4G通信及智能天線技術

張艷 王亞軍

【摘要】 本文介紹了4G通信系統的優勢特點，然后討論了4G系統中智能天線技術的設計分析要素及其對4G系統的優化作用。

【關鍵詞】 4G 智能天線 設計分析 優化

一、4G通信

移動通信中的G是Generation的首縮寫，蜂窩電話和通信系統是按照所屬的“代”來進行劃分的。現在興起的4G是第四代移動通信技術的簡稱。它采用了完全不同于3G中CDMA的正交頻分復用（OFDM）和正交頻分多址（OFDM access）通信技術。目前的我國的4G只是4G是集3G與WLAN于一體的長期演進（Long Term Evolution，LTE），簡稱4G LTE，它不僅能夠提供傳統的通信服務，還可以用于高速的寬帶無線接入領域的新興技術和廣播電視領域的各種多媒體視頻傳輸技術。

二、4G通信的優勢特點

（1）傳輸速度更快。4G 通信系統采用上下行非對稱速率傳輸方式，其下行信道對低速移動用戶的數據速率可以達到100Mbps，中速移動用戶可以達到20Mbps，高速用戶的數據速率可以達到 2Mbps，這種高速的傳輸速度是4G系統的最顯著特點。（2）容量更大。工信部對4G網絡的TD-LTE頻譜分配頻段分別為1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635 MHz，頻譜范圍雖然極其有限但4G系統的頻譜利用效率卻遠高于3G系統，因此4G承載更大的通信容量。（3）接入靈活、連接無縫。4G 系統網絡使用的是全IP核心網絡，兼容于各種無線接入協議，能夠靈活接入和無縫切換于其他無線網絡。（4）業務廣。4G系統提供寬頻業務和多業務信息融合技術，能夠和支持高清圖像業務、視頻會議、廣播電視及游戲娛樂其他虛擬通信業務等。

三、4G中的智能天線技術

該通信系統具有諸多關鍵技術，其中智能天線技術具有抑制信號干擾、自動跟蹤目標及數字波束自適應形成等功能，被認為是4G、5G未來的移動通信的關鍵技術。

3.1 4G中智能天線的設計分析

4G移動通信是應廣大用戶對高速度、大容量的通信質量需要而提出和實施的，這種優質的通信質量必須順應各種靜態、動態目標用戶以及各種時變的通信環境，它需要復雜的數字信號處理技術和智能天線的大量使用，智能天線技術作為4G通信中的關鍵技術之一，在系統設計方面必須考慮以下因素：（a）物理層的可重構性。在多參數時變的通信環境中，安裝智能天線的基站需要根據用戶的靜態、動態下無線信道的時移重新構建最優波束，以獲得最佳的通信性能。（b）層間優化。在開放系統互連模型中定義的各層之間的相互作用能夠影響整個系統的性能。設計智能天線系統時需要充分考慮物理層、數據鏈路層和網絡層各層以及它們之間相互關系。（c）多用戶分集機會通信機制。多用戶通信中，機會機制中能夠根據一定的最優準則形成波束將通信信道分配給需要連續傳輸數據或具有最高瞬時容量的用戶使用，以優先保障這些特定用戶的通信需求。（d）具體的應用性能要求。4G移動通信系統智能天線的設計需要考慮信道空間的傳播特性、天線陣列合理配置、具體業務特性、信號帶寬的和干擾情況、系統的兼容性等。

3.2 智能天線對4G通信系統的優化

4G系統對各種通信環境下的通信速率、通信質量和系統容量有著嚴格的規范要求，智能天線技術在4G中的使用對提升通信質量起著關鍵性作用，基于單用戶和多用戶的多流波束成形的智能天線對4G通信系統的優化主要體現在以下方面：（a）抑制和避免干擾。4G中的智能天線能夠實現多個小區的聯合調度，既可以實現將相同的通信資源分配給對不同空間位置方向的用戶形成特定波束，從而避免目標用戶之間的相互干擾。多小區的聯合調度中，單個小區智能天線對用戶的波束賦形時可以通過零陷方向對準其他相鄰小區的用戶，使得對本小區用戶干擾得以抑制。（b）提高頻譜利用率、提升系統容量。智能天線技術是一種空分多址技術，可以對同小區的不同用戶使用相同的時隙、頻率和碼元，提高小區內的頻譜復用率，進而提升系統容量。（c）信號增強。智能天線能夠產生定向波束，并可以實時地調整波束，使波束的主瓣始終對準用戶、零瓣抑制干擾。智能天線還與MIMO結合，利用多天線陣元分集傳輸技術，最大強度減少衰減而增強信號。

四、結語

本文探討了4G系統的優勢特點和該系統中智能天線的設計分析和對4G系統的優化作用。4 G系統中智能天線技術結合MIMO，利用多天線陣元和自適應算法實現通信系統的空分多址，極大地提高了頻譜的利用率，增加了系統容量。隨著移動通信需求的提高，作為4G的關鍵技術的智能天線技術的研究將不斷深入進行下去，廣泛合理地使用智能天線不僅能大大提升和改善移動通信環境，同時還將引領未來移動通信的發展。

作者簡介：

作者姓名：張艷

出生年月：1979-07

籍貫：江蘇省徐州市

最后學歷：碩士

工作單位：中國礦業大學理學院

從事工作：教育與教學

通訊地址：江蘇省徐州市 三環南路 中國礦業大學 理學院

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參 考 文 獻

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