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第四代移动通信系统关键技术研究

发布时间:2020-07-01 02:29:31 阅读: 来源:钻床厂家

摘要:在无线通信系统中,带宽效率和多径衰落一直受关注。文中在对这两种技术相结合的方式来解决带宽效率和多径衰落问题。关键词:OFDM;MIMO;带宽效率;多经衰落;MIMO-OFDM;第四代移动通信 在过去的20年,移动通信经历了从第一代模拟通信到第二代数字通信,再到第三代多媒体通信的三个阶段。而在我国,移动通信的发展潜力还十分巨大。 可以预见,为高速业务和多媒体业务设计的第三代移动通信系统(3G)在通信的容量与质量等方面已不能满足要求,世界各国都在推动第三代移动通信系统商用化的同时,已把研究重点转入第四代移动通信(Beyond 4G)的先期研究,并在概念和技术上寻求创新和突破,从而使无线通信的容量和速率有十倍甚至百倍的提高。1 第四代移动通信系统概述 第四代移动通信系统是多功能集成的宽带高速移动通信系统,也是宽带接入IP系统,其标准比第三代移动通信系统标准具有更多的功能。它可以在不同的固定平台、无线平台、以及跨越不同频带的网络中提供无线服务,也可以利用宽带随时随地接入互连网,并能提供定位、定时、数据采集和远程控制等其他多种综合功能。2 第四代(4G)移动通信的核心技术 在4G移动通信中,多输入多输出技术(MIMO)和正交频分复用技术(OFDM)已经得到广泛的肯定,并被越来越多地应用到4G移动通信中。下面重点介绍这两个技术的主要特点。2.1 多输入多输出(MIMO)技术 在4G的研究领域中,MIMO技术是非常重要的关键技术之一,它的高速率和高频率利用率特性将会被广泛应用于无线局域网(Indoor wir-eless LANs)、无线本地环路(Wireless local loop)、UMTS、EDGE、4G和广播系统(HDTV)中。在无线通信系统中,MIMO在传输链路的发送端和接收端都配备多个天线单元,从而形成天线矩阵。 图1所示是MIMO系统原理图。图中,传输信息流S (k)经过空时编码可形成N个信息子流Ci(k),i=1,2…N。这N个子流由N个天线发射出去。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据流,从而实现最佳的处理。特别是这N个子流可同时发送到信道,且各发射信号占用同一频带,因而并未增加宽带。若各发射、接收天线间的通道相应独立,则多输入多输出系统就可以创造出多个空间并行信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息,数据率必然可以成倍地提高。

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信道容量是表征通信系统地最重要标志之一,可表示通信系统的最大传输速率。对于发射天线数为N,接收天线数为M的多输入多输出系统,假定信道为独立的瑞利衰落信道,并设N和M很大,则信道容量可近似表示为: 其中,B为信道带宽,为接收端平均信噪比,为M、N的较小者。上式表明,功率和带宽固定时,多输入多输出系统的最大容量随最小天线数的增加而线性增加。因此可以利用MIMO成倍地提高无线信道的容量,从而在不增加带宽和天线发射功率地情况下,使频谱利用率成倍地提高。2.2 正交频分复用(OFDM)技术 OFDM技术实际上是多载波调制(MCM,Muti-Carrier Modulation)的一种。其主要思想是将信道分成若干正交子信道,并将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,然后将其调制到每个子信道上进行传输。

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