4G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)研究

李天明 孫永方

【摘要】 通信技術(shù)日新月異，給人們帶來不少享受。隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務需求的發(fā)展，適應移動數(shù)據(jù)、在我們還沒有完全享受3G移動通信系統(tǒng)商所帶來服務的同時，4G移動通信技術(shù)的研究已經(jīng)在逐步的進行著。本文簡要分析了4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、4G的關(guān)鍵技術(shù)（如OFDM，軟件無線電，智能天線技術(shù)，MIMO技術(shù)）、 比較了3G和4G不同指標、分析了3G和4G采用的不同技術(shù)。 初步探討了4G的現(xiàn)狀和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 4G 網(wǎng)絡(luò)通信 技術(shù)研究

一、移動通信4G網(wǎng)絡(luò)概述

隨著3G在2001年開始于日本和韓國投入商用后，近年來全球發(fā)展越來越快速，布建3G系統(tǒng)及啟動3G服務的國家數(shù)目與日遽增；不過由于用戶對移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高，而3G系統(tǒng)實際所能提供的最高速率雖然號稱可達2Mbps，但目前最高的也只有384kbps，并不能滿足用戶的實際需求，因此國際電信聯(lián)盟（ITU）及各廠商們亦在開始思索4G系統(tǒng)的研究和技術(shù)標準制定。就ITU對4G的系統(tǒng)標準定義，主要是集3G與WLAN于一體，能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，傳輸速率達到100Mbps，上傳速度20Mbps，并能夠滿足所有用戶對于無線服務的要求，且價格與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)相同，并實現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、藍牙、廣播、電視衛(wèi)星通信等的無縫連接并相互兼容。4G具有更高的數(shù)據(jù)率和頻譜利用率，更高的安全性、智慧性和靈活性，更高的傳輸質(zhì)量和服務質(zhì)量（QoS）。4G系統(tǒng)應體現(xiàn)移動與無線接入網(wǎng)及IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢。因此4G 系統(tǒng)應當是一個全IP的網(wǎng)絡(luò)。

二、4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)

1、OFDM。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復用技術(shù)， OFDM系統(tǒng)的主要技術(shù)OFDM系統(tǒng)對定時和頻率偏移敏感，特別是實際應用中可能與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式結(jié)合使用時，時域和頻域同步顯得尤為重要。與其他數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，同步分為捕獲和跟蹤兩個階段。在下行鏈路中，基站向各個移動終端廣播式發(fā)送同步信息，所以，下行鏈路同步相對簡單，較易實現(xiàn)。在上行鏈路中來自不同移動終端的信號必須同步到達基站，才能保證載波間的正交性。實際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。其主要原理是：將待傳輸?shù)母咚俅袛?shù)據(jù)經(jīng)串并變換， 變成在子信道上并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流， 再用相互正交的載波進行調(diào)制， 然后疊加一起發(fā)送。 接收端用相干載波進行相干接收， 再經(jīng)并串變換恢復為原高速數(shù)據(jù)。 OFDM技術(shù)的有很多優(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。

2、軟件無線電。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。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[2] 。

3、多輸入多輸出（MIMO）技術(shù) 。在基站端放置多個天線，在移動臺也放置多個天線，基站和移動臺之間可形成MIMO通信鏈路。MIMO技術(shù)在不需要占用額外的無線電頻率的條件下，利用多徑來提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量，并同時增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當今任何無線電技術(shù)都面臨的兩個最困難的問題，即速度與覆蓋范圍。也就是說，可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。多輸入多輸出技術(shù)（MIM0）是指在基站和移動終端都有多個天線。MIM0技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復用增益和空間分集增益?？臻g復用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個子信道發(fā)射信號，使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加。空間分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?；诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領(lǐng)域的研究熱點。MIM0技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。

4、基于IP的核心網(wǎng)。4G通信系統(tǒng)選擇了采用IP的全分組方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IP主要基于以下幾點考慮：巨大的地址空間。IPv6地址為128位，代替了IPv4的32位，地址空間大于3.4∈1038。如果整個地球表面（包括陸地和水面）都覆蓋著計算機，那么IPv6允許每平方米擁有7∈1023個IP地址?？梢?，IPv6地址空間是巨大的。在一段可預見的時期內(nèi)，它能夠為所有可以想象出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個全球唯一的地址。自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態(tài)或有狀態(tài)兩種地址自動配置方式。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機制獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后，它使用另一種即插即用的機制，在沒有任何人工干預的情況下，獲得一個全球唯一的路由地址。對于有狀態(tài)地址配置機制，如DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議），需要一個額外的服務器，因此也需要很多額外的操作和維護。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)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；核心網(wǎng)能把業(yè)務、控制和傳輸?shù)确珠_。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計核心網(wǎng)絡(luò)時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。

三、我國4G的發(fā)展前景

21世紀我國移動通信還有一個巨大的發(fā)展空間同，這為我國移動通信的發(fā)展提供了前所未有的機遇，同時也帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。為此，我們有必要在大力開發(fā)第三代移動通信技術(shù)系統(tǒng)的同時，提前作好準備，積極參與ITU關(guān)于第四代移動通信標準建議的研究，掌握世界移動通信技術(shù)的研究動向和最新成果，加強國際合作，關(guān)注并積極進行第四代移動通信技術(shù)的研究與開發(fā)工作，把第四代移動通信的研發(fā)與建立我國移動通信產(chǎn)業(yè)結(jié)合起來，加快我國移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使我國的移動通信產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外擁有強大的市場。

參 考 文 獻

[1]江宇.移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].技術(shù)與市場，2007，（05）.

[2]申艷秋.GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].黑龍江科技信息，2010，（10）.

[3]崔繼友，程偉華，李富林，葉亮.移動通信技術(shù)的發(fā)展[J].中國證券期貨，2010，（06）.