對4G系統(tǒng)中信號處理硬件平臺的研究和實現(xiàn)

黎碧霞

【摘要】 移動通信在逐步的發(fā)展之中，逐漸成為當(dāng)代通信領(lǐng)域中最具潛力的技術(shù)，它擁有廣闊的發(fā)展前景，因此，4G通信是目前國內(nèi)國外都重點研究的技術(shù)。與3G通信相比，4G通信的兼容性更加好，無論是在技術(shù)要求還是在應(yīng)用場合上都有了很大的提升。隨著時代和技術(shù)的不斷發(fā)展進步，4G通信必將能夠適應(yīng)人們各個方面的生活，方便人們更好的進行溝通交流。

【關(guān)鍵詞】 4G系統(tǒng) 信號處理技術(shù) 移動通信

前言：4G通信系統(tǒng)是繼3G通信系統(tǒng)發(fā)展而來的，解決了3G通信系統(tǒng)中各方面不兼容的問題。解決問題并不能僅僅依靠單獨的一項技術(shù)，是分階段逐步解決，綜合運用各種可能的技術(shù)來改進通信問題。新一代的信號處理硬件平臺需要具備很多性能，例如，它應(yīng)該是一個模塊化處理技術(shù)，并且可以進行擴展，具備通用性，同時對于軟件兼容和自定義都能很好的處理等，這樣的性質(zhì)才能夠保證移動基站系統(tǒng)更加靈活，不受限制，再配置性和通用性也能夠很好地體現(xiàn)。

一、4G通信系統(tǒng)的簡介

1.1 4G系統(tǒng)的定義

4G是對于第四代無線傳輸技術(shù)的簡稱，是一種利用寬帶進行移動通信的階段，是在3G的基礎(chǔ)上有所改進和發(fā)展而產(chǎn)生的一種技術(shù)。近年來，網(wǎng)絡(luò)以及多媒體技術(shù)迅速發(fā)展，使用者已經(jīng)慢慢適應(yīng)了通過影像進行直接面對面對話的溝通方式，并且對于這種溝通方式的要求也越來越高。因此，使用者就希望通過4G的通信技術(shù)來滿足他們各式各樣的要求，提供更加多樣化的業(yè)務(wù)種類，比如接入因特網(wǎng)、圖像的傳輸、視頻的點對點播放、個人數(shù)據(jù)的傳送以及可以實時地收看電視節(jié)目，同時，人們也更加希望通信方式擁有更好的人機互動，這樣在人們進行操作時，就會更加便利。而4G通信不僅僅能夠滿足人與人之間的交流，也可以實現(xiàn)人對機器的遠距離操控，甚至是機器對機器的操作。這種通信系統(tǒng)的發(fā)展將帶動我國通信方式的改變。

1.2 4G系統(tǒng)主要的技術(shù)特征

4G是在3G技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的，增強了無線通信網(wǎng)絡(luò)的效率和功能，它不是一項技術(shù)，而是多種技術(shù)融合所得的產(chǎn)物，它不僅包含了傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的技術(shù)，還將寬帶無線接入領(lǐng)域中的新技術(shù)以及廣播電臺領(lǐng)域的技術(shù)融入其中，4G能夠比3G更加接近于人的生活，抗干擾的能力更強。

4G通信系統(tǒng)本身具備很好的傳輸數(shù)據(jù)的速度和質(zhì)量，能夠在相同的情況下承載更多的多媒體信息；4G通信系統(tǒng)也具有更加靈活豐富的業(yè)務(wù)功能，其平臺更加開放，有很好的重構(gòu)性，自治、自適能力強能夠很好地滿足不同用戶在各種環(huán)境下對于通訊能力地需要；同時，4G通信系統(tǒng)比3G更加安全，期鑒別能力和防范性能都更加出色，用戶可以更加放心地使用。

二、4G通信系統(tǒng)中信號處理硬件平臺的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 OFDMA技術(shù)

在未來，對于無線多媒體業(yè)務(wù)的要求是既能夠快速地傳遞數(shù)據(jù)，又要保證所傳遞的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，這就需要進行服務(wù)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)具備較高的信元速率和較長的碼元周期，OFDMA技術(shù)恰巧符合這些要求。OFDMA技術(shù)實質(zhì)上是一種在無線的環(huán)境下能夠進行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。這項技術(shù)最大的特點是能夠改進頻率選擇隨時間衰落的缺點，并且能夠抵抗窄帶的干擾，因此，在傳輸過程中能夠盡可能減少各種子載波之間的干擾，從而更加有效地利用高頻譜。

2.2 軟件無線電

軟件無線電是一種利用一個較為具有通用性的硬件平臺來將一些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的、模塊化的硬件功能部分，通過軟件加載的方法，實現(xiàn)多種無線通訊系統(tǒng)的綜合利用的技術(shù)。針對于不同的系統(tǒng)，可以設(shè)計不同的軟件程序，在統(tǒng)一的硬件平臺上進行一種方式的數(shù)據(jù)漫游。盡量在距離天線近的地點設(shè)定寬帶A/D和D/A兩種轉(zhuǎn)換器，盡量多的利用軟件來實現(xiàn)無線功能是這項技術(shù)的中心思想。比較重要的軟件有進行信號流轉(zhuǎn)換的軟件、編制調(diào)制解調(diào)算法的軟件、信道示錯和信源的編碼軟件以及各種種類的針對無線信號的規(guī)定和處理的軟件。軟件無線電的技術(shù)主要包括針對數(shù)字信號的處理軟件、當(dāng)場可進行編程的器件、對于數(shù)字信號的處理軟件等等。

2.3 智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)是發(fā)展移動通信技術(shù)的關(guān)鍵，也是未來移動通信系統(tǒng)中的重要技術(shù)，主要取決于其良好的抗其它信號干擾、能夠自動進行信號追蹤和調(diào)節(jié)數(shù)字波的特點。通過智能天線技術(shù)所形成的波具有十分優(yōu)良的抗信號干擾的特性，能夠有選擇地識別需要增強的信號，并能夠增強其波束。這項技術(shù)不僅可以提高傳輸信號的質(zhì)量，又可以增加傳輸信號的容量。智能天線技術(shù)現(xiàn)如今的工作形式分為全自動形式和在預(yù)多波束基礎(chǔ)上進行波束互換的形式，第一種形式能夠在理論上實現(xiàn)最優(yōu)化，但是所進行的算法中所需要的數(shù)據(jù)量和進行數(shù)據(jù)計算的過程都比較多，容易出錯，并且難易定位單一的用戶。而第二種方式會根據(jù)不同的需要選擇不同的工作模式，所以這項技術(shù)更容易實現(xiàn)，是智能天線技術(shù)的關(guān)鍵。

2.4 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是同時在基站和移動終端兩個位置都設(shè)有多個天線。這項技術(shù)可以為整個通信系統(tǒng)提供系統(tǒng)空間的重復(fù)利用和空間的分散集中的收益。這項技術(shù)可以充分利用數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l譜利用率，對空間進行分散和集中，更加有效地利用，改善無線信道的性能，提高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的容量和所覆蓋的范圍。

三、4G通信系統(tǒng)面臨的問題

3.1 4G通信系統(tǒng)中信號的穩(wěn)定性問題

4G通信系統(tǒng)終端的最大特點就是其具有很高的移動性，增強網(wǎng)絡(luò)層的移動性是4G通信系統(tǒng)的首要任務(wù)。移動性主要是指在不同的時間段、不同地點進行網(wǎng)絡(luò)連接時都能夠順暢無阻礙，同時應(yīng)保持信號的穩(wěn)定性。其中，數(shù)據(jù)的鏈路層具備很好的移動性是支持信號穩(wěn)定性的的關(guān)鍵。一個普通的移動IP應(yīng)該是一種最簡單的但是可以適用于國際數(shù)據(jù)漫游的移動用戶。

3.2 4G通信系統(tǒng)中信號的強度和質(zhì)量問題

對于4G通信系統(tǒng)來說，實時的定位管理和快速無痕切換效率都需要提高，通過使用一些新開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和管理方案能夠較好的解決這些問題。這就需要選擇一些較高效的數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)切換的協(xié)議，這會使數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)發(fā)送延遲的問題得以改善。在發(fā)展4G系統(tǒng)的過程中要不斷開發(fā)新的頻譜資源，充分利用頻譜，根據(jù)需要選擇適合的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以增強數(shù)據(jù)傳輸時信號的強度和質(zhì)量。

四、國際上對于4G通信系統(tǒng)中信號處理硬件平臺的研究和實驗

世界上許多發(fā)達國家都正在積極進行對于4G通信系統(tǒng)的研究。4G通信的各項運行規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)是由國際電信聯(lián)盟的電信標(biāo)準(zhǔn)局統(tǒng)一規(guī)定并實行的。4G通信系統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)在美國、日本等一些發(fā)達國家實現(xiàn)了密集化發(fā)展，其研發(fā)和市場化都已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平。為了實現(xiàn)用戶移動性的擴大，這些發(fā)達國家進行了新的研究。近年來，我國的4G通信技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，許多公司都進行了對于4G的研究。

五、結(jié)語

4G系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了更好的滿足人們越來越提高的對于通訊的需求，能夠更加迅速地傳輸數(shù)據(jù)，無論人們身處何地，這就是4G通信系統(tǒng)為人們創(chuàng)造的通訊環(huán)境。4G通信系統(tǒng)采用的一系列先進的技術(shù)和算法，是4G通信系統(tǒng)能夠滿足人們需要的基礎(chǔ)，有了這些先進的技術(shù)，4G通信系統(tǒng)才有了區(qū)別于3G通信系統(tǒng)的獨有的優(yōu)點。我國的4G通信系統(tǒng)仍需要更加深入的分析與研究，在掌握現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)新的技術(shù)，使4G通信系統(tǒng)更加完善，更加適用于人們的生活。

同時，將4G通信技術(shù)與我國的移動通信產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，使我國的移動通信產(chǎn)業(yè)更加快速地發(fā)展，擁有更加廣闊并且強大的市場。

參 考 文 獻

[1] 王志勤，無線移動通信的發(fā)展，2009中國互聯(lián)網(wǎng)大會，2009年11月

[2] 李亞卓，王勇，張平，“B3G/4G TDD試驗平臺框架及研究現(xiàn)狀”，移動通信，2006年10月：41一45

[3] 彭木根，王文博，TD一SCDMA移動通信系統(tǒng)，第3版，機械工業(yè)出版社，2009年7月