第四代移動通信技術(shù)探索

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高和對通信質(zhì)量的不斷完善，3G網(wǎng)絡(luò)將不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化生活，這就需要有一個速度更快、覆蓋范圍更廣、更方便的移動通信網(wǎng)絡(luò)來取代以前的舊的通信網(wǎng)絡(luò)，于是，在人們的期望中開始了對第四代移動通信的摸索和研究。

本文介紹了第四代移動通信技術(shù)的優(yōu)點及其重要性，并對第四代移動通信中的三個關(guān)鍵技術(shù)OFDM、軟件無線電技術(shù)、智能天線技術(shù)、做了簡單描述。

關(guān)鍵詞：4G，OFDM，軟件無線電，智能天線

一、4G的特點

1.具有很高的傳輸速率和傳輸質(zhì)量。未來的移動通信系統(tǒng)應(yīng)該能夠承載大量的多媒體信息，因此要具備50-100Mbit/s的最大傳輸速率、非對稱的上下行鏈路速率、地區(qū)的連續(xù)覆蓋、QoS機制、很低的比特開銷等功能；

2.靈活多樣的業(yè)務(wù)功能。未來的移動通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能使各類媒體、通信主機及網(wǎng)絡(luò)之間進行“無縫”連接，使得用戶能夠自由的在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并覺察不到業(yè)務(wù)質(zhì)量上的變化，因此新的通信系統(tǒng)要具備媒體轉(zhuǎn)換、網(wǎng)間移動管理及鑒權(quán)、Adhoc網(wǎng)絡(luò)(自組網(wǎng))、代理等功能；

3.開放的平臺。未來的移動通信系統(tǒng)應(yīng)在移動終端、業(yè)務(wù)節(jié)點及移動網(wǎng)絡(luò)機制上具有“開放性”，使得用戶能夠自由的選擇協(xié)議、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)。

4.高度智能化的網(wǎng)絡(luò)。未來的移動通信網(wǎng)將是一個高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，具有很好的重構(gòu)性、可變性、自組織性等，以便于滿足不同用戶在不同環(huán)境下的通信需求；

二、4G的關(guān)鍵技術(shù)

1.OFDM

OFDM技術(shù)將需要傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流分解為若干個較低速率的并行子數(shù)據(jù)流，在將它們各自調(diào)制到相互正交的子載波上，最后合成輸出，輸出的數(shù)據(jù)速率與串行數(shù)據(jù)流分解前的速率相同。

首先，由于這些子載波相互正交，因此允許它們之間的頻譜重疊，從而提高了頻譜利用率。

其次，由于信號分解后并行子數(shù)據(jù)流的碼元周期變長，只要時延擴展與碼元周期之比小于一定的數(shù)值，就不會造成碼間干擾，且這些子數(shù)據(jù)流的信號傳輸帶寬減小，可以有效降低頻率選擇性衰落，同時合成后輸出的總數(shù)據(jù)速率并沒有降低。

第三，OFDM采用跳頻的方法來選用正交子載波。跳頻是把一個寬頻段分解為若干個頻率間隔(頻道或頻隙)，發(fā)端在某一個特定的時間間隔中采用哪一個頻道發(fā)送信號，由一個偽隨機序列進行控制。因此，OFDM技術(shù)有很好的抗窄帶干擾能力。

第四，OFDM每個子載波所使用的調(diào)制方法可以不同，但不同的調(diào)制方法具有不同的頻譜利用率和誤碼率，尤其在無線信道條件不同的情況下，如何選用一種最佳的調(diào)制方法是值得考慮的。而OFDM技術(shù)采用了自適應(yīng)調(diào)制的方案，可以根據(jù)信道條件的好壞，靈活選擇不同的調(diào)制方式。這樣，系統(tǒng)以在頻譜利用率和誤碼率之間取得最佳平衡。但自適應(yīng)調(diào)制方式需要信號中包含一定的開銷比特。

2.軟件無線電技術(shù)

軟件無線電的核心技術(shù)是用寬頻帶的無線接收機來代替原來的窄帶接收機，并將寬帶的模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬變換器盡可能的靠近天線，從而使通信電臺的功能盡可能多的采用可編程軟件來實現(xiàn)。

軟件無線電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用，功能實現(xiàn)靈活，改進升級方便。

(2)提供了不同系統(tǒng)間相互操作的可能性。軟件無線電可以使移動終端適合各種類型的空中接口，可以在不同類型的業(yè)務(wù)間轉(zhuǎn)換。

(3)由于通過軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，因此更易于采用新的信號處理手段，從而提高了系統(tǒng)抗干擾的性能。

(4)擁有較強的跟蹤新技術(shù)的能力。由于它能夠在保證硬件平臺的基本結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的情況下，通過改變軟件來實現(xiàn)新業(yè)務(wù)和使用新技術(shù)，因此大大降低了設(shè)備商新通信產(chǎn)品的開發(fā)成本和周期，同時也降低了運營商的投資。

(5)多頻段天線的設(shè)計。軟件無線電的天線需要覆蓋多個頻段，以滿足多信道不同方式同時通信的需求，而射頻頻率和傳播條件的不同，使得各頻段對天線的要求存在著較大的差異，因此多頻段天線的設(shè)計成為軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)的難點之一。

(6)寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，要從抽樣信號中無失真地恢復(fù)原信號，抽樣頻率應(yīng)大于2倍信號最高頻率。

(7)高速DSP(數(shù)字信號處理器)。高速DSP芯片主要完成各種波形的調(diào)制解調(diào)和編解碼過程，它需要有更多的運算資源和更高的運算速度來處理經(jīng)寬帶A/D、D/A變換后的高速數(shù)據(jù)流，因此其芯片有待進一步研發(fā)。

3.智能天線

智能天線采用了空分多址(SDMA)的技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域，使主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每位用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號，從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。

因此，智能天線技術(shù)更加適用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動通信系統(tǒng)。在我國提出的3G標準TD-SCDMA中采用了智能天線技術(shù)。這種技術(shù)的優(yōu)點如下：

(1)提高系統(tǒng)容量。智能天線采用了SDMA技術(shù)，利用空間方向的不同進行信道的分割，在不同的信道中可以在同一時間使用同一種頻率而不會產(chǎn)生干擾，從而提高了系統(tǒng)容量。

(2)降低系統(tǒng)干擾。智能天線技術(shù)將波束的旁瓣或零陷對準干擾信號方向，因此能夠有效抑制干擾。

(3)擴大覆蓋區(qū)域。由于智能天線有了自適應(yīng)的波束定向功能，因此與普通天線相比，在同等發(fā)射功率的條件下，采用智能天線技術(shù)的信號能夠傳送到更遠的距離，從而增加了覆蓋范圍。

(4)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。由于智能天線技術(shù)能夠擴大覆蓋區(qū)域，因此基站的建設(shè)數(shù)量可以相對減少，降低了運營商的建設(shè)成本。智能天線技術(shù)的主要缺點在于它的使用將增加通信系統(tǒng)的復(fù)雜度，并對元器件提出了較高的性能要求。

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