标准 在ITU确认的无线接口标准的根底上，目前己经形成主要技术标准：有基于FDD方式的WCDMA和CDMA2000、基于TDD方式的TD-SCDMA。 WCDMA 由3GPP1的WCDMA方案与3GPP2的CDMA2000方案的直接扩频(DS)局部融合而来，主要源于欧洲的ETSI和日本的ARIB标准化组织，主要倡导者有爱立信和诺基亚等公司。它的核心网基于GSM-MAP，通过网络扩展方式提供基于ANSI-41的运行能力。WCDMA系统能同时支持电路交换业务(如PSTN.ISDN)和分组交换业务(如IP网)。该系统使用灵活的无线协议，可在一个载波内同时支持话音、数据和多媒体业务，并通过透明或非透明传输支持实时、非实时业务。 CDMA2000 即3GPP2提交方案中的多载波(MC)方案，源于美国TIA( 工业协会)的TR45.5标准，由美国高盛公司提出。CDMA2000是从CDMAOne开展而来，目的是为已有的CDMA运营商平滑升级到3G提供途径，核心是Lucent，Motorola，Nortel和Qualm联合提出的宽带CDMAOne技术。主要特点是与现有的TIAEIA-95-B标准向后兼容，并与IS-95B系统的频段实现共享或重叠，使运营商可在IS-95B系统的根底上平滑地过渡，保护已有投资。CDMA2000的核心网基于ANSI-41，但经网络扩展方式；也可提供基于GSM-MAP核心网上的运行能力。 TD-SCDMA 它是一种高性能和低本钱的系统，是在TDD模式下，采用在周期重复的时间帧里传输根本的TDMA突发脉冲的工作模式(和GSM相同)，通过周期性地切换传输方向，在同一载波上交替地进行上下行链路传输。可以控制上下行的发送时间，发送时间段内不承受，承受时间段内不发送，且可灵活控制和改变发送和承受的时段长短比例。其优势是上下行链路间的转折点可因业务的不同而认识调整。对于因特网等非对等业务的数据传输，下行数据量远大于上行数据量，可增加下行的时段时间，缩短上行的时段时间，以到达高效传送非对等数据业务的目的，从而实现3G所要求的两类业务(对称的电路交换业务和非对称的分组交换业务)。 (4) 3G系统面临的主要问题 多径衰落 这存在于所有的移动通信系统中。无线电波在传播过程中将发生折射、反射和散射从而产生多条传播路径。不同路径的信号到达接收机时，由于天线的位置、方向和极化不同，使接收信号的幅度、相位起伏变化，产生严重的衰落现象。为了保证通信质量，不得不增加信号功率，这就直接影响了系统的容量。 时延扩展 不同路径的信号有不同的传播时延，当时延超过检测脉冲宽度的10%时，脉冲的干扰就明显存在，从而限制了移动通信的数据速率。 多址干扰 由于3G系统采用CDMA技术，即采用不同的扩频码字来区分用户，这就要求各用户的扩频码具有强自相关性和弱互相关性。但实际上各用户间的互干扰不可能完全消失，所以CDMA系统是干扰受限系统，就是说本小区和邻近小区用户的干扰成了决定系统容量 和性能的主要因素。多址干扰是3G系统所特有的一种干扰。 远近效应 在各移动台均以相同功率发射信号时，基站接收到的近处移动台发射的信号功率将远大于远处移动台发射的信号功率。远近效应就是指近处大功率信号对远处小功率信号产生的很强的干扰。它也是一类多址干扰，不过在3G系统中这种多址干扰表现十分突出。 体制问题 从技术标准上来讲，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA这3种技术标准都没有到达成熟，都需要开展全面而深入的研究和试验以及测试，任何一种标准都是在某一方面、某一领域内有其优越性和特殊性。因此，3种标准会互相融合、互相补充，从而得到完善和开展，不断走向成熟。 目前，第二代系统已经被广泛应用，所以，从资源利用的角度来考虑，3G系统必须兼容前代系统，而且能在将来平滑地过渡到第四代移动通信系统，甚至个人通信系统的最高目标。但目前，第二代系统种类繁多，标准层出不穷，体制多种多样。所以，如何使3G系统起好一个承前启后的作用，也是一个突出问题。 、最新移动通信及其未来展望 4G是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。 4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能到达20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线效劳的要求。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效劳。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有着不可比较的优越性。无所不联的时代即将到来！ 【参考文献】 1刘海东. 第三代移动通信系统与新技术及标准标准实用手册M. 北京：科大电子出版社，xx. 2李小文，李贵勇等. TD- SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现M.北京：人民邮电出版社，xx. 3杨毅刚，3G开展趋势展望J，电信建立，xx（2）：23-25 4包欣,中国科技博览,xx 第34期. 5王晓霞，耿海存，陈艳红,现代电子技术xx 第9期. 6 谈振辉 . 第三代移动通信的演进趋势 . 电信科学，2000，16（5）：32-34 7 卢孟夏等. 通信技术概论. 北京：高等出版社，xx