4G通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及幾種關(guān)鍵技術(shù)分析

【摘 要】如今，科學(xué)技術(shù)日新月異。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信速度的要求也越來(lái)越高，然而當(dāng)前大多數(shù)人還在使用的2G、3G通信技術(shù)已經(jīng)很難滿(mǎn)足人們對(duì)更高水平的通信技術(shù)的追求。因此，為了滿(mǎn)足人們的需要，也為了緊跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐，研究新一代的通信技術(shù)——4G通信技術(shù)，迫在眉睫。本文著重對(duì)4G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。

【關(guān)鍵詞】4G通信技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

在今天的中國(guó)，4G通信技術(shù)已經(jīng)有少數(shù)人在使用，可見(jiàn)，該技術(shù)可能在某些方面還不夠成熟，抑或是其開(kāi)發(fā)的成本比較高，因此它便不能為大多數(shù)人所享受。然而，我們需要的是大多數(shù)人甚至是全體人都?jí)蛳硎艿剿鼮槿藗兯鶐?lái)的簡(jiǎn)單、高速。要研究4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，它的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及幾種關(guān)鍵技術(shù)是其中的重點(diǎn)課題。

一、4G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從圖1中我們可以看出，未來(lái)的4G通信技術(shù)將是以“全I(xiàn)P核心網(wǎng)”為中心的復(fù)雜的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以“全I(xiàn)P核心網(wǎng)”為核心，它能連接固定無(wú)線網(wǎng)、WLAN、3G和2G通信系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字音頻/視頻廣播系統(tǒng)以及其他新的接入系統(tǒng)，我們能看出新一代通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，同時(shí)也可以清楚地了解到它新增的一些功能，但是，這些新增的功能也給技術(shù)和資金等方面帶來(lái)了相應(yīng)的挑戰(zhàn)，需要人們努力克服。

二、4G通信技術(shù)的特點(diǎn)

（一）速率高、容量大。

與前三代通信技術(shù)（1G、2G、3G）的傳輸速度相比，4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)最顯著的一個(gè)特點(diǎn)就是速率的提高和容量的增大。第四代通信系統(tǒng)速率基本上在10Mbps至20Mbps，無(wú)線信息的傳輸速率甚至可以達(dá)到100Mbps。其次，第四代通信系統(tǒng)的容量也有顯著的提高。速率和容量大幅度提高是通信技術(shù)進(jìn)步的一大突破，可以給人們的生活帶來(lái)了前所未有的方便與快捷。

（二）強(qiáng)大的兼容性、靈活性。

4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的又一突出特點(diǎn)是較強(qiáng)的兼容性和靈活性，為了完成該多個(gè)用戶(hù)的融合，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的互聯(lián)、多部手機(jī)之間的兼容。在需要適應(yīng)資源分配、自我管理結(jié)構(gòu)等困難的通信過(guò)程中，4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)具有強(qiáng)大的靈活性、兼容性和智能性。

（三）多種業(yè)務(wù)的融合。

現(xiàn)在，人們已經(jīng)不局限于僅有的短信、語(yǔ)音等“過(guò)時(shí)”的通信技術(shù)，追求的是更方便、更快捷、更人性化的可視電話、虛擬業(yè)務(wù)、電話會(huì)議等等。其實(shí)，4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)在一些地區(qū)和一些特定的領(lǐng)域完成了上述幾項(xiàng)技術(shù)的服務(wù)，滿(mǎn)足了一些人的多種需求。這種飛速及時(shí)的通信技術(shù)讓影視傳媒、廣播、企業(yè)、娛樂(lè)等行業(yè)融合為一個(gè)方便、安全的整體。

（四）多類(lèi)型用戶(hù)共存。

4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)最后一個(gè)特點(diǎn)及時(shí)多類(lèi)型用戶(hù)的共存。所謂多類(lèi)型用戶(hù)共存就是4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)的對(duì)接，它能夠根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)信道和狀況選擇不同的運(yùn)營(yíng)商和不同速率。

三、4G通信系統(tǒng)的幾種關(guān)鍵技術(shù)分析

與3G/2G通信系統(tǒng)相比，4G通信系統(tǒng)具有更優(yōu)良的性能，所以，它也是比3G/2G通信系統(tǒng)復(fù)雜得多通信系統(tǒng)。4G將要采用的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

（一）正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

4G通信系統(tǒng)的核心技術(shù)是正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。OFDM技術(shù)有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）能夠減少或消除碼間干擾；（2）頻譜的利用率很高；（3）在頻譜利用率和誤碼率之間，采用自適應(yīng)調(diào)制方案取得最佳平衡；（4）應(yīng)用跳頻的方法選用正交子載波，具有很強(qiáng)的抗窄帶干擾的功能。但是，OFDM技術(shù)并不是十全十美的，它的缺陷就是系統(tǒng)變得更加復(fù)雜和功率效率相對(duì)較低。OFDN技術(shù)的基本原理就是把需要傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流分解為無(wú)數(shù)個(gè)傳輸速率較低的并行數(shù)據(jù)流，然后把它們分別調(diào)制到相互正交的子載波上，最后整合輸出，最后實(shí)現(xiàn)的結(jié)果是分解過(guò)后并行數(shù)據(jù)流的輸出速率跟分解前的串行數(shù)據(jù)流要達(dá)到的輸出速率一致。

（二）軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)是利用數(shù)字信號(hào)處理軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)上的由硬件電路來(lái)完成的無(wú)線功能技術(shù)，通過(guò)加載不同的軟件，可實(shí)現(xiàn)不同的硬件功能。這種技術(shù)的靈活性、集中性以及模塊化水平都很好，在使用的時(shí)候，能夠?qū)νㄐ怒h(huán)境進(jìn)行很好的優(yōu)化，保證信號(hào)的調(diào)制和介入更加方便靈活，而且該技術(shù)還可以在相同射頻前端保證不同信道的共存，通過(guò)變化器就可以獲取每個(gè)信道，在管理信號(hào)系統(tǒng)的時(shí)候能夠更加集中，安全性方面也會(huì)大大增強(qiáng)。

（三）基于IP的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

從4G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)我們知道4G通信技術(shù)的核心網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)。目前，把IPV6技術(shù)作為第四代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議，采用全I(xiàn)P是一種集成目前網(wǎng)絡(luò)的方法，降低了成本，采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫互連。核心網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于多項(xiàng)具體的無(wú)線接入方案，可以和已有的核心網(wǎng)絡(luò)和PSTN兼容，還能提供端到端的IP業(yè)務(wù)；核心網(wǎng)絡(luò)允許各種空中接口接入核心網(wǎng)，具有開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，核心網(wǎng)絡(luò)還可以將業(yè)務(wù)、傳輸和控制等分開(kāi)。采用IP后，所使用的無(wú)線接入方式和協(xié)議與鏈路層與核心網(wǎng)絡(luò)（CN）協(xié)議是相互分離的。IP與多種無(wú)線接入?yún)f(xié)議相兼容，不用考慮無(wú)線接入究竟采用哪一種協(xié)議和方式，在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有很強(qiáng)的靈活性。

（四）調(diào)制和編碼技術(shù)

編碼和調(diào)制技術(shù)是第四代通信系統(tǒng)中將會(huì)采用的關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)可以在不影響系統(tǒng)的傳輸速率的前提條件下實(shí)施準(zhǔn)確的編碼和調(diào)制。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用多種調(diào)制和多種編碼技術(shù)，根據(jù)其原理，充分發(fā)揮調(diào)制編碼有效性、可靠性和安全性的特點(diǎn)，有效利用調(diào)制和編碼技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在條件不好的情況下也能保證其系統(tǒng)完好的性能。

（五）多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)

利用均衡技術(shù)是多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的核心思想。所謂多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)就是把來(lái)自其他用戶(hù)的ISI也當(dāng)作MAI一起消除。多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)對(duì)單個(gè)用戶(hù)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，充分利用了造成多址干擾的所有用戶(hù)信號(hào)信息，有效解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的降低，因而具有強(qiáng)大的抗干擾性能，因此如若要提高系統(tǒng)容量，就可以使用有效利用鏈路頻譜資源這一策略。

（六）智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)的本質(zhì)也就是雙向天線，主要利用的是固定的天線單元，安裝在基地現(xiàn)場(chǎng)，用來(lái)獲取方向。智能天線可以避免出現(xiàn)多徑衰弱的情況，更好的避免干擾信號(hào)的干擾，出現(xiàn)越區(qū)情況的時(shí)候還可以進(jìn)行快速切換，不但擴(kuò)大了實(shí)際的覆蓋范圍，還真正的體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)和良好的性能，其應(yīng)用能夠加快核心網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際速度和質(zhì)量。這種技術(shù)既可以擴(kuò)大傳輸容量又可以提高信號(hào)質(zhì)量，是一種基于自適應(yīng)天線原理的新型的通信技術(shù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，4G通信的研發(fā)是具有巨大潛力的，也是為了滿(mǎn)足人們對(duì)生活、工作的高標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)然，也更是符合通信技術(shù)發(fā)展必要的?，F(xiàn)在，它已經(jīng)走入了一小部分人的工作和生活，我相信，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，它會(huì)隨著科學(xué)的發(fā)展，在通信技術(shù)研究人員們的努力下服務(wù)于更多人甚至于全人類(lèi)的工作和生活。對(duì)新一代通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究有助于它的全面開(kāi)發(fā)。當(dāng)然，目前我們首當(dāng)其沖要解決的問(wèn)題就是克服技術(shù)上的難關(guān)，要使開(kāi)發(fā)出來(lái)的新一代通信技術(shù)有它的市場(chǎng)，大多數(shù)人能夠承擔(dān)得起這一筆開(kāi)支，否則，這一項(xiàng)通信技術(shù)的開(kāi)發(fā)就是完全沒(méi)有意義的。

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