4G移動通信傳輸關鍵技術及應用優(yōu)勢

張朋

（中貝通信集團股份有限公司，武漢430024）

1 引言

信息技術的高速發(fā)展推動了4G 業(yè)務的興起，和傳統(tǒng)的3G 技術相比，4G 技術在傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度上都有了明顯的提升，當前4G 技術在人們的生活中應用非常廣泛，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾糠帧?G 技術在未來發(fā)展中將發(fā)揮非常重要的作用。4G 技術的應用主要是傳輸關鍵技術和網(wǎng)絡架構(gòu)，這也是本文研究的重要內(nèi)容，下面主要分析4G移動通信關鍵技術及應用優(yōu)勢[1]。

2 4G 移動通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡架構(gòu)各部分的主要功能

一般將4G 移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)分為三部分，分別是物理層、中間環(huán)境層和網(wǎng)絡應用層。按照自上而下的順序，首先是物理層，物理層的功能主要是提供系統(tǒng)接入和路由選擇。中間是環(huán)境層，環(huán)境層的功能主要有地址變化、安全管理、即插即用、QOS 映射和有源網(wǎng)絡等，通過中間層來實現(xiàn)網(wǎng)絡信息的“接口”部分。最后是應用網(wǎng)絡層。由于物理層和中間環(huán)境層之間接口都是開放的，應用網(wǎng)絡層是實現(xiàn)接口和系統(tǒng)結(jié)合，以便能夠提供更便捷的服務，同時還可以在多個頻帶上運行，提供高數(shù)據(jù)傳輸率的無線服務。同時，這一服務還可以滿足多個無線標準和終端，實現(xiàn)更大范圍的服務。

圖1 4G 移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)

3 4G 移動通信系統(tǒng)的關鍵技術分析

3.1 正交頻分復用技術

正交頻分復用技術的特點是各子載波相互正交，使擴頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。這種技術采用的無線傳輸?shù)哪Ｊ剑媒活l分復用的特點，在對每個載波完成調(diào)制以后，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩植捎昧艘环NHomePlug 技術，將信道劃分成多個子信道，每個子信道再分別進行傳輸。這種傳輸方式有著比較明顯的特征：第一，頻譜的利用率較高，相比串行系統(tǒng)來說，這一技術效率較高，有著明顯的優(yōu)勢；第二，抗衰弱能力較強，在信號傳輸?shù)倪^程中不會發(fā)生信號衰弱現(xiàn)象；第三，抗干擾能力強，這一技術的應用能夠?qū)崿F(xiàn)各載波之間的相互重疊，利用FFT 的調(diào)制作用，實現(xiàn)可以波頻率的正交。由于各載波中心并沒有頻譜分量，因此在傳輸過程中實現(xiàn)正交載波是比較容易的。此外，這一技術的應用可以不通過帶通濾波器，直接在基帶進行處理，就可以避免濾波器的局限性，這也是使用正交頻分復用技術有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)勢之一。

3.2 智能天線技術

現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術發(fā)展迅速，DSP 芯片處理能力的不斷提高和芯片價格的不斷下降，由于智能天線能顯著提高系統(tǒng)的性能和容量，并增加了天線系統(tǒng)的靈活性，在移動通信系統(tǒng)中使用智能技術也越來越廣泛。智能天線技術可以明顯改善無線通信系統(tǒng)的性能，提升系統(tǒng)的容量，具體主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，提高頻譜利用率，使用智能天線技術替代普通天線可以提高頻譜利用率，在不建新站的基礎上盡可能地增加系統(tǒng)的容量，降低運營成本；第二，抑制干擾信號，智能天線可以將零點對準干擾方向，提高信號的輸出比，進而提升系統(tǒng)的可靠性；第三，抗衰落，無線通信中存在的主要問題是信號的衰落，普通天線會因為信號衰落問題而造成信號的失真，而采用智能天線技術則可以較好地避免這一問題，采用智能天線控制接收方向，可以降低信號衰落的影響，同時智能天線技術還可以用在分集中，減少衰落造成的影響；第四，實現(xiàn)移動定位，利用智能天線技術的基站可以獲得接收信號的空間特征矩陣，通過空間特征矩陣可以判斷信號的到達方向和信號功率估值，并且通過這一方法，可以將用戶終端定位到較小的區(qū)域內(nèi)。

3.3 軟件無線電技術

軟件無線電技術是利用軟件加載的方式，將標準化的硬件功能統(tǒng)一通過一個硬件平臺來實現(xiàn)各種無線電通信，這是一種開放式的新技術。在軟件無線電技術當中使用A/D 和D/A 變換器時要盡量選擇離天線較近的位置，并且要盡可能多地應用軟件來定義無線功能，這樣可以在很大程度上提升無線電的利用，各種功能和信號處理都可以通過軟件來實現(xiàn)。在4G 中應用軟件無線電技術實現(xiàn)對多個網(wǎng)絡進行同時服務的功能。當終端發(fā)生變化時，可根據(jù)終端系統(tǒng)的要求進行重新配置，確保能夠為系統(tǒng)提供各種多樣化的服務方式。由此，可以看出軟件無線電技術為終端系統(tǒng)也提供了很大的便利。

3.4 多用戶檢測技術

多用戶檢測技術的主要優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)消除代碼之間的相互干擾，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。多用戶檢測技術的原理主要是可以實現(xiàn)對多個信道的占用并且將這些用戶或信號都作為有效信號，通過多個用戶的代碼、信號幅度等信息進行聯(lián)合，用來檢測單一用戶的信號。也就是利用綜合信息處理手段，加深對信息的處理，實現(xiàn)對多個信號的聯(lián)合檢測，這一技術是當前4G 技術中抗干擾性能最強的技術，能夠進一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而改善系統(tǒng)的性能，提高使用效率。

4 4G 移動通信傳輸關鍵技術的應用優(yōu)勢

和傳統(tǒng)的通信技術相比，4G 技術的優(yōu)勢比較突出，無論是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度上，還是在通話的質(zhì)量上。3G 技術為人們提供了良好的無線通信環(huán)境，而4G 技術的發(fā)展則將移動通信推到新的發(fā)展領域中去。當前人們的日常生活已經(jīng)離不開4G 技術了，4G 技術相比于3G 技術來說，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，通信速度更快，根據(jù)相關專家的研究發(fā)現(xiàn)，4G 通信技術中每個通道都將會占有100MHz 的頻譜，這相當于3G 網(wǎng)絡的速度的20 倍；第二，兼容性更好，使用4G 通信技術可以提高各種資料的兼容性，尤其是在高速移動情況下，需要傳輸?shù)馁Y料較多，兼容性是非常重要的一個因素，而4G 技術的應用則可以解決這一問題；第三，可實現(xiàn)無縫連接，在漫游方面要求全球使用統(tǒng)一的標準，若標準不統(tǒng)一，在使用中會給用戶帶來極大的不便，而4G 技術的應用則很好地解決了這一問題，實現(xiàn)無縫連接也是開發(fā)4G 技術的關鍵所在；第四，存儲容量更大，由于傳輸頻寬的增大，4G 系統(tǒng)的資料存儲量將達到3G 系統(tǒng)的10 倍以上；第五，使用頻率更高，由于4G 的運行速度較快，在其他方面上相比3G 來說，也具有很大的優(yōu)勢，利用4G 技術可以解決更多的問題，并且速度較快，因此人們的使用頻率會更高；第六，費用更加便宜，4G系統(tǒng)操作簡單，靈活性強，使用起來更加便捷高效。而且4G 技術是基于3G 技術上開發(fā)的，從費用上來說，由于只需要引入新的方法，耗費的成本并不高，還能夠有效降低運營者和用戶的使用費用。

5 結(jié)語

從以上4G 移動通信傳輸關鍵技術的研究中能夠發(fā)現(xiàn)，4G 傳輸技術的優(yōu)勢比較明顯，操作簡單，能夠提升系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，提高使用效率，而且隨著4G 技術的深入研究，未來4G 技術將應用到更多領域當中，實現(xiàn)更大的突破，并且朝著智能終端的方向發(fā)展，開拓新的發(fā)展領域，帶來更大的商機。4G 技術的應用前景是非?？捎^的。