張朋

（中貝通信集團(tuán)股份有限公司，武漢430024）

1 引言

信息技術(shù)的高速發(fā)展推動(dòng)了4G 業(yè)務(wù)的興起，和傳統(tǒng)的3G 技術(shù)相比，4G 技術(shù)在傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度上都有了明顯的提升，當(dāng)前4G 技術(shù)在人們的生活中應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾糠帧?G 技術(shù)在未來發(fā)展中將發(fā)揮非常重要的作用。4G 技術(shù)的應(yīng)用主要是傳輸關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這也是本文研究的重要內(nèi)容，下面主要分析4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[1]。

2 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)各部分的主要功能

一般將4G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三部分，分別是物理層、中間環(huán)境層和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層。按照自上而下的順序，首先是物理層，物理層的功能主要是提供系統(tǒng)接入和路由選擇。中間是環(huán)境層，環(huán)境層的功能主要有地址變化、安全管理、即插即用、QOS 映射和有源網(wǎng)絡(luò)等，通過中間層來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的“接口”部分。最后是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。由于物理層和中間環(huán)境層之間接口都是開放的，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層是實(shí)現(xiàn)接口和系統(tǒng)結(jié)合，以便能夠提供更便捷的服務(wù)，同時(shí)還可以在多個(gè)頻帶上運(yùn)行，提供高數(shù)據(jù)傳輸率的無線服務(wù)。同時(shí)，這一服務(wù)還可以滿足多個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)和終端，實(shí)現(xiàn)更大范圍的服務(wù)。

圖1 4G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 正交頻分復(fù)用技術(shù)

正交頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是各子載波相互正交，使擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。這種技術(shù)采用的無線傳輸?shù)哪Ｊ?，利用交頻分復(fù)用的特點(diǎn)，在對(duì)每個(gè)載波完成調(diào)制以后，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，又采用了一種HomePlug 技術(shù)，將信道劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道再分別進(jìn)行傳輸。這種傳輸方式有著比較明顯的特征：第一，頻譜的利用率較高，相比串行系統(tǒng)來說，這一技術(shù)效率較高，有著明顯的優(yōu)勢(shì)；第二，抗衰弱能力較強(qiáng)，在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中不會(huì)發(fā)生信號(hào)衰弱現(xiàn)象；第三，抗干擾能力強(qiáng)，這一技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)各載波之間的相互重疊，利用FFT 的調(diào)制作用，實(shí)現(xiàn)可以波頻率的正交。由于各載波中心并沒有頻譜分量，因此在傳輸過程中實(shí)現(xiàn)正交載波是比較容易的。此外，這一技術(shù)的應(yīng)用可以不通過帶通濾波器，直接在基帶進(jìn)行處理，就可以避免濾波器的局限性，這也是使用正交頻分復(fù)用技術(shù)有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)之一。

3.2 智能天線技術(shù)

現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展迅速，DSP 芯片處理能力的不斷提高和芯片價(jià)格的不斷下降，由于智能天線能顯著提高系統(tǒng)的性能和容量，并增加了天線系統(tǒng)的靈活性，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用智能技術(shù)也越來越廣泛。智能天線技術(shù)可以明顯改善無線通信系統(tǒng)的性能，提升系統(tǒng)的容量，具體主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，提高頻譜利用率，使用智能天線技術(shù)替代普通天線可以提高頻譜利用率，在不建新站的基礎(chǔ)上盡可能地增加系統(tǒng)的容量，降低運(yùn)營(yíng)成本；第二，抑制干擾信號(hào)，智能天線可以將零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，提高信號(hào)的輸出比，進(jìn)而提升系統(tǒng)的可靠性；第三，抗衰落，無線通信中存在的主要問題是信號(hào)的衰落，普通天線會(huì)因?yàn)樾盘?hào)衰落問題而造成信號(hào)的失真，而采用智能天線技術(shù)則可以較好地避免這一問題，采用智能天線控制接收方向，可以降低信號(hào)衰落的影響，同時(shí)智能天線技術(shù)還可以用在分集中，減少衰落造成的影響；第四，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)定位，利用智能天線技術(shù)的基站可以獲得接收信號(hào)的空間特征矩陣，通過空間特征矩陣可以判斷信號(hào)的到達(dá)方向和信號(hào)功率估值，并且通過這一方法，可以將用戶終端定位到較小的區(qū)域內(nèi)。

3.3 軟件無線電技術(shù)

軟件無線電技術(shù)是利用軟件加載的方式，將標(biāo)準(zhǔn)化的硬件功能統(tǒng)一通過一個(gè)硬件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)各種無線電通信，這是一種開放式的新技術(shù)。在軟件無線電技術(shù)當(dāng)中使用A/D 和D/A 變換器時(shí)要盡量選擇離天線較近的位置，并且要盡可能多地應(yīng)用軟件來定義無線功能，這樣可以在很大程度上提升無線電的利用，各種功能和信號(hào)處理都可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)。在4G 中應(yīng)用軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同時(shí)服務(wù)的功能。當(dāng)終端發(fā)生變化時(shí)，可根據(jù)終端系統(tǒng)的要求進(jìn)行重新配置，確保能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供各種多樣化的服務(wù)方式。由此，可以看出軟件無線電技術(shù)為終端系統(tǒng)也提供了很大的便利。

3.4 多用戶檢測(cè)技術(shù)

多用戶檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)消除代碼之間的相互干擾，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。多用戶檢測(cè)技術(shù)的原理主要是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)信道的占用并且將這些用戶或信號(hào)都作為有效信號(hào)，通過多個(gè)用戶的代碼、信號(hào)幅度等信息進(jìn)行聯(lián)合，用來檢測(cè)單一用戶的信號(hào)。也就是利用綜合信息處理手段，加深對(duì)信息的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)信號(hào)的聯(lián)合檢測(cè)，這一技術(shù)是當(dāng)前4G 技術(shù)中抗干擾性能最強(qiáng)的技術(shù)，能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而改善系統(tǒng)的性能，提高使用效率。

4 4G 移動(dòng)通信傳輸關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

和傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，4G 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)比較突出，無論是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度上，還是在通話的質(zhì)量上。3G 技術(shù)為人們提供了良好的無線通信環(huán)境，而4G 技術(shù)的發(fā)展則將移動(dòng)通信推到新的發(fā)展領(lǐng)域中去。當(dāng)前人們的日常生活已經(jīng)離不開4G 技術(shù)了，4G 技術(shù)相比于3G 技術(shù)來說，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，通信速度更快，根據(jù)相關(guān)專家的研究發(fā)現(xiàn)，4G 通信技術(shù)中每個(gè)通道都將會(huì)占有100MHz 的頻譜，這相當(dāng)于3G 網(wǎng)絡(luò)的速度的20 倍；第二，兼容性更好，使用4G 通信技術(shù)可以提高各種資料的兼容性，尤其是在高速移動(dòng)情況下，需要傳輸?shù)馁Y料較多，兼容性是非常重要的一個(gè)因素，而4G 技術(shù)的應(yīng)用則可以解決這一問題；第三，可實(shí)現(xiàn)無縫連接，在漫游方面要求全球使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，若標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，在使用中會(huì)給用戶帶來極大的不便，而4G 技術(shù)的應(yīng)用則很好地解決了這一問題，實(shí)現(xiàn)無縫連接也是開發(fā)4G 技術(shù)的關(guān)鍵所在；第四，存儲(chǔ)容量更大，由于傳輸頻寬的增大，4G 系統(tǒng)的資料存儲(chǔ)量將達(dá)到3G 系統(tǒng)的10 倍以上；第五，使用頻率更高，由于4G 的運(yùn)行速度較快，在其他方面上相比3G 來說，也具有很大的優(yōu)勢(shì)，利用4G 技術(shù)可以解決更多的問題，并且速度較快，因此人們的使用頻率會(huì)更高；第六，費(fèi)用更加便宜，4G系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，使用起來更加便捷高效。而且4G 技術(shù)是基于3G 技術(shù)上開發(fā)的，從費(fèi)用上來說，由于只需要引入新的方法，耗費(fèi)的成本并不高，還能夠有效降低運(yùn)營(yíng)者和用戶的使用費(fèi)用。

5 結(jié)語

從以上4G 移動(dòng)通信傳輸關(guān)鍵技術(shù)的研究中能夠發(fā)現(xiàn)，4G 傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)比較明顯，操作簡(jiǎn)單，能夠提升系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，提高使用效率，而且隨著4G 技術(shù)的深入研究，未來4G 技術(shù)將應(yīng)用到更多領(lǐng)域當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)更大的突破，并且朝著智能終端的方向發(fā)展，開拓新的發(fā)展領(lǐng)域，帶來更大的商機(jī)。4G 技術(shù)的應(yīng)用前景是非常可觀的。