李天明 孫永方

【摘要】 通信技術(shù)日新月異，給人們帶來不少享受。隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)、在我們還沒有完全享受3G移動(dòng)通信系統(tǒng)商所帶來服務(wù)的同時(shí)，4G移動(dòng)通信技術(shù)的研究已經(jīng)在逐步的進(jìn)行著。本文簡要分析了4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、4G的關(guān)鍵技術(shù)（如OFDM，軟件無線電，智能天線技術(shù)，MIMO技術(shù)）、 比較了3G和4G不同指標(biāo)、分析了3G和4G采用的不同技術(shù)。 初步探討了4G的現(xiàn)狀和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 4G 網(wǎng)絡(luò)通信 技術(shù)研究

一、移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)概述

隨著3G在2001年開始于日本和韓國投入商用后，近年來全球發(fā)展越來越快速，布建3G系統(tǒng)及啟動(dòng)3G服務(wù)的國家數(shù)目與日遽增；不過由于用戶對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高，而3G系統(tǒng)實(shí)際所能提供的最高速率雖然號(hào)稱可達(dá)2Mbps，但目前最高的也只有384kbps，并不能滿足用戶的實(shí)際需求，因此國際電信聯(lián)盟（ITU）及各廠商們亦在開始思索4G系統(tǒng)的研究和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。就ITU對(duì)4G的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)定義，主要是集3G與WLAN于一體，能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，傳輸速率達(dá)到100Mbps，上傳速度20Mbps，并能夠滿足所有用戶對(duì)于無線服務(wù)的要求，且價(jià)格與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)相同，并實(shí)現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、藍(lán)牙、廣播、電視衛(wèi)星通信等的無縫連接并相互兼容。4G具有更高的數(shù)據(jù)率和頻譜利用率，更高的安全性、智慧性和靈活性，更高的傳輸質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量（QoS）。4G系統(tǒng)應(yīng)體現(xiàn)移動(dòng)與無線接入網(wǎng)及IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢(shì)。因此4G 系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)。

二、4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)

1、OFDM。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復(fù)用技術(shù)， OFDM系統(tǒng)的主要技術(shù)OFDM系統(tǒng)對(duì)定時(shí)和頻率偏移敏感，特別是實(shí)際應(yīng)用中可能與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式結(jié)合使用時(shí)，時(shí)域和頻域同步顯得尤為重要。與其他數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，同步分為捕獲和跟蹤兩個(gè)階段。在下行鏈路中，基站向各個(gè)移動(dòng)終端廣播式發(fā)送同步信息，所以，下行鏈路同步相對(duì)簡單，較易實(shí)現(xiàn)。在上行鏈路中來自不同移動(dòng)終端的信號(hào)必須同步到達(dá)基站，才能保證載波間的正交性。實(shí)際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。其主要原理是：將待傳輸?shù)母咚俅袛?shù)據(jù)經(jīng)串并變換， 變成在子信道上并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流， 再用相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制， 然后疊加一起發(fā)送。 接收端用相干載波進(jìn)行相干接收， 再經(jīng)并串變換恢復(fù)為原高速數(shù)據(jù)。 OFDM技術(shù)的有很多優(yōu)點(diǎn)：可以消除或減小信號(hào)波形間的干擾，對(duì)多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率；適合高速數(shù)據(jù)傳輸；抗衰落能力強(qiáng)；抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)。

2、軟件無線電。軟件無線電（SDR）是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺(tái)，利用軟件加載方式來實(shí)現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）及數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）等先進(jìn)的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號(hào)流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號(hào)處理硬件（DSPH）、現(xiàn)場(chǎng)可編程器件（FPGA）、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）等[2] 。

3、多輸入多輸出（MIMO）技術(shù) 。在基站端放置多個(gè)天線，在移動(dòng)臺(tái)也放置多個(gè)天線，基站和移動(dòng)臺(tái)之間可形成MIMO通信鏈路。MIMO技術(shù)在不需要占用額外的無線電頻率的條件下，利用多徑來提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量，并同時(shí)增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當(dāng)今任何無線電技術(shù)都面臨的兩個(gè)最困難的問題，即速度與覆蓋范圍。也就是說，可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。多輸入多輸出技術(shù)（MIM0）是指在基站和移動(dòng)終端都有多個(gè)天線。MIM0技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益?？臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個(gè)子信道發(fā)射信號(hào)，使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加?？臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?；诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時(shí)碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。MIM0技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。

4、基于IP的核心網(wǎng)。4G通信系統(tǒng)選擇了采用IP的全分組方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IP主要基于以下幾點(diǎn)考慮：巨大的地址空間。IPv6地址為128位，代替了IPv4的32位，地址空間大于3.4∈1038。如果整個(gè)地球表面（包括陸地和水面）都覆蓋著計(jì)算機(jī)，那么IPv6允許每平方米擁有7∈1023個(gè)IP地址?？梢姡琁Pv6地址空間是巨大的。在一段可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂蟪龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球唯一的地址。自動(dòng)控制。IPv6還有另一個(gè)基本特性就是它支持無狀態(tài)或有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置方式。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球唯一的路由地址。對(duì)于有狀態(tài)地址配置機(jī)制，如DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議），需要一個(gè)額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護(hù)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)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。

三、我國4G的發(fā)展前景

21世紀(jì)我國移動(dòng)通信還有一個(gè)巨大的發(fā)展空間同，這為我國移動(dòng)通信的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，我們有必要在大力開發(fā)第三代移動(dòng)通信技術(shù)系統(tǒng)的同時(shí)，提前作好準(zhǔn)備，積極參與ITU關(guān)于第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)建議的研究，掌握世界移動(dòng)通信技術(shù)的研究動(dòng)向和最新成果，加強(qiáng)國際合作，關(guān)注并積極進(jìn)行第四代移動(dòng)通信技術(shù)的研究與開發(fā)工作，把第四代移動(dòng)通信的研發(fā)與建立我國移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)結(jié)合起來，加快我國移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使我國的移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外擁有強(qiáng)大的市場(chǎng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]江宇.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2007，（05）.

[2]申艷秋.GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].黑龍江科技信息，2010，（10）.

[3]崔繼友，程偉華，李富林，葉亮.移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展[J].中國證券期貨，2010，（06）.