張艷 王亞軍

【摘要】 本文介紹了4G通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，然后討論了4G系統(tǒng)中智能天線技術(shù)的設(shè)計(jì)分析要素及其對(duì)4G系統(tǒng)的優(yōu)化作用。

【關(guān)鍵詞】 4G 智能天線 設(shè)計(jì)分析 優(yōu)化

一、4G通信

移動(dòng)通信中的G是Generation的首縮寫(xiě)，蜂窩電話和通信系統(tǒng)是按照所屬的“代”來(lái)進(jìn)行劃分的。現(xiàn)在興起的4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱。它采用了完全不同于3G中CDMA的正交頻分復(fù)用（OFDM）和正交頻分多址（OFDM access）通信技術(shù)。目前的我國(guó)的4G只是4G是集3G與WLAN于一體的長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE），簡(jiǎn)稱4G LTE，它不僅能夠提供傳統(tǒng)的通信服務(wù)，還可以用于高速的寬帶無(wú)線接入領(lǐng)域的新興技術(shù)和廣播電視領(lǐng)域的各種多媒體視頻傳輸技術(shù)。

二、4G通信的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

（1）傳輸速度更快。4G 通信系統(tǒng)采用上下行非對(duì)稱速率傳輸方式，其下行信道對(duì)低速移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到100Mbps，中速移動(dòng)用戶可以達(dá)到20Mbps，高速用戶的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到 2Mbps，這種高速的傳輸速度是4G系統(tǒng)的最顯著特點(diǎn)。（2）容量更大。工信部對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)的頻譜利用效率卻遠(yuǎn)高于3G系統(tǒng)，因此4G承載更大的通信容量。（3）接入靈活、連接無(wú)縫。4G 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用的是全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)，兼容于各種無(wú)線接入?yún)f(xié)議，能夠靈活接入和無(wú)縫切換于其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。（4）業(yè)務(wù)廣。4G系統(tǒng)提供寬頻業(yè)務(wù)和多業(yè)務(wù)信息融合技術(shù)，能夠和支持高清圖像業(yè)務(wù)、視頻會(huì)議、廣播電視及游戲娛樂(lè)其他虛擬通信業(yè)務(wù)等。

三、4G中的智能天線技術(shù)

該通信系統(tǒng)具有諸多關(guān)鍵技術(shù)，其中智能天線技術(shù)具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤目標(biāo)及數(shù)字波束自適應(yīng)形成等功能，被認(rèn)為是4G、5G未來(lái)的移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 4G中智能天線的設(shè)計(jì)分析

4G移動(dòng)通信是應(yīng)廣大用戶對(duì)高速度、大容量的通信質(zhì)量需要而提出和實(shí)施的，這種優(yōu)質(zhì)的通信質(zhì)量必須順應(yīng)各種靜態(tài)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)用戶以及各種時(shí)變的通信環(huán)境，它需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和智能天線的大量使用，智能天線技術(shù)作為4G通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面必須考慮以下因素：（a）物理層的可重構(gòu)性。在多參數(shù)時(shí)變的通信環(huán)境中，安裝智能天線的基站需要根據(jù)用戶的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)下無(wú)線信道的時(shí)移重新構(gòu)建最優(yōu)波束，以獲得最佳的通信性能。（b）層間優(yōu)化。在開(kāi)放系統(tǒng)互連模型中定義的各層之間的相互作用能夠影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)智能天線系統(tǒng)時(shí)需要充分考慮物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層各層以及它們之間相互關(guān)系。（c）多用戶分集機(jī)會(huì)通信機(jī)制。多用戶通信中，機(jī)會(huì)機(jī)制中能夠根據(jù)一定的最優(yōu)準(zhǔn)則形成波束將通信信道分配給需要連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)或具有最高瞬時(shí)容量的用戶使用，以優(yōu)先保障這些特定用戶的通信需求。（d）具體的應(yīng)用性能要求。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)智能天線的設(shè)計(jì)需要考慮信道空間的傳播特性、天線陣列合理配置、具體業(yè)務(wù)特性、信號(hào)帶寬的和干擾情況、系統(tǒng)的兼容性等。

3.2 智能天線對(duì)4G通信系統(tǒng)的優(yōu)化

4G系統(tǒng)對(duì)各種通信環(huán)境下的通信速率、通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量有著嚴(yán)格的規(guī)范要求，智能天線技術(shù)在4G中的使用對(duì)提升通信質(zhì)量起著關(guān)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(duì)4G通信系統(tǒng)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下方面：（a）抑制和避免干擾。4G中的智能天線能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)小區(qū)的聯(lián)合調(diào)度，既可以實(shí)現(xiàn)將相同的通信資源分配給對(duì)不同空間位置方向的用戶形成特定波束，從而避免目標(biāo)用戶之間的相互干擾。多小區(qū)的聯(lián)合調(diào)度中，單個(gè)小區(qū)智能天線對(duì)用戶的波束賦形時(shí)可以通過(guò)零陷方向?qū)?zhǔn)其他相鄰小區(qū)的用戶，使得對(duì)本小區(qū)用戶干擾得以抑制。（b）提高頻譜利用率、提升系統(tǒng)容量。智能天線技術(shù)是一種空分多址技術(shù)，可以對(duì)同小區(qū)的不同用戶使用相同的時(shí)隙、頻率和碼元，提高小區(qū)內(nèi)的頻譜復(fù)用率，進(jìn)而提升系統(tǒng)容量。（c）信號(hào)增強(qiáng)。智能天線能夠產(chǎn)生定向波束，并可以實(shí)時(shí)地調(diào)整波束，使波束的主瓣始終對(duì)準(zhǔn)用戶、零瓣抑制干擾。智能天線還與MIMO結(jié)合，利用多天線陣元分集傳輸技術(shù)，最大強(qiáng)度減少衰減而增強(qiáng)信號(hào)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文探討了4G系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和該系統(tǒng)中智能天線的設(shè)計(jì)分析和對(duì)4G系統(tǒng)的優(yōu)化作用。4 G系統(tǒng)中智能天線技術(shù)結(jié)合MIMO，利用多天線陣元和自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的空分多址，極大地提高了頻譜的利用率，增加了系統(tǒng)容量。隨著移動(dòng)通信需求的提高，作為4G的關(guān)鍵技術(shù)的智能天線技術(shù)的研究將不斷深入進(jìn)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(dòng)通信環(huán)境，同時(shí)還將引領(lǐng)未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：

作者姓名：張艷

出生年月：1979-07

籍貫：江蘇省徐州市

最后學(xué)歷：碩士

工作單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院

從事工作：教育與教學(xué)

通訊地址：江蘇省徐州市 三環(huán)南路 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 理學(xué)院

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參 考 文 獻(xiàn)

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[2] 郭鑫 第四代移動(dòng)通信（4G）關(guān)鍵技術(shù)[J] .信息技術(shù)，2011.11。

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