4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)淺析

摘 要本文對(duì)4G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了展望，對(duì)可能采用的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞4G 移動(dòng)通信; OFDM 軟件無線電;IPV6

中圖分類號(hào) TN92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)111-0026-01

0前言

當(dāng)3G技術(shù)剛剛走入人們的視線尚未完全完全普及之時(shí)，對(duì)下一代通信技術(shù)的展望早已悄悄地拉開了帷幕。盡管3G技術(shù)與2G相比有著巨大的優(yōu)勢，但并未在技術(shù)層有重大的改變，只是在視頻應(yīng)用上邁出了重要的一步。3G技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個(gè)方面的局限:

(1)較高的通信速率。3G雖然標(biāo)稱能達(dá)到2Mbit/s的速率，但平均速率只能達(dá)到384 kbit/s盡管目前3G增強(qiáng)型技術(shù)不斷發(fā)展，但其傳輸速率還有差距。

(2)不能提供動(dòng)態(tài)范圍多速率業(yè)務(wù)。由于3G空中接口主流的三種體制WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA所支持的核心網(wǎng)不具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，難以提供具有多種QoS及性能的多速率業(yè)務(wù)。

(3)不能真正實(shí)現(xiàn)不同頻段不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游。由于采用不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境需要移動(dòng)終端配置有相應(yīng)不同的軟、硬件模塊，而3G移動(dòng)終端目前尚不能實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)環(huán)境的不同配置。

3G系統(tǒng)以上的局限性使其發(fā)展受到限制，很多公司已經(jīng)開始著手4G概念通信系統(tǒng)的研究。本文主要介紹4G概念通信的技術(shù)特點(diǎn)以及可能采用的關(guān)鍵技術(shù)。

14G概念通信技術(shù)特點(diǎn)

目前，業(yè)界專業(yè)人士對(duì)4G概念移動(dòng)通信系統(tǒng)的共識(shí)主要有以下幾點(diǎn):

(1)用戶可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間以任何方式不受限地接入網(wǎng)絡(luò)中來;

(2)移動(dòng)終端可以是任何類型的;

(3)用戶可以自由地選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò);

(4)可以實(shí)現(xiàn)非常先進(jìn)的移動(dòng)電子商務(wù);

(5)新的技術(shù)可以非常容易地被引入到系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中來。

根據(jù)以上描述，未來的4G系統(tǒng)應(yīng)具備以下的基本條件:

(1)具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。對(duì)于大范圍高速移動(dòng)用戶(250km/h)，數(shù)據(jù)速率為2 Mbit/s;對(duì)于中速移動(dòng)用戶(60km/h)，數(shù)據(jù)速率為20 Mbbit/s;對(duì)于低速移動(dòng)用戶(室內(nèi)或步行者)，數(shù)據(jù)速率為100 Mbit/s;

(2)實(shí)現(xiàn)真正的無縫漫游。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，能使各類媒體、通信主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行“無縫連接”，真正實(shí)現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點(diǎn)都能進(jìn)行通信;

(3)高度智能化的網(wǎng)絡(luò)。采用智能技術(shù)的4G通信系統(tǒng)將是一個(gè)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。采用智能信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行結(jié)合的正常發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性;

(4)良好的覆蓋性能。4G通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的覆蓋并能提供高速可變速率傳輸。對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，由于要提供高速傳輸，小區(qū)的半徑會(huì)更小。

24G概念通信關(guān)鍵技術(shù)探討

2.1 正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以O(shè)FDM為核心技術(shù)。OFDM技術(shù)實(shí)際上是多載波調(diào)制的一種。

OFDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是因?yàn)镺FDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):

(1)頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。OFDM信號(hào)的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

(2)抗衰落能力強(qiáng)。OFDM把用戶信息通過多個(gè)子載波傳輸，這樣在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長很多倍，從而使OFDM對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。

(3)適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時(shí)候，應(yīng)采用效率高的調(diào)制方式;而當(dāng)信道條件差的時(shí)候，則應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使得系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進(jìn)行傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 智能天線技術(shù)

智能天線采用了空時(shí)多址(SDMA)的技術(shù)，利用信號(hào)在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，動(dòng)態(tài)改變信號(hào)的覆蓋區(qū)域，將主波束對(duì)準(zhǔn)用戶方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)方向，并能夠自動(dòng)跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每個(gè)用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號(hào)從而達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)并消除或抑制干擾信號(hào)的目的。這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時(shí)，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。

2.4 軟件無線電(S D R)技術(shù)

在4G系統(tǒng)中，若要實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的理想通信方式，則至少需要保證移動(dòng)終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，

并可以在不同類型的業(yè)務(wù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就意味著在4G系統(tǒng)中，軟件將會(huì)變得非常復(fù)雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術(shù)，軟件無線電是近幾年隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展起來的新技術(shù)，它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號(hào)處理為核心，以微電子技術(shù)為支持。

2.5多用戶檢測技術(shù)

4G系統(tǒng)的終端和基站將用到多用戶檢測技術(shù)以提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測技術(shù)的基本思想是:把同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶或部分用戶的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)，而不是作為噪聲處理，利用多個(gè)用戶的碼元、時(shí)間、信號(hào)幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個(gè)用戶的信號(hào)，即綜合利用各種信息及信號(hào)處理手段，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，從而達(dá)到對(duì)多用戶信號(hào)的最佳聯(lián)合檢測。

3結(jié)束語

盡管4G移動(dòng)通信系統(tǒng)目前還只是一個(gè)基本概念，定義仍然還不明確，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段，在其他關(guān)鍵性技術(shù)上如:信道編碼、高性能接收機(jī)技術(shù)等方面還不完善。但是，作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，其發(fā)展的前景是不可限量的。4G技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，將真正實(shí)現(xiàn)我們充滿個(gè)性化的通信夢想。

參考文獻(xiàn)

[1]樊昌信.通信原理.國防科技大學(xué)出版社.

[2]劉偉，丁志杰.4G移動(dòng)通信系統(tǒng)研究進(jìn)展與關(guān)鍵技術(shù).中國數(shù)據(jù)通信.