劉燕玲

摘 要 自有近代通信以來，人們就一直追求通信的自由。無線通信的大眾化，如第1代移動(dòng)通信（1G）、第2代移動(dòng)通信（2G）部分的滿足了人們的這種愿望。但隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的興起，人們對(duì)移動(dòng)通信提出了更高的要求。于是第3代移動(dòng)通信（3G）引弓待發(fā)，而第4代移動(dòng)通信（4G）的理論與實(shí)踐方面的報(bào)道已可謂熱烈。本文對(duì)4G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了展望，對(duì)可能采用的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】4G 移動(dòng)通信 OFDM 軟件無線電 IPV6

1 前言

當(dāng)3G技術(shù)剛剛走入人們的視線尚未完全完全普及之時(shí)，對(duì)下一代通信技術(shù)的展望早已悄悄地拉開了帷幕。盡管3G技術(shù)與2G相比有著巨大的優(yōu)勢(shì)，但并未在技術(shù)層有重大的改變，只是在視頻應(yīng)用上邁出了重要的一步。3G系統(tǒng)以上的局限性使其發(fā)展受到限制，很多公司已經(jīng)開始著手4G概念通信系統(tǒng)的研究。本文主要介紹4G概念通信的技術(shù)特點(diǎn)以及可能采用的關(guān)鍵技術(shù)。

2 4G概念通信技術(shù)特點(diǎn)

目前，業(yè)界專業(yè)人士對(duì)4G概念移動(dòng)通信系統(tǒng)的共識(shí)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）用戶可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間以任何方式不受限地接入網(wǎng)絡(luò)中來；

（2）移動(dòng)終端可以是任何類型的；

（3）用戶可以自由地選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)；

（4）可以實(shí)現(xiàn)非常先進(jìn)的移動(dòng)電子商務(wù)；

（5）新的技術(shù)可以非常容易地被引入到系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中來。

3 4G概念通信關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以O(shè)FDM為核心技術(shù)。OFDM技術(shù)實(shí)際上是多載波調(diào)制的一種。

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

3.1.1 頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍

OFDM信號(hào)的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

3.1.2 抗衰落能力強(qiáng)

OFDM把用戶信息通過多個(gè)子載波傳輸，這樣在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)很多倍，從而使OFDM對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。

3.1.3 適合高速數(shù)據(jù)傳輸

OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)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(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時(shí)候，應(yīng)采用效率高的調(diào)制方式；而當(dāng)信道條件差的時(shí)候，則應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使得系統(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(jìn)行傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

3.1.4 抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)

碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實(shí)際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會(huì)造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，故對(duì)抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。

3.2 智能天線技術(shù)

智能天線采用了空時(shí)多址（SDMA）的技術(shù)，利用信號(hào)在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，動(dòng)態(tài)改變信號(hào)的覆蓋區(qū)域，將主波束對(duì)準(zhǔn)用戶方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)方向，并能夠自動(dòng)跟蹤用戶和監(jiān)測(cè)環(huán)境變化，為每個(gè)用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號(hào)從而達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)并消除或抑制干擾信號(hào)的目的。這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，智能天線的工作方式主要有全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可以達(dá)到最優(yōu)，但相對(duì)而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)量、計(jì)算量大、信道模型簡(jiǎn)單、收斂速度較慢，在某些情況下甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤收斂等缺點(diǎn)，實(shí)際信道條件下，當(dāng)干擾較多、多徑嚴(yán)重，特別是信道快速時(shí)變時(shí)，很難對(duì)某一用戶進(jìn)行實(shí)際跟蹤。在基于預(yù)多波束的切換波束工作方式下，全空域被一些預(yù)先計(jì)算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對(duì)應(yīng)的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會(huì)有一些重疊，接收時(shí)的主要任務(wù)是挑選一個(gè)作為工作模式，與自適應(yīng)方式相比它顯然更容易實(shí)現(xiàn)，是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。

3.3 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它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。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時(shí)，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。

3.4 多用戶檢測(cè)技術(shù)

4G系統(tǒng)的終端和基站將用到多用戶檢測(cè)技術(shù)以提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測(cè)技術(shù)的基本思想是：把同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶或部分用戶的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)，而不是作為噪聲處理，利用多個(gè)用戶的碼元、時(shí)間、信號(hào)幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測(cè)單個(gè)用戶的信號(hào)，即綜合利用各種信息及信號(hào)處理手段，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，從而達(dá)到對(duì)多用戶信號(hào)的最佳聯(lián)合檢測(cè)。它在傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而具有良好的抗干擾和抗遠(yuǎn)近效應(yīng)性能，降低了系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。隨著多用戶檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高性能又不是特別復(fù)雜的多用戶檢測(cè)器算法不斷提出，目前的研究方向包括組合信道編碼和多用戶檢測(cè)的研究、速率多用戶檢測(cè)和多用戶檢測(cè)與空時(shí)二維信號(hào)處理、多載波調(diào)制、功率控制等技術(shù)的結(jié)合。

3.5 軟件無線電（SDR）技術(shù)

在4G系統(tǒng)中，若要實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的理想通信方式，則至少需要保證移動(dòng)終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并可以在不同類型的業(yè)務(wù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。軟件無線電概念一經(jīng)提出，就受到各方的極大關(guān)注，這不僅是因?yàn)檐浖o線電概念新技術(shù)先進(jìn)、發(fā)展?jié)摿Υ?，更為重要的是它潛在的市?chǎng)價(jià)值也是極具吸引力的。軟件無線電強(qiáng)調(diào)以開放性最簡(jiǎn)硬件為通用平臺(tái)，盡可能地用可升級(jí)、可重配置的不同應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計(jì)新思路。

4 結(jié)束語

盡管4G移動(dòng)通信系統(tǒng)目前還只是一個(gè)基本概念，定義仍然還不明確，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段，在其他關(guān)鍵性技術(shù)上如：信道編碼、高性能接收機(jī)技術(shù)等方面還不完善。但是，作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，其發(fā)展的前景是不可限量的。4G技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，將真正實(shí)現(xiàn)我們充滿個(gè)性化的通信夢(mèng)想。

參考文獻(xiàn)

[1]樊昌信.通信原理[M].長(zhǎng)沙：國防科技大學(xué)出版社，2012.

[2]劉偉，丁志杰.4G移動(dòng)通信系統(tǒng)研究進(jìn)展與關(guān)鍵技術(shù)[J].中國數(shù)據(jù)通信，2004.

作者單位

廣州杰賽科技股份有限公司 廣東省廣州市 510310