Die Kerntechnologie des Mobilkommunikationssystems der vierten Generation ist „OFDM“. OFDM bezieht sich auf die orthogonale Frequenzmultiplextechnologie, die die parallele Übertragung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten durch Frequenzmultiplex realisiert. Sie weist eine gute Beständigkeit gegen Mehrwegeschwund auf und kann den Mehrbenutzerzugriff unterstützen. Die OFDM-Technologie zeichnet sich durch eine hochskalierbare Netzwerkstruktur, gute Anti-Rausch-Leistung und Anti-Mehrkanal-Interferenzfähigkeiten aus und kann im Vergleich zur aktuellen drahtlosen Datentechnologie qualitativ hochwertigere Dienste (hohe Rate, geringe Verzögerung) sowie eine bessere Leistung und einen besseren Preis bieten Damit können bessere Lösungen für drahtlose 4G-Netzwerke bereitgestellt werden.
Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.
Das Mobilfunksystem der vierten Generation wird als „4G“ bezeichnet. Basierend auf dem Mobilkommunikationssystem der dritten Generation handelt es sich um ein Mobilkommunikationssystem mit schnellerer Datenübertragungsgeschwindigkeit und höherer Qualität.
Die Netzwerkarchitektur des 4G-Mobilkommunikationssystems kann von unten nach oben in drei Schichten unterteilt werden: physische Netzwerkschicht, Zwischenumgebungsschicht und Anwendungsumgebungsschicht.
Die physische Netzwerkschicht stellt Zugriffs- und Routingfunktionen bereit: Die Zwischenumgebungsschicht dient als Überbrückungsschicht, um QoS-Zuordnung, Adressübersetzung, Sicherheitsverwaltung usw. bereitzustellen. Die Schnittstelle zwischen der physischen Netzwerkschicht, der Zwischenumgebungsschicht und ihrer Anwendungsumgebungsschicht ist offen, was die folgenden Vorteile mit sich bringen kann:
① erleichtert die Entwicklung und Bereitstellung neuer Dienste;
② kann nahtlos bereitgestellt werden Drahtlose Dienste mit hoher Datenrate;
③ können in mehreren Frequenzbändern betrieben werden;
④ ermöglichen die Anpassung von Diensten an mehrere drahtlose Standards und Multimode-Terminals über mehrere Betreiber und Dienstanbieter hinweg und bieten so ein breiteres Spektrum an Diensten .
Das Mobilkommunikationssystem der vierten Generation basiert hauptsächlich auf orthogonalem Frequenzmultiplex (OFDM) als Kerntechnologie.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ist eine Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Technologie. Tatsächlich ist OFDM MCM (Multi Carrier Modulation), eine Art Mehrträgermodulation. Die parallele Übertragung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten wird durch Frequenzmultiplexierung erreicht. Sie weist eine gute Beständigkeit gegen Mehrwegeschwund auf und kann den Mehrbenutzerzugriff unterstützen.
OFDM-Technologie wurde aus MCM (Multi-Carrier Modulation, Mehrträgermodulation) entwickelt. Die OFDM-Technologie ist eine der Implementierungsmethoden für Mehrträger-Übertragungsschemata. Ihre Modulation und Demodulation basieren auf IFFT bzw. FFT. Es handelt sich um ein Mehrträger-Übertragungsschema mit der geringsten Implementierungskomplexität und dem am weitesten verbreiteten.
Die OFDM-Technologie zeichnet sich durch eine hochskalierbare Netzwerkstruktur, gute Anti-Rausch-Leistung und Anti-Mehrkanal-Interferenzfähigkeiten aus und kann Dienste mit höherer Qualität (hohe Rate, geringe Verzögerung) und besser als aktuelle drahtlose Datentechnologie bereitstellen. Preisverhältnis kann eine bessere Lösung für drahtlose 4G-Netzwerke bieten.
Zum Beispiel werden Wireless Area Loop (WLL), Digital Audio Broadcasting (DAB) usw. alle OFDM-Technologie verwenden. Die 4G-Mobilkommunikation stellt eine technologische Antwort auf den immer schneller wachsenden Bedarf an Breitband-Wireless-Konnektivität dar und gewährleistet nahtlose Dienste über eine Vielzahl von drahtlosen Systemen und Netzwerken hinweg, die sich über öffentliche und private, Innen- und Außenbereiche erstrecken.
Durch die Bereitstellung der besten von Benutzern benötigten Dienste im am besten geeigneten verfügbaren Netzwerk kann es das erwartete Wachstum der internetbasierten Kommunikation bewältigen, neue Frequenzbänder hinzufügen, Spektrumressourcen erheblich erweitern, verschiedene Arten von Kommunikationsschnittstellen bereitstellen und Routing verwenden Technologie für Die Hauptnetzwerkarchitektur verwendet die Fourier-Transformation, um die Hardwarearchitektur zu entwickeln und die Netzwerkarchitektur der vierten Generation zu implementieren. Die mobile Kommunikation wird sich in Richtung datenbasierter Hochgeschwindigkeits-Breitband- und höherer Frequenzbänder entwickeln. Mobile Daten und mobiles IP werden in Zukunft zu den Mainstream-Diensten mobiler Netzwerke werden. Vor- und Nachteile der OFDM-Technologie Es können auch große Datenmengen versendet werden. Die OFDM-Technologie kann mindestens 1.000 digitale Signale gleichzeitig trennen, und ihre Fähigkeit, Störsignale sicher zu umgehen, wird die weitere Entwicklung und das Wachstum der CDMA-Technologie direkt gefährden.
(2) Die OFDM-Technologie kann das Übertragungsmedium kontinuierlich überwachen Da sich die Fähigkeit des Kommunikationspfads zur Übertragung von Daten im Laufe der Zeit ändert, kann sich OFDM bei den Kommunikationseigenschaften dynamisch daran anpassen und die entsprechenden Träger ein- und ausschalten, um eine weiterhin erfolgreiche Kommunikation sicherzustellen. (3) Diese Technologie kann automatisch erkennen, welche spezifischen Träger unter dem Übertragungsmedium weisen eine hohe Signaldämpfung oder Störimpulse auf und ergreifen dann geeignete Modulationsmaßnahmen, um eine erfolgreiche Kommunikation des Trägers auf der angegebenen Frequenz zu ermöglichen. (4) Die OFDM-Technologie ist besonders für den Einsatz in Hochhäusern mit hoher Dichte geeignet besiedelte und geografisch markante Orte sowie Gebiete, in denen Signale verbreitet werden. Sowohl die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung als auch die digitale Sprachübertragung hoffen, die Auswirkungen von Mehrwegeeffekten auf Signale zu verringern.
(5) Der größte Vorteil der OFDM-Technologie ist ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber frequenzselektivem Fading oder schmalbandigen Störungen. In einem Einzelträgersystem kann ein einzelner Schwund oder eine einzelne Störung dazu führen, dass die gesamte Kommunikationsverbindung ausfällt, in einem Mehrträgersystem wird jedoch nur ein kleiner Teil der Träger gestört. Zur Fehlerkorrektur auf diesen Unterkanälen können auch Fehlerkorrekturcodes eingesetzt werden. (6) Es kann Interferenzen zwischen Signalwellenformen wirksam bekämpfen und eignet sich für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung in Mehrwegeumgebungen und bei Kanalschwund. Wenn aufgrund der Mehrwegeübertragung ein frequenzselektiver Schwund im Kanal auftritt, sind nur die Unterträger und die von ihnen übertragenen Informationen betroffen, während andere Unterträger nicht beeinträchtigt werden. Daher wird die Gesamtleistung der Bitfehlerrate nicht beeinträchtigt System ist viel besser.
(7) Durch die gemeinsame Codierung jedes Unterträgers verfügt es über eine starke Anti-Fading-Fähigkeit. Die OFDM-Technologie selbst nutzt bereits die Frequenzdiversität des Kanals. Wenn das Fading nicht besonders stark ist, muss kein Zeitbereichs-Equalizer hinzugefügt werden. Durch die gemeinsame Codierung jedes Kanals kann die Systemleistung verbessert werden.
(8) Die OFDM-Technologie ist sehr resistent gegenüber schmalbandigen Störungen, da diese Störungen nur einen kleinen Teil der Unterkanäle betreffen.
(9) Sie können die OFDM-Implementierungsmethode basierend auf IFFT/FFT wählen.
(10) Die Kanalauslastung ist sehr hoch, was besonders in einer drahtlosen Umgebung mit begrenzten Spektrumsressourcen wichtig ist; groß, die Spektrumnutzungsrate des Systems tendiert zu 2Baud/Hz. (Baud ist Baud; 1 Baud = log2M (Bit/s), wobei M der Kodierungspegel des Signals ist).
Mängel
Obwohl OFDM die oben genannten Vorteile hat, führt sein Signalmodulationsmechanismus auch dazu, dass OFDM-Signale während des Übertragungsprozesses einige Nachteile haben:
(1) Sehr empfindlich gegenüber Phasenrauschen und Trägerfrequenzversatz
Das ist A Der schwerwiegende Nachteil der OFDM-Technologie besteht darin, dass das gesamte OFDM-System äußerst strenge Anforderungen an die Orthogonalität zwischen Unterträgern stellt. Jede kleine Trägerfrequenzabweichung zerstört die Orthogonalität zwischen Unterträgern und verursacht ISI. In ähnlicher Weise führt Phasenrauschen auch zur Rotation und Diffusion von Symbolkonstellationspunkten, wodurch ISI entsteht. Bei Einzelträgersystemen besteht dieses Problem nicht. Phasenrauschen und Trägerfrequenzversatz verringern lediglich das empfangene Signal-Rausch-Verhältnis, ohne dass es zu gegenseitigen Störungen kommt.
(2) Das Spitzen-zu-Durchschnitts-Verhältnis ist zu groß
OFDM-Signale bestehen aus mehreren Unterträgersignalen, und diese Unterträgersignale werden unabhängig voneinander durch verschiedene Modulationssymbole moduliert. Im Vergleich zur herkömmlichen Modulationsmethode mit konstanter Hüllkurve weist die OFDM-Modulation einen sehr hohen Crest-Faktor auf. Da das OFDM-Signal die Summe vieler kleiner Signale ist, werden die Phasen dieser kleinen Signale durch die zu übertragende Datensequenz bestimmt. Bei einigen Daten können diese kleinen Signale in Phase sein und sich in ihrer Amplitude addieren, um eine große momentane Spitzenamplitude zu erzeugen. Wenn das Spitzen-zu-Mittelwert-Verhältnis zu groß ist, erhöht es die Komplexität von A/D und D/A und verringert die Effizienz des HF-Leistungsverstärkers. Gleichzeitig begrenzt auf der Senderseite die maximale Ausgangsleistung des Verstärkers den Spitzenwert des Signals, was zu Interferenzen innerhalb des OFDM-Frequenzbandes und zwischen benachbarten Frequenzbändern führt.
(3) Der erforderliche lineare Bereich ist groß
Da das OFDM-System ein großes Spitzen-zu-Durchschnitts-Leistungsverhältnis (PAPR) aufweist und empfindlicher auf nichtlineare Verstärkung reagiert, erfordert das OFDM-Modulationssystem einen höheren linearen Bereich des Verstärkers als das Einträgersystem.
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