試析移動4G通信的關(guān)鍵技術(shù)及實踐應用

肖景壽

引言：4G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)，不僅可以為廣大用戶帶來更多的福音，而且也將會是未來移動通信領(lǐng)域的主導技術(shù)。文章對4G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，并探討了當前4G技術(shù)發(fā)展的問題

一、4G移動通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

一般來說，4G移動通信技術(shù)主要涉及了OFDM技術(shù)、智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)、軟件無線電技術(shù)（SDR）、基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)，下面就這幾種關(guān)鍵技術(shù)展開深入的分析。

（一）OFDM

OFDM即正交頻分復用技術(shù)，實際上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。OFDM技術(shù)有很多優(yōu)點：可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率；適合高速數(shù)據(jù)傳輸；抗衰落能力強；抗碼間干擾（ISI）能力強。

（二）智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應方式和基于預多波束的波束切換方式。

移動通信環(huán)境中的多徑傳播對通信的有效性與可靠性造成了嚴重的影響。而多輸入多輸出（M1MO）技術(shù)在通信鏈路兩端均使用多個天線，發(fā)端將信源輸出的串行碼流轉(zhuǎn)成多路并行子碼流，分別通過不同的發(fā)射天線陣元同頻、同時發(fā)送，接收方則利用多徑引起的多個接收天線上信號的不相關(guān)性從混合信號中分離估計出原始子碼流，這相當于頻帶資源重復利用，使頻譜利用率和鏈路可靠性極大地提高。

（三）軟件無線電技術(shù)（SDR）

軟件無線電（SDR）是將標準化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）及數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）等先進的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求，盡可能多地用軟件來定義無線功能。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(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。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件（DSPH）、現(xiàn)場可編程器件（FPGA）、數(shù)字信號處理（DSP）等。

（四）基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種窄中接口接人核心網(wǎng)；同時核心網(wǎng)能把業(yè)務、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡（CN）協(xié)議、鏈路層是分離獨立的。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)議，主要采用全分組方式IPv6技術(shù)。

二、4G移動通信技術(shù)實踐應用

現(xiàn)今，對于4G移動通信技術(shù)的期待者愈來愈多。作為建網(wǎng)時間最早，建網(wǎng)準備最充分的中國移動運營商，已經(jīng)在廣深兩地進行充分的布局，在TD-LTE牌照正式發(fā)放后，中國移動如猛虎出閘，極力推廣4G業(yè)務，以下通過實際地點的測試我們來分析4G技術(shù)的應用。

在此通過4G手機我們在廣州越秀區(qū)公元前進行測試，公園前地區(qū)作為廣州市中心主要的商業(yè)區(qū)域，其4G覆蓋質(zhì)量如何頗受關(guān)注。這里因為是舊城區(qū)的關(guān)系，街道較多，樓宇更加密集，而且人流量多，包括商業(yè)和居住，眾多室內(nèi)商場考驗了移動4G的網(wǎng)絡覆蓋。由于4G采用高頻段的關(guān)系，利用基站進行室外的廣覆蓋是基本沒有問題的，但是遇到室內(nèi)的微覆蓋，因為穿透力弱，所以需要專門的室內(nèi)信號布局與優(yōu)化。我們測試的地點選在了公園前五月花地下商業(yè)區(qū)域中，這里是室內(nèi)區(qū)域，如果沒有進行專門的4G信號覆蓋，單靠室外宏基站是肯定無法進行覆蓋的。從現(xiàn)場信號來看，說明移動在重點的商業(yè)區(qū)域的布局還是比較給力的，整體信號強度比較給力。從測速結(jié)果來看，結(jié)果也是令人滿意，采用廣州服務器的測速更是達到了峰值60Mbps，下行測試為14.28Mbps，上行測試為8.11Mbps，軟件的下載速度為1.9 Mbps，視頻緩存速度為756KB/S，實際的軟件下載速度與視頻緩沖速度都比較正常，相比3G還是會有質(zhì)的飛躍。當然現(xiàn)在使用4G服務的人相對較少，基站負荷相對較小，待使用人數(shù)逐漸增多，那時候便要看移動的優(yōu)化能力了。

接下來選取梅花園地鐵站為測試地點，覆蓋情況可以基本代表在梅花園與南方醫(yī)院之間區(qū)域的4G信號狀況。該區(qū)域小區(qū)樓盤眾多，人口密度較高，加上擁有較多樓宇密集的地方，這對于4G網(wǎng)絡的覆蓋有一定的考驗。實際的體驗中，筆者走在戶外路上，4G信號一直都只是在2-3格之間徘徊，極少情況有4格信號。由于4G網(wǎng)絡采用的頻段為高頻段，進入到室內(nèi)后，信號衰減很強烈，樓宇較為密集下，其信號強度只有1-2格左右。從測試成績來看，即使信號強度不是特別強，但是4G網(wǎng)絡的速度還與基站的負載等因素有關(guān)。通過進行測速，服務器普遍下行速度較高，不過反而在上行速度，服務器數(shù)據(jù)都不是特別高。實際應用中，我們利用豌豆莢下載40MB大小的游戲，平均下載速度為2.4MB/s，而優(yōu)酷客戶端在線觀看視頻做到即點即開，拖動到那里都基本做到與本地視頻一樣。視頻緩存速度也有1.2MB/s，不過根據(jù)不同視頻軟件服務器的不相同，緩存的下載速度會有差異。

三、4G移動通信技術(shù)的發(fā)展前景

現(xiàn)今，3G移動通信技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，也已經(jīng)投入到全面商用化的使用階段。愈來愈多的手機用戶運用著便捷的3G移動技術(shù)，但是仍然可以發(fā)現(xiàn)3G移動技術(shù)尚存在許多的不足與缺陷，阻礙了用戶進一步體驗高效、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡需求服務。

在4G移動通信的發(fā)展路程中，依然會面臨許多的問題與挑戰(zhàn)，但同時機遇也是極大的。根據(jù)筆者所查閱的大量資料，不難預測，全球的TDLTE產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2015年將可實現(xiàn)1512億美元，并將可突破9100萬戶目標。由此可見，4G移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將推動4G移動通信技術(shù)逐步替代3G移動技術(shù)，而成為整個移動通信領(lǐng)域的主導技術(shù)，為廣大用戶實現(xiàn)更為高效、穩(wěn)定、便捷的信息化網(wǎng)絡服務。

參考文獻

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（作者單位：廣東省電信工程有限公司）