張朋
(中貝通信集團(tuán)股份有限公司,武漢430024)
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]。
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)
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。
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)。
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。
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。
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。
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??捎^的。