淺析新一代移動通信無線技術(shù)

廖天亮

（貴州日海捷森通信工程有限公司，貴州 貴陽 550002）

14G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4G具有較高的數(shù)據(jù)速率和頻譜利用率，能夠提供多媒體業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全球無縫隙漫游，具有更高的安全性、智能性、靈活性以及更高的傳輸質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，能支持非對稱性傳輸，并可支持多種業(yè)務(wù)。這些相對于3G系統(tǒng)所表現(xiàn)出的優(yōu)點主要是由于使用了許多新興的、先進的無線通信技術(shù)。4G系統(tǒng)最主要的關(guān)鍵技術(shù)如下：

1.1 智能天線技術(shù)

智能天線主要是指自適應(yīng)天線陣列，是利用移動用戶和基站間各個傳輸鏈路空間特征的差異，在基站端運用信號處理技術(shù)和軟件技術(shù)，通過多天線陣元結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生特定方向特性(主波束對準(zhǔn)移動用戶信號方向，旁瓣或鄰瓣對準(zhǔn)干擾信號方向)的天線波束，在同一信道上減少多個移動用戶接收和發(fā)送信號的干擾，提高頻譜利用率的一種分集技術(shù)，其本質(zhì)是利用相位關(guān)系抑制多址干擾和多徑干擾。

智能天線技術(shù)的發(fā)展主要是考慮智能天線和移動通信環(huán)境的特性，如電波的傳播特性、干擾和信號帶寬的有效性等，通過鏈路級和系統(tǒng)級的仿真與實際驗證，綜合利用計算機處理技術(shù)優(yōu)化天線陣列參數(shù)和設(shè)計數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最優(yōu)傳輸模式。

智能天線除了在提高頻譜利用率、抑制干擾等方面的優(yōu)點外，還可以通過基站對移動用戶發(fā)射信號的空間特征矩陣的分析，實現(xiàn)對用戶空間位置的較精確定位。

1.2 OFDM技術(shù)

正交頻分復(fù)用技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，與3G的CDMA技術(shù)顯著不同。它是對多載波調(diào)制技術(shù)的改進，可以認(rèn)為是整個4G技術(shù)的核心。

在高速移動的無線通信環(huán)境中，多普勒頻移和多徑效應(yīng)會對信號的正確接收產(chǎn)生顯著的干擾。OFDM技術(shù)是對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾的有效途徑，其基本原理是在頻域內(nèi)對傳輸信道進行分解，使各子載波相互正交，然后將高速數(shù)據(jù)流分解為多個低速數(shù)據(jù)片段，在各子載波上分別進行調(diào)制，使串行通信變換為多個獨立子信道上的并行通信。一方面使每個子信道變得相對平坦，某個時刻只會有少部分信道受到深衰落的影響，不至于一次干擾就導(dǎo)致整個鏈路的失敗，有效抑制了頻率的選擇性影響。另一方面由于高速數(shù)據(jù)流也進行了分解，每個子信道上傳輸?shù)男盘枎捫∮谛诺赖南鄳?yīng)帶寬，信號波形間的干擾也大大減少。

1.3 MIMO技術(shù)

多輸入多輸出技術(shù)本質(zhì)是一種分集技術(shù)，是多天線技術(shù)的發(fā)展。它利用多個天線在收發(fā)兩端同時工作，在空域上擴展傳輸通道進而提高系統(tǒng)的傳輸速率。并行工作的各個發(fā)送和接收天線通過角度擴展等多種途徑減少空間相關(guān)，當(dāng)彼此的信道沖擊和響應(yīng)相互獨立時，信道的容量或者傳輸能力將隨著天線數(shù)目的增加而線性增加，這樣系統(tǒng)的通信能力將可以在不增加天線的發(fā)射功率和系統(tǒng)帶寬的情況下得到成倍提高。

MIMO技術(shù)是無線通信領(lǐng)域的重大突破，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｍㄟ^近幾年的不斷完善和改進，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到各種無線通信系統(tǒng)中，被認(rèn)為是現(xiàn)代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。其優(yōu)點可以概括為：可降低碼間干擾、可提高空間分集增益、可提高無線信道容量和頻譜利用率。

1.4 切換技術(shù)

切換技術(shù)指的是移動終端從一個通信覆蓋區(qū)移動到另一個通信覆蓋區(qū)，為保持通信業(yè)務(wù)連續(xù)性而改變信道所進行的鏈路偵測、仲裁和建立、斷開等操作的綜合技術(shù)。切換是蜂窩移動通信系統(tǒng)中保持用戶移動性的基本技術(shù)，是4G實現(xiàn)無縫、可靠漫游的基礎(chǔ)。

切換的實現(xiàn)在方式上可分為硬切換、接力切換、軟切換和更軟切換等多種方式，切換的發(fā)生時機包括移動終端在不同網(wǎng)絡(luò)之間的接入和在不同基站之間的移動，也包括在同一基站的不同扇區(qū)或者不同頻率之間的遷移，還包括隨著信道變化進行鏈路的更新等情況。

現(xiàn)有的切換控制機制主要有兩種，一種是由智能化移動終端進行端口信號的強度和質(zhì)量的檢測，由終端的軟件系統(tǒng)進行判決，主動發(fā)起和完成切換操作，另一種是由移動用戶臨近的基站監(jiān)測各通信鏈路的信號狀態(tài)，交換網(wǎng)中心根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成切換。

DSP和軟件技術(shù)是4G切換技術(shù)的關(guān)鍵組成，高效智能的切換算法可以顯著提高系統(tǒng)的切換效率和質(zhì)量。在4G中將會綜合兩種控制機制的優(yōu)點，發(fā)揮終端智能軟件的優(yōu)勢，實現(xiàn)以軟切換為主，輔助其它切換方式的綜合切換技術(shù)。

1.5 軟件無線電技術(shù)

軟件無線電是改變傳統(tǒng)的無線終端的設(shè)計以硬件為核心的觀念，強調(diào)以可配置、可升級的軟件編程和DSP技術(shù)為核心，盡量以最簡化的、開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通用硬件平臺來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的設(shè)計技術(shù)。

在系統(tǒng)組成上，軟件無線電的硬件部分主要包括天線、射頻前端、寬帶數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器件、數(shù)字信號處理器件等基本單元。天線覆蓋頻段一般比較寬，頻段特性均勻，射頻前端完成發(fā)射時的上變頻、濾波、功放以及接收時的濾波、放大和下變頻等功能。信號在完成數(shù)字化的轉(zhuǎn)換以后，幾乎全部的工作都由軟件來處理。

軟件部分主要包括類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。主要的通信子功能如基帶處理、工作頻段設(shè)置、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等全部用代碼實現(xiàn)，即通過軟件編程，使通用硬件平臺成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號傳輸與處理的無線電系統(tǒng)。

軟件無線電的靈魂是軟件。針對傳統(tǒng)的功能相對單一、難以擴展的硬件單元進行分析，通過建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，研究高效實時的處理算法，開發(fā)出相應(yīng)的軟件模塊來替代、提升相對應(yīng)的硬件功能，是提高系統(tǒng)靈活性和擴展升級能力的有效途徑。

軟件無線電技術(shù)是解決移動終端在不同無線環(huán)境中工作的關(guān)鍵技術(shù)，伴隨芯片處理能力的提高和DSP技術(shù)的進步，發(fā)展空間很大，對于4G支持多種業(yè)務(wù)的完整融合，支持各類媒體及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的“無縫連接”非常重要。

1.6 對4G的討論

當(dāng)無線通信系統(tǒng)從模擬技術(shù)為主發(fā)展到現(xiàn)在的全數(shù)化以后，軟件的地位和作用就一步步得到增強。軟件技術(shù)突出優(yōu)點在于易升級、易擴展和基本上不占體積。隨著通技術(shù)發(fā)展的速度越來越快，新技術(shù)的更新對保護運營商和戶的現(xiàn)有投資是一對日漸突出的矛盾，智能手機和移動終的小型化更一直是設(shè)計者努力的方向，而軟件技術(shù)的推廣疑是解決這些問題的最有效方式。

4G的軟件無線電技術(shù)、智能天線技術(shù)、分組交換技術(shù)、據(jù)融合技術(shù)和切換技術(shù)都將在很大程度上依賴軟件的實現(xiàn)手機芯片上的軟件從單一的控制程序升級為獨立的操作系已經(jīng)是大勢所趨，Android、Symbian、iOS和wp7現(xiàn)在已成為熟能詳?shù)拿~。預(yù)計要不了多久，移動終端和智能手機上軟件數(shù)量將超過臺式電腦。

結(jié)束語

移動計算機是當(dāng)前IT領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展速度最快的產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展趨勢是高性能、低功耗、小型化和無線互聯(lián)。一般認(rèn)為，高速數(shù)據(jù)通信能力和無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力是移動計算機性能評價的主要方面，因此，無線通信技術(shù)的進步對移動計算機發(fā)展的意義就顯得非同一般。各大計算機企業(yè)已紛紛把目光投向移動通信領(lǐng)域。

[1]王丹萍.無線通信技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[M].沈陽大學(xué)信息工程學(xué)院，2010-12-04.

[2]田桂花.淺談無線通信技術(shù)的發(fā)展[J].價值工程，2010-08-08.