物联网技术4g的应用及发展v

1、论 4G 技术的发展及应用-B11040805要移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间的通信。随着电子技术的发展，特别是半导体、集成电路和计算机技术的发展，移动通信得到了迅速的发展。特别是 4G 技术的发展势不可挡，本文从 4G 的架构、技术、优势等方面介绍了这一新兴技术，并探讨了 4G 的发展趋势和应用前景。第四代移动通技术第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mbit/s 的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准拥有的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线和不同的频带的

2、网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括通信和平流层通信），能够提供定位定时、控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP 系统。目前正在开发和研制中的 4G 通信将具有以下特征：1、通信速度更快。由于人们研究 4G 通信的最初目的就是提高蜂窝和其他移动装置无线无线通信速度。ernet 的速率，因此 4G 通信的特征莫过于它具有更快的预估，第四代移动通信系统的速度可达到 10-20Mbit/s，最高可以达到 100Mbit/s。2、网络频谱更宽。要想使 4G 通信达到 100Mbit/s 的传输速度，通信运营商必须在 3G 通信网络的基

3、础上对其进行大幅度的改造，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-CDMA3G 网络的 20 倍。第四代动通优越性传统通信技术已经不能满足日益增长的通信需求，4G 技术在这样的时代背景下应运而生。第四代通信技术的诞生就是解决传统通信技术有下面的优势。的。因此 4g1、联网规模更大。个人通信、信息系统、广播、等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求。4G 应能集成不同模式的无线通信从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到通信，移动用户可以地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、各种系统间的互联

4、更便捷、安全，面向不同用户要求，更富有个性化。2、终端设备更广泛。4G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、化妆盒、旅游鞋都有可能成为 4G 终端。3、智能性能更高。不仅表现在 4G 通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是 4G时间以及其他可以实现许多难以功能。例如，4G将能根据环境、来适时提醒的主人。4、的兼容性更好。4G 通信系统具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从 2G、3G 平稳过渡等特点。5、提供更高质量的多通信。4G 通信提供的无线多通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此 4G 也称为“多移动通

5、信”。6、通信费用更加便宜。由于 4G 通信不仅解决了与 3G 的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到 4G 通信。7、成本低廉。4G 通信引入了许多尖端通信技术，因此，相对其他技术来说，4G 通信部署起来就容易、迅速得多。同时在建设 4G 通信网络系统时，通信运营商们将考虑直接在 3G 通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低成本。三 第四代移动通信系统结构4G 移动通基于公共入系统的显著特点是，智能化多模式终端（multi-modeterminal），通过各种接技术，在各种网络系统（）之间实现无缝连接和协作。在 4G 移动通信中，各种专门的接入系统都基于一

6、个公共，相互协作，以最优化的方式工作，来满足不同用户的通信需求。当多模式终端接入系统时，网络会自适应分配频带、给出最优化路由，以达到最佳通信效果。见下图。图 1，系统架构图上图的中间层又可以进一步的细分。包括接入技术：无线蜂窝移动通信系统（例如 2G、3G）；无绳系统（如 DECT）；短距离连接系统（如蓝牙）；WLAN 系统；固定无线接入系统；系统；平流层通信（STS）；广播电视接入系统（如 DAB、DVB-T、CATV）。随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不断出现。不同类型的接入技术针对不同业务而设计，因此， 根据接入技术的适用领域、移动小区半径和工作环境，对接入技术进行分层。分配层

7、：主要由平流层通信、面积大。通信和广播电视通信组成，服务范围覆盖蜂窝层：主要由 2G、3G 通信系统组成，服务范围覆盖面积较大。热点小区层：主要由 WLAN 网络组成，服务范围集中在校园、社区、会议中心等，移动通信能力很有限。个人网络层：主要应用于家庭、等场所，服务范围覆盖面积很小。移动通信能力有限，但可通过网络接入系统连接其他网络层。固定网络层：主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。未来的接入系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破：1、为最大限度开发利用有限的频率资源，在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号

8、处理算法、信号检测和数据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。2、为提高网络性能，在接入系统的协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术，动态频谱分配和资源分配技术，网络管理和不同接入系统间协作。3、提高和扩展 IP 技术在移动网络中的应用；加强线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和无线电技术；优化无。第四代移动通信系统中的(1)OFDM 正交频分复用技术OFDM 正交频分复用技术的基本是将高速串行的数据码流变换成 N（通常取偶数）路并行的低速数据流，再将这 N 路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为 N 的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM 技术的优点

9、是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径和频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。(2) MIMO 技术MIMO（多进多出）是未来移动通信的。OFDM 的主要缺点是功。MIMO 技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在 WiMAX 协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持 MIMO 是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和 MIMO 技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快境下能够获得最佳的性能的能力，使得在不同环(3)无线电技术无

10、线电是MTLTRE 公司于 1992 年明确，其基本是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件，利用加载方式来实现各种类型的无线电通信系统，所有体制和标准的更新，以及不同体制之间的兼营，都可以通过适当的来完成无线电的是在尽可能靠近天线的地来定义无线功能，各种功能方使用宽带 A/D 和 D/A 变换器，并尽可能多地用和信号处理都尽可能用实现。其系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换、信源编码、信道纠错编码、调制解调算法等。无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式和，能实现各种应用的四可变 QoS。(4)智能天线技术

11、智能天线（SA）原名自适应天线阵列，由多个天线单元组成，每个天线后面接一个 具有抑制通信的器，经过、自动器处理以后的信号，最后用相加器进行合并。智能天线以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。调制与编码技术4G 移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G 移动通信系统采用更高级的信道编码

12、方案(如 Turbo 码、级连码和 LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低 Eb/N0 条件下保证系统足够的性能。高性能的4G 移动通信系统对提出了很高的要求。Shannon 定理给出了在带宽为BW 的信道中实现容量为C 的可靠传输所需要的最小 SNR。按照 Shannon 定理，可以 计算 出，对于 3G 系统如果信道带宽为 5MHz，数据速率为 2Mb/s，所需的 SNR为 l.2dB；而对于 4G 系统，要在 5MHz 的带宽上传输 20Mb/s 的数据，则所需要的 SNR 为 12dB。可见对于 4G 系统，由于速率很高，对得多。(7)全 IP 技术的性能要

13、求也要高4G 移动通信系统应该是一个全 IP 的网络，全 IP 网络节约成本，提高可扩展性，灵活性，并使网络运行更有效率，可支持 IPv6，解决 IP 地址并能实现移动 IP。同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：可以实现不同网络间的无缝互联。网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的 IP 业务，能同已有的网和 PSTN 兼容。网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入网；同时网能把业务、控制和传输等分开。采用 IP 后，所采用的无线接入方式和协议与网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP 与多种无线接入协议相兼容，因此在设计接入究竟采用何种方式和协议。 (8)多用户检测技术网络时具

14、有很大的灵活性，不需要考虑无线多用户检测是 WCDMA 通信系统中的。在实际的 CDMA 通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为 WCDMA 通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显

15、著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断 发展 ，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在 4G 实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。（9）切换技术MDHO（宏分集切换）和 FS（快速切换）。移动台可以通过当前的服务广播的消息获得相邻小区的信息，或者通过请求分配扫描间隔或者是睡眠间隔来对邻近的进行扫描和测距的方式获得相邻小区信息，对其评估，寻找潜在的目标小区。切换既可以由终端决策发起也可以由决策发起。在进行快速切换（FS）时，终端只与 Anchor进行通信；所谓快速是指不用执行 HO 过程中的步骤就可以完成从一个 Anchor到另一个 Anchor的切换。支持FS 对于终

16、端和来说是可选的。进行宏分集切换（MDHO）时，终端可以同时在多个之间发送和接收数据，这样可以获得分集合并增益以改善信号质量。是否支持 MDHO 对于终端和（10）睡眠模式来说是可选的。终端睡眠模式：Sleep 模式和 Idle 模式。Sleep 模式的目的在于减少终端的能量消耗并降低对 Serving的指定周期内暂时中止 Serving空中资源的使用。Sleep 模式是终端在预先协商服务的一种状态。从 Serving的角度观察，处于这种状态下的终端处于不可用（unavailability）状态。Idle 模式为终端提供了一种比 Sleep 模式更为省电的工作模式，在进入 Idle 模式后，终

17、端只是在离散的间隔，周期性地接收下行广播数据（包括寻呼消息和 M业务），并且在穿越多个的移动过程中，不需要进行切换和 网络 重新进入的过程。Idle 模式与 Sleep 模式的区别在于：Idle 模式下终端没有任何连接，包括管理连接，而 Sleep 模式下终端有管理连接，也可能存在业务连接；Idle 模式下终端时不需要进行切换，Sleep 模式下终端需要进行切换，所以Idle 模式下终端和的开销都比 Sleep 小；Idle 模式下终端定期向系统登记位置，Sleep 模式下终端始终和保持联系，不用登记。在不同的 4G 移动通信系统中将采用的不同的新技术组合，并且以上的新技术正在不断的发展完善中

18、，特别是目前的 4G 标准未确定，处于研究开发和完善阶段，成熟期预计要三到五年或更长。但可以肯定的是，随着移动互联网高速发展，新技术将随着 4G 也会继续高速发展，4G 将会是多功能集成的宽带移动通信系统，是满足未来市场需求的新一代的移动通信系统五 世界及我国 4G 技术的发展及未来作为的代表，3G 时代的霸主高通公司一方面希望通过引入 DMMX 和 HMMX这两项技术后，性能达到 4G 的要求；另一方面则通过收购 Flarion 科技公司获得了近 300 项 OFDM 技术专利，这被业界视为高通欲在 4G 时代继续保持专利的绝对领先之举。在欧洲，爱立信已与 加利福尼亚大学合作开发 4G 技术。加利福尼亚大学已正式