【摘要】在新興通信技術(shù)的不斷推動之下，3G即將成為通信技術(shù)的主流。在通信技術(shù)的加強(qiáng)條件下，主要介紹了第4代移動通信（4G）的含義、特點(diǎn)、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢，指出4G移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)及其目前存在的問題。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，移動通信技術(shù)與現(xiàn)代社會的需要越來越要求高，加之通信技術(shù)跟人們的生活息息相關(guān)。本文主要簡單介紹4G移動通信系統(tǒng)所采用的各種技術(shù)以及4G移動通信的優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】4G移動通信；OFDM；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)

1.4G的概念

4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。比較3G來分析，4G通信技術(shù)更完善設(shè)備的裝置，以及給人們帶來了更多的方便與價值。第四代移動通信與第三代移動通信相比，將在技術(shù)和應(yīng)用上有質(zhì)的飛躍。4G將適合所有的移動通信用戶，最終實現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、藍(lán)牙、廣播、電視衛(wèi)星通信的無縫銜接并相互兼容。4G移動通信的應(yīng)用廣泛，例如應(yīng)用到小區(qū)、交通、互聯(lián)網(wǎng)等上面。

2.采用的主要技術(shù)

2.1 OFDM簡介

OFDM的英文全稱為Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復(fù)用。這種技術(shù)是HPA聯(lián)盟（HomePlug Powerline Alliance）工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。

2.2 時域和頻域同步

一種在采用OFDM調(diào)制的傳輸系統(tǒng)中使多個設(shè)備在時域和頻域上同步的方法，其可應(yīng)用于與同一電網(wǎng)相連的不同設(shè)備之間經(jīng)由該電網(wǎng)進(jìn)行的雙向通信，以便在接收中估計OFDM符號的起始以及所述設(shè)備中本地振蕩器的頻率誤差，包括生成通過所述電網(wǎng)傳輸?shù)耐叫蛄泻屯ㄟ^用于發(fā)送數(shù)據(jù)的同一信道發(fā)送這些同步序列，其中所述信道由一個設(shè)備與其余所有設(shè)備之間的連接確定，其特征在于它包括：將含有所述數(shù)據(jù)和同步序列的接收信號分解為不同頻帶或頻率范圍；通過在時間上應(yīng)用同步算法以在每個頻帶中基于所述算法估計所述OFDM符號的起始和所述本地振蕩器的頻率誤差，從而在接收中檢測每個頻率范圍或頻帶中的同步序列；將每個頻帶中獲得的估計值進(jìn)行組合。

2.3 信道估計

所謂信道估計，就是描述物理信道對輸入信號的影響而進(jìn)行定性研究的過程，換句話說，信道估計就是估計發(fā)送天線到接收天線之間的無線信道的頻率響應(yīng)。

無線通信系統(tǒng)受周圍環(huán)境的影響較大，建筑物，河流，山脈，森林等對電磁波的吸收較強(qiáng)，加之反射與衍射、多徑衰落對信號的影響，到達(dá)接收端的信號，幅值和相位可能發(fā)生畸變，難以進(jìn)行識別。為了提高通信的抗干擾性能，必須對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的無線信道進(jìn)行估計，以滿足信號的無失真?zhèn)鬏?。對于現(xiàn)代通信系統(tǒng)，信道在時域存在時間選擇性衰落特性，在頻域存在頻率選擇性衰落特性，而系統(tǒng)又必須適應(yīng)突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此，信道估計仍是目前學(xué)術(shù)界較難攻克的難題之一。一般地，信道估計算法要使誤碼率最低，均方誤差最小，且算法復(fù)雜度不要太高，因此，信道估計器結(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)重要。信道估計：在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道估計器的設(shè)計主要考慮以下兩方面的因素：一是算法簡單、硬件實現(xiàn)容易且估計性能優(yōu)良的估計器的設(shè)計；二是導(dǎo)頻圖案的選擇，無線信道一般是多徑衰落信道，為提高通信可靠性，需要不斷地發(fā)送導(dǎo)頻信息來跟蹤無線信道。在具體設(shè)計時，必須同時考慮以上兩個問題，因為估計器性能優(yōu)良與否與導(dǎo)頻圖案的排列方式息息相關(guān)。

常用的信道估計算法分類如下：（1）基于導(dǎo)頻信息的信道估計；（2）盲信道估計；（3）半盲信道估計。工程中使用較多的是導(dǎo)頻符號輔助調(diào)制（Pilot Symbol Assisted Modulation，PSAM）信道估計方法，其所用的數(shù)學(xué)模型合理，理論成熟，算法復(fù)雜度較低，估計性能優(yōu)良。在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，一般情況下都采用此類信道估計算法。

2.4 編碼信道和交織

為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)性能，信道編碼和交織是普遍采用的方法。對于衰落信道中的隨機(jī)錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發(fā)錯誤，可以采用交織技術(shù)。實際應(yīng)用中，通常同時采用信道編碼和交織，進(jìn)一步改善整個系統(tǒng)的性能。DFT算法由于時域能量集中在少數(shù)抽樣點(diǎn)上，減少了頻譜泄露，因而信道估計性能較好；而改進(jìn)DFT算法，由于漢寧窗的加入和線性變換，使得帶外噪聲迅速衰減，在低SNR下估計性能較DFT算法有所提高。編碼可以采用各種碼，如：分組碼、卷積碼等，其中卷積碼的效果要比分組碼好。

2.5 降低峰值平均功率比

LMMSE信道估計是最優(yōu)的低階估計器，它的核心思想在于對LS估計進(jìn)行奇異值分解，在不降低估計器性能的條件下降低算法復(fù)雜度，并抑制AWGN和ICI，但是它也有缺點(diǎn)，就是需要知道每條子路徑功率的先驗信息，并利用此信息來構(gòu)造自相關(guān)矩陣。由于OFDM信道時域上表現(xiàn)為N個正交子載波信號的疊加，當(dāng)這N個信號恰好均以峰值疊加時，OFDM信號也將產(chǎn)生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。

2.6 均衡

在新興通信技術(shù)的不斷推動之下，3G即將成為通信技術(shù)的主流。在通信技術(shù)的加強(qiáng)條件下，主要介紹了第4代移動通信（4G）的含義、特點(diǎn)、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢，指出4G移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)及其目前存在的問題。這是，可以考慮加均衡器以使CP的長度適當(dāng)減小，即通過增加系統(tǒng)的復(fù)雜性換取頻帶利用率的提高。

2.7 OFDM優(yōu)點(diǎn)

OFDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是因為OFDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

（1）頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

（2）抗衰落能力強(qiáng)。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，這樣在每個子載波上的信號時間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長很多倍，從而使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。

（3）適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

（4）抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)。

3.4G系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

任何一項技術(shù)都不是完美無瑕的，正交頻分復(fù)用技術(shù)也是如此，存在著如下優(yōu)缺點(diǎn)。

OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）由于DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，OFDM系統(tǒng)中各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過快速傅里葉變換（FFT）和逆變換（IFFT）來實現(xiàn)，從而大大降低了算法復(fù)雜度，且信息的實時處理更快更可靠。

（2）現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)一般存在非對稱性，OFDM系統(tǒng)可通過調(diào)制不同的子載波來獲得相應(yīng)的信息傳輸速率，從而滿足現(xiàn)代通信的需求。

（3）通過編碼技術(shù)可以解決系統(tǒng)的隨機(jī)錯誤，交織技術(shù)可解決突發(fā)錯誤，OFDM系統(tǒng)通過編碼與交織，能很好地提高系統(tǒng)的誤碼性能。

OFDM技術(shù)的缺點(diǎn)主要有：

（1）存在一定概率的PAPR。高峰均比信號通過功率放大器時，為防止信號畸變，功放必須具有較大的線性范圍，這將降低功率放大器的工作效率。

（2）對頻率偏移敏感。OFDM系統(tǒng)要求各信道之間嚴(yán)格正交，系統(tǒng)的定時同步精度非常高，對于快衰落環(huán)境引起的頻偏，高精度定時同步算法發(fā)雜，且較難實現(xiàn)。

OFDM之所以是優(yōu)秀的多載波調(diào)制方案，其原因不只是以上諸多優(yōu)點(diǎn)，還與如下關(guān)鍵技術(shù)有關(guān)。

a.時域與頻域同步技術(shù)：前文提到，OFDM系統(tǒng)對定時同步有很高的精度要求，且易受頻偏影響；b.信道估計；c.信道編碼與交織：信道編碼與交織技術(shù)能夠有效降低數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率，提高通信的抗干擾能力；d.降低峰值平均功率比（PAPR）：在時域中，正交頻分復(fù)用信號是N路子載波信號的疊加。

通過以上的介紹可以得出，OFDM系統(tǒng)在高速傳輸系統(tǒng)中具有無可比擬的優(yōu)越性。也正因為信號的高速傳輸，要使接收端信號的誤碼率降低，必須對信道的傳輸特性進(jìn)行估計。因此，設(shè)計好的信道估計器是OFDM系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。

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