賀延平

(中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司寶雞分公司，陜西寶雞721000)

4G是第四代移動通信系統(tǒng)的簡稱。4G技術就是把移動通信系統(tǒng)同其他系統(tǒng)結合起來，提供更有效的多種業(yè)務，實現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡、局域網(wǎng)、藍牙、廣播、電視衛(wèi)星通信等的無縫銜接并相互兼容。4G具有更高的數(shù)據(jù)速率、頻譜利用率和安全性、智能性、靈活性，更高的傳輸質量和服務質量。4G系統(tǒng)應體現(xiàn)移動與無線接入網(wǎng)及IP網(wǎng)絡不斷融合的發(fā)展趨勢。因此，4G應當是一個全IP網(wǎng)絡。

14 G定義

嚴格來說，4G并沒有一個確切的定義及標準，普遍認可的一種描述是:“第四代移動通信技術可稱為廣帶接入和分布網(wǎng)絡，具有非對稱超過2 Mbit·s－1的數(shù)據(jù)傳輸能力，對全速移動用戶能提供150 Mbit·s－1的高質量影像服務，將首次實現(xiàn)三維圖像的高質量傳輸”［1］。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡。此外，4G還是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，也是寬帶接入IP系統(tǒng)。

24 G的系統(tǒng)特點

2.14 G優(yōu)勢分析

與以往的通信系統(tǒng)相比，4G最明顯的優(yōu)勢在于通話質量和數(shù)據(jù)通信速度。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)高通信速率、高存儲容量。4G系統(tǒng)具備更快的無線通信速度，其中，對于高速移動的用戶，數(shù)據(jù)速率為2 Mbit·s－1;對于中速移動的用戶，數(shù)據(jù)速率為20 Mbit·s－1;對于低速移動的用戶，數(shù)據(jù)速率為100 Mbit·s－1。由于傳輸速率增大，因此儲存容量至少為3G系統(tǒng)的10倍以上。

(2)高兼容性，實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的無縫連接。未來的4G通信系統(tǒng)應當具備向下兼容、全球漫游，接口開放，能實現(xiàn)跟多種網(wǎng)絡互聯(lián)，多元終端等特點，并能從3G通信技術平穩(wěn)過渡到4G，順利的在不同系統(tǒng)間進行無縫切換，傳輸高速多媒體文件等。

(3)基于全IP的網(wǎng)絡，實現(xiàn)高的頻率使用效率。相比3G而言，4G的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡，主要運用以路由技術為主的網(wǎng)絡架構。為了進一步提高無線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級技術，該技術能同時涵蓋不同類型的通信接口，因此無線頻率的使用率得到了提高。

(4)可靠的鑒權及安全機制。4G移動通信網(wǎng)是一個基于分組數(shù)據(jù)的異構網(wǎng)絡，目前已基本確定了4G安全體系的總體方向，如移動IPv6、認證、授權、審計和計費(AAAA)，以及各種協(xié)議或算法計算量輕等特性［2］。

2.24 G劣勢分析

盡管4G移動通信技術有著比3G更強的優(yōu)越性，但不可否認4G是較復雜的技術系統(tǒng)之一，在具體實施過程中必然會遇到許多復雜的技術問題。4G技術有待于解決的主要問題主要有:

(1)無線系統(tǒng)中的移動性管理。移動性通常涉及到在不同網(wǎng)段間漫游的移動用戶，數(shù)據(jù)鏈路層的移動性支持通常限制在同類網(wǎng)絡之間，因而網(wǎng)絡層移動性是4G移動性管理的關鍵。

(2)核心網(wǎng)的移動IP技術。移動IP代表了一種簡單而且可以升級的全球移動性方案。但是，對于4G系統(tǒng)而言，它缺乏實時位置管理和快速無縫切換機制的支持。要解決這些問題，必須采用新的網(wǎng)絡結構和管理路由優(yōu)化方案，需要采用高效的發(fā)送和切換協(xié)議。但由于4G移動通信網(wǎng)絡的架構相當復雜，因此這兩個問題顯得格外突出。

34 G的關鍵技術研究

以上4G系統(tǒng)的優(yōu)劣與其所使用的關鍵技術密不可分，因此對其關鍵技術的研究將有助于最大限度地發(fā)揮4G系統(tǒng)的優(yōu)勢，避免其劣勢。4G的關鍵技術主要包括切換、智能天線［3］、無線鏈路增強、全IP、調制與編碼、軟件無線電和OFDM調制技術等。其中最為關鍵的是OFDM調制技術。

(1)無線鏈路增強技術。無線鏈路增強技術主要有分集技術和多天線技術。4G系統(tǒng)采用了多輸入多輸出(MIMO)技術實現(xiàn)發(fā)射和接收分集。它是在發(fā)射端通過多個發(fā)射天線傳送信號，在接收端使用多個接收天線接收信號的多發(fā)射、多接收的空間分集技術，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，同時提高信道的可靠性，降低誤碼率?，F(xiàn)有移動通信系統(tǒng)中，多數(shù)基站的天線采用一發(fā)兩收的結構。

館藏資源建設是圖書館服務實施開展的基石，是高校圖書館工作的重中之重[27]。館藏資源從紙質向電子資源轉型是圖書館發(fā)展的必然趨勢，在大數(shù)據(jù)時代，用戶如何獲取信息，除了系統(tǒng)的傳統(tǒng)的服務外，高校圖書館的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育實踐表現(xiàn)形式主要為課程教育與在線教育，講座、專題討論會，專題培訓[28]；以及個性化咨詢就成為了圖書館服務轉型的主要服務渠道。嵌入式服務對象以教師、研究人員和學生為主，如何讓用戶直接獲得清晰、明確、有效的檢索結果是服務的重點。

對比分析這兩種技術，MIMO系統(tǒng)具有降低碼間干擾;提高空間分集增益;提高無線信道容量和頻譜利用率［4］等優(yōu)點。

(2)全IP技術。4G移動通信系統(tǒng)采用了基于IP的全分組方式傳輸數(shù)據(jù)流，支持有線及無線的接入，可實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的無縫互聯(lián)。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，在設計核心網(wǎng)絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。同時4G系統(tǒng)還將采用IPv6技術，它能夠提供更好的QoS保證及更好的安全性，能夠徹底解決地址資源不足的問題。

(3)調制與編碼技術。4G系統(tǒng)將采用新的調制技術，如多載波正交頻分復用調制技術以及單載波自適應均衡技術等。4G系統(tǒng)可能會采用兩種形式的多載波調制(MCM)技術:多載波碼分多址(MCCDMA)和正交頻分復用時分多址(OFDM－TDMA)。一般MC－CDMA采用QPSK調制，而OFDM－TDMA采用高電平調制［5］。采用這些調制方式以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。另外，4G移動通信系統(tǒng)還采用更高級的信道編碼方案，從而在低Eb/No條件下保證系統(tǒng)足夠的性能［6－7］。

(4)OFDM調制技術。4G系統(tǒng)既要求高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又要求保證傳輸質量，因而要求所采用的調制解調技術既要有較高的信元速率，又要有較長的碼元周期，而OFDM技術正滿足這一需求。

OFDM技術實際上是多載波調制技術(MCM)中的一種。它的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調制在每個子信道上進行傳輸。OFDM的傳輸系統(tǒng)可以描述如圖1所示［8－10］。

圖1 OFDM傳輸系統(tǒng)

OFDM系統(tǒng)的一個優(yōu)異特性是易于改用其它帶寬。為有效利用頻寬，OFDM采用了高階調制的方法。OFDM采用的是64QAM，所以其頻譜效率較高。盡管總的信道是非平坦的，但是每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。

OFDM技術之所以備受關注，主要是因為它有以下優(yōu)點［11－13］:

圖2 重疊多載波調制技術與傳統(tǒng)非重疊多載波技術的頻帶分布比較

1)抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長數(shù)倍，使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。同時，通過子載波的聯(lián)合編碼，達到子信道間頻率分集的作用，也增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。

2)適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調制方式。當信道條件好的時候，采用效率高的調制方式。當信道條件差的時候，采用抗干擾能力強的調制方式。并且OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。

3)抗碼間干擾能力強。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸信道的頻帶有限，就會造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，因此其對抗碼間干擾的能力很強。

除了上述優(yōu)點外，OFDM也存在一些明顯的缺點。首先，對頻偏和相位噪聲敏感。頻偏和相位噪聲會使OFDM各子載波之間的正交性惡化，使信噪比下降。其次，功率峰值與均值之比PARR較大，導致發(fā)送端放大器功率效率較低，增加基站和用戶終端的成本。最后，自適應的調制技術使系統(tǒng)復雜度有所增加，當移動終端達到車載移動速度時，自適應的調制技術就沒有意義了。

4 結束語

對整個體系結構中關鍵技術的研究，將對4G的發(fā)展有著重要的意義。在對4G進行優(yōu)劣分析的基礎上討論了其關鍵技術，重點對4G中的OFDM調制技術進行了探討。可以看出，雖然OFDM技術有著許多優(yōu)點，但也存在缺點，容易受頻率偏差和相位噪聲的影響，并存在著較大的峰值平均功率比。盡管如此，由于OFDM技術具備較強的抗多徑能力，與信道編碼和時間頻率交織相結合，適用于高速無線傳輸?shù)?G系統(tǒng)，是對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N潛在的解決方案。在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM等多址方式中，OFDM是4G系統(tǒng)最合適的多址方案。

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