4G通信工程技術(shù)要點(diǎn)分析

向麗

【摘要】目前，國(guó)際上的4G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本制定完成，而我國(guó)的4G也已經(jīng)進(jìn)行了局部地區(qū)的使用。4G技術(shù)可以支持任何的移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電子商務(wù)的業(yè)務(wù)。本文就MIMO技術(shù)、MIMO技術(shù)、軟件無(wú)線電技術(shù)和智能天線這幾種4G通信工程技術(shù)進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】4G通信；MIMO技術(shù)；MIMO技術(shù)

1.MIMO 技術(shù)

MIMO技術(shù)是利用多天線技術(shù)，在發(fā)送方和接收方都使用多個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樾畔鬏斖ㄟ^(guò)不同的路徑，所以系統(tǒng)可以利用發(fā)射端和接收端的分集增益，來(lái)確保通信系統(tǒng)的可靠傳輸。相對(duì)于以前的單天線系，多天線技術(shù)可以在不增加頻帶的前提下，不僅增加用戶數(shù)和提高了信道容量，并且還保證了每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量。利用MIMO信道可成倍地提高無(wú)線信道容量，MIMO系統(tǒng)的信道容量隨著天線數(shù)目的增加而呈現(xiàn)線性的增加，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，成倍提高了頻譜利用率。同時(shí)，MIMO技術(shù)還能通過(guò)空間分集增益來(lái)提高系統(tǒng)信道的可靠性和降低誤碼率。

2.OFDM技術(shù)

OFDM也就是正交頻分復(fù)用技術(shù)，是MCM的一種。在無(wú)線信道中，信號(hào)數(shù)據(jù)流通常是以高速的串行方式來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)?。OFDM是把信道分成若干正交子信道，通過(guò)改變傳輸?shù)姆绞絹?lái)對(duì)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決，把高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上低速傳輸。正交信號(hào)可在接收端通過(guò)相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，來(lái)減少子信道之間的相互干擾（ICI）。一般情況下，無(wú)線通信系統(tǒng)都具有頻率選擇性衰落問(wèn)題，而OFDM技術(shù)可以保證每個(gè)子信道相互之間是相對(duì)平坦的。因?yàn)槊總€(gè)子信道所占用的頻帶寬度很窄，因此子信道上所傳輸?shù)男盘?hào)一定要是窄帶信號(hào)，實(shí)行窄帶傳輸，從而消除符號(hào)間干擾（ISI）。

目前，OFDM技術(shù)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，主要是因?yàn)镺FDM以下的一些優(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，在理論上頻譜利用率可以接近Nyquist極限。②抗衰落能力強(qiáng)。OFDM把用戶信息由多個(gè)子載波傳輸，在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間比同速率的單載波系統(tǒng)的信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)很多倍，從而增強(qiáng)了OFDM對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。此外，通過(guò)子載波的聯(lián)合編碼，可以達(dá)到子信道間的頻率分集的作用，這同樣也增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。③適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制可以使不同的子載波根據(jù)信道情況和噪聲背景的不同而使用不同的調(diào)制方式。如果信道條件好，就采用效率高的調(diào)制方式；如果信道條件不好，則采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。而且采用OFDM加載算法可使系統(tǒng)把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上進(jìn)行高速率的傳送。④抗碼間干擾能力強(qiáng)。碼間干擾是指數(shù)字通信系統(tǒng)中除了噪聲干擾外最主要的干擾。只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會(huì)造成一定的碼間干擾。而OFDM由于采用了循環(huán)前綴，對(duì)抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。

3.軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電（software defined radio，簡(jiǎn)稱SDR）， 是一種基于數(shù)字信號(hào)處理芯片，以軟件為核心的嶄新的無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能包括前端接收、中頻處理和信號(hào)的基帶處理等。軟件無(wú)線電技術(shù)應(yīng)在靠近大線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器來(lái)完成信號(hào)的數(shù)字化，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的功能。軟件無(wú)線電技術(shù)有以下一些特點(diǎn)：①靈活性。其工作模式可由軟件編程改變，包括可編程的射頻頻段寬帶信號(hào)接入方式和可編程調(diào)制方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號(hào)通過(guò)軟件工具來(lái)擴(kuò)展業(yè)務(wù)、分析無(wú)線通信環(huán)境、定義所需增強(qiáng)的業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)環(huán)境測(cè)試。②集中性。多個(gè)信道享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A變換器來(lái)獲取每一信道的相對(duì)廉價(jià)的信號(hào)處理性能。③模塊化。模塊的物理和電氣接口技術(shù)指標(biāo)符合開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。在硬件技術(shù)發(fā)展時(shí)，允許更換單個(gè)模塊，可以使軟件無(wú)線電保持較長(zhǎng)的使用壽命。

4.智能天線技術(shù)

智能天線是一種陣列天線，采用空分多址技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)各陣元信號(hào)的權(quán)值和相位來(lái)對(duì)陣列的方向圖形狀進(jìn)行改變。也就是自適應(yīng)或以預(yù)制方式控制波束幅度、指向和零點(diǎn)位置，使得波束總是指向期望方向，零點(diǎn)指向干擾方向，讓波束隨著用戶而移動(dòng)，進(jìn)而來(lái)從而提高天線的增益和節(jié)省發(fā)射功率。其基本框架如圖3所示。

圖3 智能天線基本框圖

智能天線的目標(biāo)是根據(jù)實(shí)際信道情況實(shí)時(shí)調(diào)整自身參數(shù)，有效追蹤多個(gè)用戶，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)空分多址（SDMA）。智能天線是由射頻部分的無(wú)線信號(hào)的接收、發(fā)射、A/D轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換和基帶部分的數(shù)字信號(hào)組成。波束賦形是補(bǔ)償無(wú)線傳播過(guò)程中由空間損耗、多徑效應(yīng)等因素引入的信號(hào)衰落與失真，可以降低用戶間的同信道干擾。智能天線系統(tǒng)的接收機(jī)是利用每個(gè)天線陣元上接收到的信息來(lái)檢測(cè)出原始信號(hào)，自然天線陣列能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。在接收端，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行線性解調(diào)得到信號(hào)表示如下式：

y（t）=wT*（t）x（t）

式中 w（t）為波束形成的加權(quán)矢量，是自適應(yīng)接收機(jī)在檢測(cè)信號(hào)時(shí)調(diào)節(jié)的參數(shù)

5.基于IPv6的核心網(wǎng)

4G通信系統(tǒng)采用的是基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，它可以實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫鏈接。采用IP可以使無(wú)線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)（CN）協(xié)議、鏈路層分離獨(dú)立。在選擇IP協(xié)議時(shí)主要基于以下幾點(diǎn)的考慮：

①巨大的地址空間。在未來(lái)一段可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，可以為所有可能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址。②自動(dòng)控制。IPv6可以支持無(wú)狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式。在無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。在得到這個(gè)地址后，會(huì)使用另一種即插即用的機(jī)制，沒(méi)有任何人工的干預(yù)，就能獲得一個(gè)全球惟一的路由地址。③服務(wù)質(zhì)量（QOS）。其服務(wù)質(zhì)量從協(xié)議的角度上看，IPv6與IPv4提供相同的QOS，但I(xiàn)Pv6能提供不同的服務(wù)。IPv6報(bào)頭中增加了字段“流標(biāo)志”，因?yàn)橛羞@個(gè)20位長(zhǎng)的字段，所以在傳輸過(guò)程中各節(jié)點(diǎn)可以識(shí)別和分開(kāi)處理任何IP地址流。④移動(dòng)性。移動(dòng)IPv6在功能和服務(wù)方面提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址，這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置是沒(méi)有關(guān)系的。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)交地址來(lái)提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備每次改變位置時(shí)，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對(duì)應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。

6.結(jié)語(yǔ)

隨著新技術(shù)和人們需求的不斷發(fā)展，第四代移動(dòng)通信技術(shù)也將會(huì)做相應(yīng)調(diào)整和進(jìn)一步發(fā)展。4G移動(dòng)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信，能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求極大程度上方便和豐富了人們的生活和工作。

參考文獻(xiàn)

[1]李明浩.4G移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)析與發(fā)展預(yù)期[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2010（08）.

[2]楊超，梅康，陳金鷹，朱軍.施4G通信技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].通信與信息技術(shù)，2011（8）.