4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)淺析

吳志芳

【摘要】 移動通信已成為當(dāng)代通信領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆⑹袌銮熬白顝V的熱點(diǎn)技術(shù)。本文概要介紹4G移動通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和4G系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 4G 移動通信 OFDM 軟件無線電 IPV6版

一、4G概念通信技術(shù)特點(diǎn)

目前，業(yè)界專業(yè)人士對4G概念移動通信系統(tǒng)的共識主要有以下幾點(diǎn)：（1）用戶可以在任何地點(diǎn)、任何時間以任何方式不受限地接入網(wǎng)絡(luò)中來；（2）移動終端可以是任何類型的；（3）用戶可以自由地選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)；（4）可以實(shí)現(xiàn)非常先進(jìn)的移動電子商務(wù)；（5）新的技術(shù)可以非常容易地被引入到系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中來。

根據(jù)以上描述，未來的4G系統(tǒng)應(yīng)具備以下的基本條件。（1）具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。對于大范圍高速移動用戶（250km/h），數(shù)據(jù)速率為2Mbit/s；對于中速移動用戶（60km/h），數(shù)據(jù)速率為20Mbbit/s；對于低速移動用戶（室內(nèi)或步行者），數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。（2）實(shí)現(xiàn)真正的無縫漫游。4G移動通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，能使各類媒體、通信主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行“無縫連接”，真正實(shí)現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點(diǎn)都能進(jìn)行通信。（3）高度智能化的網(wǎng)絡(luò)。采用智能技術(shù)的4G通信系統(tǒng)將是一個高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行結(jié)合的正常發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。（4）良好的覆蓋性能。4G通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的覆蓋并能提供高速可變速率傳輸。對于室內(nèi)環(huán)境，由于要提供高速傳輸，小區(qū)的半徑會更小。（5）基于IP的網(wǎng)絡(luò)。4G通信系統(tǒng)將會采用IPv6，IPv6將能在IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)話音和多媒體業(yè)務(wù)。（6）實(shí)現(xiàn)不同QoS的業(yè)務(wù)。4G通信系統(tǒng)通過動態(tài)帶寬分配和調(diào)節(jié)發(fā)射功率來提供不同質(zhì)量的業(yè)務(wù)。

二、4G概念通信關(guān)鍵技術(shù)探討

（1）正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。第四代移動通信系統(tǒng)主要是以O(shè)FDM為核心技術(shù)。OFDM技術(shù)實(shí)際上是多載波調(diào)制的一種。OFDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是因?yàn)镺FDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（a）頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。（b）抗衰落能力強(qiáng)。（c）適合高速數(shù)據(jù)傳輸。（d）抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)。（2）智能天線技術(shù)。目前，智能天線的工作方式主要有全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可以達(dá)到最優(yōu)，但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)量、計算量大、信道模型簡單、收斂速度較慢，在某些情況下甚至出現(xiàn)錯誤收斂等缺點(diǎn)，實(shí)際信道條件下，當(dāng)干擾較多、多徑嚴(yán)重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進(jìn)行實(shí)際跟蹤。在基于預(yù)多波束的切換波束工作方式下，全空域被一些預(yù)先計算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對應(yīng)的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊，接收時的主要任務(wù)是挑選一個作為工作模式，與自適應(yīng)方式相比它顯然更容易實(shí)現(xiàn)，是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。（3）MIMO技術(shù)。MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。（4）軟件無線電（SDR）技術(shù)。在4G系統(tǒng)中，若要實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的理想通信方式，則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并可以在不同類型的業(yè)務(wù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就意味著在4G系統(tǒng)中，軟件將會變得非常復(fù)雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術(shù)，軟件無線電是近幾年隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展起來的新技術(shù)，它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支持。軟件無線電概念一經(jīng)提出，就受到各方的極大關(guān)注，這不僅是因?yàn)檐浖o線電概念新技術(shù)先進(jìn)、發(fā)展?jié)摿Υ螅鼮橹匾氖撬鼭撛诘氖袌鰞r值也是極具吸引力的。未來4G技術(shù)需要適應(yīng)不同種類的產(chǎn)品要求，而軟件無線電技術(shù)則是適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的基礎(chǔ)，它不僅能減少開發(fā)風(fēng)險，還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而降低了運(yùn)算器件的價格，其開放的結(jié)構(gòu)也會允許多方運(yùn)營的介入。

三、結(jié)束語

盡管4G移動通信系統(tǒng)目前還只是一個基本概念，定義仍然還不明確，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段，在其他關(guān)鍵性技術(shù)上如：信道編碼、高性能接收機(jī)技術(shù)等方面還不完善。但是，作為新一代移動通信技術(shù)，其發(fā)展的前景是不可限量的。4G技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，將真正實(shí)現(xiàn)我們充滿個性化的通信夢想。