移动通信技术基础范文

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当今社会3G移动通信系统即将成为主流，全国3G用户已经过亿，在移动通信迅猛发展的今天，4G通信技术是继第三代以后又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度。

对于4G通信系统中可能采用的关键技术主要包括OFDM、软件无线电、智能天线、多入多出技术、IPv6，下面我将介绍4G通信系统中的关键技术中的MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put），即多入多出技术。

一代移动通信（beyond 3G/4G）将可以提供的数据传输速率高达100Mbit/s，甚至更高，支持的业务从语音到多媒体业务，包括实时的流媒体业务。数据传输速率可以根据这些业务所需的速率不同动态调整。新一代移动通信的另一个特点是低成本。在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系统，该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。

那么，多入多出技术有点具体表现在哪里呢？

利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较高，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。

那么，多入多出技术就没有缺陷吗？不是，它的缺点和实施困难主要表现在下面几个方面。

空间复用能最大化MIMO系统的平均发射速率，但只能获得有限的分集增益，在信噪比较小时使用，可能无法使用高阶调制方式（如16QAM等）。

无线信号在密集城区、室内覆盖等环境中会频繁反射，使得多个空间信道之间的衰落特性更加独立，从而使得空间复用的效果更加显著。

无线信号在市郊、农村地区，多径分量少，各空间信道之间的相关性较大，因此空间复用的效果要差得多。

对发射信号进行空时编码可以获得额外的分集增益和编码增益，从而可以在信噪比相对较小的无线环境下使用高阶调制方式，但无法获取空间并行信道带来的速率红利。空时编码技术在无线相关性较大的场合也能很好地发挥效能。

另外，多入多出技术与OFDM技术是结合使用的，FDM技术是多载波传输的一种，其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源。因此充分开发这两种技术的潜力，将二者结合起来可以成为新一代移动通信核心技术的解决方案。

MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统依然无能为力。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。大多数研究人员认为OFDM技术是4G的核心技术，4G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外，ODFM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，因此系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络（SFN）用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。

虽然多入多出技术还存在很多不足之处，但由于4G还在研究发展阶段，未来多人多出技术支持下的4G系统是很值得期待的。

当然，第四代移动通信技术还在发展中，尽管4G比3G有着更快的通信速度、更宽的网络频谱、更加灵活等一系列优越性，但实现和发展中依然面临很多难题。所以，对第四代移动通信系统及其关键技术研究的探讨具有非常重要的意义。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、完善和进一步发展。纵观移动通信技术的发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。人们的学习、工作、生活将会发生更深刻的变化。

参考文献：

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二、第四代移动通信系统的关键技术

为了弥补前几代通信系统的不足，满足当代网民对网络的要求，新一代通信系统采用以下技术：

2.1接入方式和多址方案。OFDM（正交频分复用）技术是无线环境下的多载波调制技术，其主要思想是将高速数剧信号分成低速数据流，再各自调制到相互正交的子载波上传输，最后合成输出，输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同。正交频分复用技术的主要优势可以消除窄带干扰，它的主要缺点是功率效率不高

2.2智能天线技术。智能天线又称自适应天线、自适应波波束形成、自适应阵列等，最初应用于雷达、声呐等军事方面。智能天线技术具有抗干扰、多波段调节和智能跟踪等作用，是新一代移动通信系统必备的技术。

2.3多入多出技术。MIMO(多入多出)技术基本原理是利用多接收、多发射天线进行空间分集的技术，它使用多天线来抑制信道衰落的。多入多出技术将无线信道的接收与发射视为整体来优化，进而提高系统的容量和频谱使用率。研究结果表明，当同时增加接受和发送天线的数目时，多入多出技术能明显增加链路容量，提高移动通信系统的抗衰性。

2.4软件无线电技术。软件无线电把硬件作为无线通信的平台，把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件来实现。其实现方法是用宽频带的无线接收机来代替原来的窄带接收机，将宽带模数变化器（A/D）及数模变化器（D/A）尽量靠近射频天线，建立一个“A/D-DSP-D/A”的软件平台，尽可能的利用软件技术实现以上功能。软件无线电技术具有灵活性强、支持多种通信体制的优点，能给新一代移动通信系统的智能化、兼容性带来有利影响。

2.5调制技术与信号传输。高效率的通信系统离不开高性能的编码与调制技术。4G通信系统采用高性能纠错编码方案Turbo编码技术、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，进而确保通信系统性能的高效。

2.6基于IP的核心网。4G系统的核心网是一个基于全IP的网络，IP能与多种无线接入协议相兼容，这样有利于网络的优化。全IP网络是新一代移动通信系统的关键部分，它的主要功能是汇接以及实现与别的网络的兼用任务。现阶段选用IPv6技术作为下一代核心协议，其有如下优点：①128bit的地址能提供充足的地址；②分组传送的速率很快；③该技术可以实现音频与视频的同步传输。

2.7多用户检测技术。多用户检测是通信系统的关键技术，运用于CDMA系统中主要作用是抗干扰。其基本原理是针对CDMA中多个平行传送信号的高效检测程序，它在TD-SCDMA中获得了广泛的应用，多用户检测技术可以使CDMA系统的频谱效率大大提高。经多次验证表明，多用户检测技术运用于4G通信系统中，能够有效利用链路资源，明显增加其容量。

2.8高性能的接收机。4G系统对接收机提出了特别高的要求。因此需要采用更先进的检测技术来提高接收机的性能。

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一、前言

移动通信的出现及发展为生活及经济的发展带来了巨大的变革。移动通信的主要特征就是移动性，因此当移动终端在一个信号覆盖区中移动直至到相邻的信号覆盖区时，需要对通信进行链路的重新侦测、断开与建立等。只有提高移动终端在在移动过程中链接的稳定性和无缝链接才能促进4G更加广泛的应用。本文从切换原因和切换技术方面进行总结分析。

二、切换原因

导致移动台进行切换的原因不仅仅针对于移动台移动距离，而且包括以下几个具体的方面：（1）信道质量不足以提供通话服务。当移动通信终端所在的信道中有较为强的信道干扰时，就会出现通话质量大打折扣的现象，因此无论所在信道的信号多么的强，仍然无法提供优秀的通话质量，因此需要将通话信道切换到无干扰的质量较好的通话信道。（2）移动台与基站距离超过基站所涵盖的范围。根据通信网络的设计，规划和测量基站和移动台的覆盖范围，并且将范围存储到基站的网络数据库中，在移动终端进行通信时，需要时时更新基站与移动台的距离，以便当移动范围超出计划的涵盖范围，则切换到新的基站进行通话服务。（3）信号强度不足以进行通话服务。基站和移动台难免在移动过程中会出现信号强度较弱的情况，当出现这种情况时，信号台需要将通信服务切换到另一个小区服务，或者在小区内部多个扇区之间寻找信号强度更佳的链路进行切换。（4）小区呼吸。CMDA的通信网络具有动态性，当某小区内的话务量较高时，意味着彼此之间干扰增强，影响通话质量。而相比之下，相邻小区具有较低的话务量时，负载较高校区的发射功率降低，缩小小区面积，从而达到小区边缘的通话量进入到相邻小区，实现负载平衡。

三、切换技术

针对切换具有的特性和需求，有三种切换技术。分别是硬切换、软切换和接力切换。

（1）硬切换。频率不同的小区间进行信道切换时，被称硬切换。切换过程主要由断开、调频和连接三个部分组成。主要是指先断开与原小区的通信连接，然后调频到另一的小区频率，然后与另一基地进行连接。移动台在断开与之前基地的通信连接后，要经过调频的过程才能与另一基地进行连接，因此通话时会有短暂的通信暂停，短暂的通信暂停会影响用户的通话质量。当移动台没有及时的与新的基站进行连接或者新基地话务量负载已过重，信道繁忙没有连接成功时，会造成移动台的通信中断。硬切换的优点是，在切换算法中较为简单，使得负载较低。（2）软切换。相比于硬切换而言，软切换最大的不同在于是切换的两个小区具有相同导频信道的载波频率。因此在移动台进行软切换时，只需进行两个步骤，连接和断开。即在移动台在小区的切换过程中，移动台与另一小区先建立连接，当通信稳定性与通信质量都已达到通信标准时，再断开与之前小区的信道连接。相比之下，软切换具有不会暂停通信和中断通信的特点。软切换的切换特点决定了软切换具有高的切换成功率。（3）接力切换。当硬切换与软切换无法满足通信需求时，产生了接力切换技术。将信道的上行信道与下行信道进行分开切换，所以被称作接力切换。当移动台在需要进行基站的切换时，首先与另一基站联系，并且进行测量。将上行信道与另一基站的进行预同步，不单单解决了在通信的过程中可能造成的短暂暂停甚至是通信中断的问题，还能够减少切换所需时间。当上行信道与另一基站进行稳定连接后，下行信道由之前基站切换到与上行信道所在的同一基站，完成整个切换过程。接力切换相比于硬切换具有高的切换成功率，减少了通信中断的概率。相比于软切换减少了对于信道资源占用，并且解决了下行信道具有高的干扰性的问题。主流的切换机制分为两种，第一种是移动终端进行主动的通信质量和信号强度的测量，移动终端进行主动切换。第二种是移动终端所在的基站进行信道的检测，根据检测结果决定是否切换。在两种切换机制中，软切换起到主要作用，其它切换技术扶助作用。而无论是哪种切换技术，都是缺一不可的。

四、总结

切换技术的成熟与否稳定与否决定着4G可靠漫游是否能实现，因此切换技术在4G技术的发展历程中始终占据着重要地位。切换技术同样是移动通信所具有的特点，只有当切换技术完美的结合与快速发展，才能实现4G通信技术的不断发展和移动通信质量逐步提高。

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伴随着我国综合国力的增强，科技水平也得到了进一步增强。计算机技术作为新时代的重要基础技术，其应用范围的扩大，在一定程度上促进了信息技术的腾飞发展。伴随着日渐庞杂的数据规模，使得大数据处理技术应时代而生。同时移动通信网络技术的发展，极大的方便了人们的工作和生活。为了满足人们日益增长的通信需求，移动通信网络也需要具备更加有力的数据处理能力和处理速度。

1大数据技术概述

现阶段，我国数据的发展主要包括以下几个阶段：第一，被动产生阶段。伴随着数据库的出现，其在规范社会数据方面意义深远。不过该阶段数据库的作用相对较为被动，其服务的对象主要为政府、大型企业等，诸如银行以及超市等主要进行经营活动而产生的数据交易记录；第二，主动产生阶段。伴随着互联网技术的腾飞发展，社会经济活动日渐频繁，相应的也会产生大量的数据信息。同时在这大量的数据信息中包含着大量的用户原创性信息内容，其主要借助QQ日志、微博、博客以及微信等方式到网络上。此外智能化电子产品的诞生，为人们这些原创信息提供了便利。因此，该阶段所产生的数据信息量不仅数量巨大，且多是主动产生的。第三，自动产生阶段。随着大数据时代的到来，使得数据开始进行自动产生。主要原因在于移动通信网络和物联网之间得到了有效融合，从而推动数据自动产生，并直接推动者大数据时代的到来。大数据技术主要具备如下几个特点：第一，需要处理规模相对较大的数据。大数据技术通常需要处理PB级甚至是EB级的数据量。第二，数据非结构化。在大数据时代，非结构化的数据迅速增加，高达数据总量的80%左右。第三，多源异构。由于基于物联网环境下，大数据多运用传感器、移动设备等异构终端来进行数据的采集，这样很容易导致数据出现多源异构特点。第四，数据处理的实时性。生活节奏的变快使得人们需要快速处理各种信息数据，因此在线实时处理数据则是大数据时代的另一重要特点。

2大数据处理的关键技术

在移动通信网络中，尤其是物联网中，很多终端设备都是处在无人监控状态下，加之这些终端设备所处环境大多较为恶劣，因此在物联网进行数据采集时，往往会出现很多错误，因而收集到的原始数据就缺乏可靠性，譬如采集的一些数据会和实际产生一定误差，一些数据收集不完整，又或者是一些数据是无关多余的。因此，这就需要通过各种方式来提取所需的数据。就当前来看，有许多数据清洗技术，然而这些数据只适用于较强结构化的数据，大数据又是非结构性，因而并不能起到很好的作用。而且利用该技术也无法处理大量数据，这就难以体现大数据的实时性。因此，在大数据清洗技术的研究方面还需要进一步研究。大数据有非常多的来源，将收集到的各方数据融合在一起对于数据分析相当重要。数据融合就是收集到的数据源是不一样的，这些数据要通过不同表象来表达实体，这就需要将数据转换成为对同一个表象的表达，减少相关数据产生冲突的过程。在移动通信网络当中，数据的多源性比较普遍，因而对数据进行统一十分必要，让各数据之间产生关联。这就要使结构化和非结构化数据发生关联，再以数据融合来提取关键数据。经过一系列处理之后，就要分析所获得的大数据，并挖掘出新的数据。要将移动通信网络中的大数据分析和挖掘出来就要从数据表示和存储两个方面给予充分考虑。其中，要借助先进的挖掘工具，并改善数据开发环境。另外一项大数据处理关键技术是利用可视化来进行数据分析。众所周知，移动通信网络有着十分庞大的数据量，其挖掘结果也是大数据，通过可视化分析这些大数据可以让人们对这些数据更加容易的理解，进而更深入来分析这些数据；并且对数据进行可视化分析，能够促进人机交互的开展，利用人机交互来处理大数据可极大的提升数据处理能力和工作效率。当然，移动通信网络当中大数据的处理不仅仅局限于上述挑战，安全问题也是大数据处理所面临的重要问题，因此需加强数据管理，不断提升数据处理技术水平，最终实现大数据有效管理。

3云计算

经分析可以看出，移动通信网络大数据处理有两大趋势，主要是数据量骤增以及分析深度加剧。这对于移动通信网络大数据的处理来讲无疑是一大挑战。而云计算的出现则让移动通信网络大数据处理有了新的思路。2004年，Google就提出了MapReduce技术来作为处理大数据分析和处理的计算模型，此举一出立刻引起了广泛关注。MapReduce技术包含了三个层面，即分布式文件系统、并行编程模型以及并行执行引擎。MapReduce技术的出现引起了各方面关注，而在运行中，慢慢发现其很多不足之处，譬如不支持Schema、没有存取优化以及依靠蛮力来处理数据等等。针对MapReduce当中的不足，研究人员进行了深入研究，对其性能进行了相应提升，并对易用性进行了一定的改进，经过实践证明，MapReduce是分析和处理大数据的一种有效工具，但是在进行大数据处理过程中，MapReduce依旧有着缺陷和不足。就大数据处理模式角度而言，流处理和批处理是其中最为重要的模式。MapReduce只可以运用批处理模式来处理大数据。然而实际状况是，众多的社交网站和电子商务均需要进行在线处理，而MapRe-duce却只能爱莫能助。综上，移动通信网络所产生的数据量不断增多，这些数据为社会带来了便利，然而也面临着大量数据要处理的现实问题。对此应用大数据处理关键技术来解决越来越多的数据难题，尽管还存在一些不足，但相信在科技的发展下这种情况会得到有效改善。

作者:贾丽华 单位:沈阳电信工程局

参考文献：

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4G移动通信技术立足于前三代移动通信技术，整合了原有优势，并在此基础上实现了创新和突破，具备兼容性、抗干扰性与高速性的优势，成为了通信行业未来发展的一个重要方向。目前来讲，国际上已经制定了有关4G移动通信的技术标准，为4G移动通信的商业化运作指明了方向。我国的相关技术人员和运营商需要了解4G移动通信的关键技术，同时还要对4G移动通信的未来发展有一个清晰的认识，才能为普及与推广此项技术打下基础。

一、4G移动通信技术的性能与对其的定义

1.对4G移动通信技术的定义

4G移动通信技术是建立在无线网络通信的基础之上，可以有效实现数据信息的高速传输，同时还具备了更强的兼容性与更高的抗干扰性。未来五年我国移动通信事业的突破口便在4G移动通信技术的推广与应用方面，这也是移动通信商业化运作在未来的发展方向。

2.4G移动通信技术的性能

3G移动通信技术相比较，4G通信技术最大的优势在于传输的速率更快。根据有关研究结果显示，采用4G移动通信技术传输数据的速率要比运用3G移动通信技术传输数据快将近五十倍。此外，4G移动通信技术还有另外一个3G移动通信技术无法比拟的优势，便是集约化的特点，可以对接入其中的网络结构及接入方式进行合理优化，方便用户对网络的切换。同时，4G移动通信还具备了多网络融合的优势，除了可以有效整合好移动通信网络之外，还将局域网络与互联网络融合在一起，这对当前建设网络信息社会具有重要意义[4]。总之，4G移动通信技术具有广阔的发展前景，能够有效传递相应的信息、图像及高清音质，它独具特色的抗干扰有效实现了移动通信的保密性与安全性。

二、4G移动通信网络结构的关键性技术

4G移动通信技术主要依靠无线网络结构实现对数据信息的多接入、抗干扰及高速传输。一般来讲，4G移动通信技术通常会有三个分层：应用网络层、中间环节层及物理网络层。其中构成物理网络层的关键便是无线核心网络，这是实现路由选择与接入的关键；中间环节层的主要功能是实现地址变换与映射，有效满足了对子系统的管理要求，是4G移动通信网络最主要的功能控制层；应用网络层可以实现对数据信息的无缝高速连接，从而利用多个频带来实现跨地域、跨网络的标准化服务。

三、当前我国4G移动通信技术的发展现状

目前来讲，我国通信行业达成了一个共识，便是有效抓住研发、推广及应用4G移动通信技术的机会。一些具有较高发展眼光的企业已经开始着手开展对4G移动通信技术的研发工作，从而在高速互联的基础上取得了重大突破。当前的4G移动通信技术可以有效实现对语音、视频、图像及文字的高速传输，还可以对一些不同种类的业务及工作进行初步的应用。在多点通信技术上，利用了不对称的设计方法，逐步实现了互联网、计算机与手机之间的多点控制与自由通信。当前我国的4G移动通信技术与其他国家之间的发展差距并不大，我国需要仅仅把握当前制定4G移动通信技术的标准及推广应用该技术的机会，逐步发展符合我国社会实际需求的4G移动通信技术，通过人性化与智能化的目标要求来指导对该技术的研发工作，从而使我国的4G移动通信技术逐渐向高智能、人性化方向发展。

四、4G移动通信技术的未来发展展望

据有关数据统计，当前世界上已经拥有了将近四十五亿的手机用户，而且这些用户群体正呈现逐年增多的趋势。当前的移动通信技术已经可以满足人与互联网的互联、人与人之间的互联，3G移动通信技术的开发与应用便使得利用智能手机上网的用户数量逐渐增多。随着通信资费的不断下调以及智能手机价格的不断降低，在不远的将来，应用4G移动通信技术上网的用户将获得质的飞跃。因此，我国在发展4G移动通信技术时，需要有效把握住相应的发展机遇，能够立足于3G移动通信技术的基础上，有效优化自己的网络结构，利用智能化、安全、高速率的技术来推进4G移动通信技术的推广及应用。目前为止，国际上对4G移动通信技术的标准制定工作已经完成，4G移动通信技术也开始逐渐向商业化方向延伸。通信企业需要仅仅抓住这个发展机遇，逐步加强对4G移动通信技术的推广与应用。基于充分了解该技术的基础上，对关键部位及重点技术实施突破，同时还要认真分析与仔细研究4G移动通信技术的未来发展前景。在经济全球化的今天，互联网逐渐兼容了物资流动，根据相关专家预测，人类将迎来物与物、人与物的物联网时代。4G移动通信技术的逐步应用，让物流变得更加方便快捷，使用户可以通过网络来随时查询相应的物流信息，有效实现了物流与互联网的联通。

五、结语

总而言之，当前通信技术的发展需要依托于移动通信技术。4G移动通信技术具有良好的市场应用前景，将4G移动通信技术应用到商业上面早已提上了日程。我国的人口基数比较大，手机用户比较多，因此在推广与应用4G移动通信技术上面具有无可比拟的现实优势。所以，我国在实际研究与开发4G移动通信技术时，不能将其看作是对手机功能的开发与拓展，我们需要运用科学的眼光与联系的观点去看待4G移动通信技术的实际价值与真实内涵，从而利用谨慎踏实的工作态度去推进对4G移动通信技术的推广及建设工作。

参考文献：

[1]张玉龙、李志峰、赵勋.对4G移动通信技术应用与发展的展望[J].信息通信，2013，01：226

[2]许棱集.对4G移动通信技术应用与展望[J].中国新通信，2013，18：81

[3]黄静、朱欣远.4G移动通信关键技术及其展望探究[J].中国新通信，2014，03：119-120