4G移動通信關鍵技術特點探討

1前言

當3G技術剛剛走入人們的視線尚未完全完全普及之時，對下一代通信技術的展望早已悄悄地拉開了帷幕。盡管3G技術與2G相比有著巨大的優(yōu)勢，但并未在技術層有重大的改變，只是在視頻應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概念通信的技術特點以及可能采用的關鍵技術。

24G概念通信技術特點

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

（a）用戶可以在任何地點、任何時間以任何方式不受限地接入網(wǎng)絡中來；

（b）移動終端可以是任何類型的；

（c）用戶可以自由地選擇業(yè)務、應用和網(wǎng)絡；

（d）可以實現(xiàn)非常先進的移動電子商務；

（e）新的技術可以非常容易地被引入到系統(tǒng)和業(yè)務中來。

根據(jù)以上描述，未來的4G系統(tǒng)應具備以下的基本條件。

（1）具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。對于大范圍高速移動用戶（250km/h），數(shù)據(jù)速率為2 Mbit/s；對于中速移動用戶（60km/h），數(shù)據(jù)速率為20 Mbbit/s；對于低速移動用戶（室內或步行者），數(shù)據(jù)速率為100 Mbit/s。

（2）實現(xiàn)真正的無縫漫游。4G移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標準，能使各類媒體、通信主機及網(wǎng)絡之間進行“無縫連接”，真正實現(xiàn)一部手機在全球的任何地點都能進行通信。

（3）高度智能化的網(wǎng)絡。采用智能技術的4G通信系統(tǒng)將是一個高度自治、自適應的網(wǎng)絡。采用智能信號處理技術對信道條件不同的各種復雜環(huán)境進行結合的正常發(fā)送與接收，有很強的智能性、適應性和靈活性。

（4）良好的覆蓋性能。4G通信系統(tǒng)應具有良好的覆蓋并能提供高速可變速率傳輸。對于室內環(huán)境，由于要提供高速傳輸，小區(qū)的半徑會更小。

34G概念通信關鍵技術探討

（1）正交頻分復用（OFDM）技術

第四代移動通信系統(tǒng)主要是以OFDM為核心技術。OFDM技術實際上是多載波調制的一種。

OFDM技術之所以越來越受關注，是因為OFDM有很多獨特的優(yōu)點：

（a）頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

（b）抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，這樣在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長很多倍，從而使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。

（c）適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應調制機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制方式。當信道條件好的時候，應采用效率高的調制方式；而當信道條件差的時候，則應采用抗干擾能力強的調制方式。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行傳送。因此，OFDM技術非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

（2）智能天線技術

智能天線采用了空時多址（SDMA）的技術，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域，將主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每個用戶提供優(yōu)質的上行鏈路和下行鏈路信號從而達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。被認為是未來移動通信的關鍵技術。

（3）MIMO技術

MIMO技術是指利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術，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，當不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關時，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技術是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質量的空間分集技術。

（4）軟件無線電（SDR）技術

在4G系統(tǒng)中，若要實現(xiàn)“任何人在任何地點以任何形式接入網(wǎng)絡”的理想通信方式，則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡環(huán)境間無縫漫游，并可以在不同類型的業(yè)務之間進行轉換。這就意味著在4G系統(tǒng)中，軟件將會變得非常復雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術，軟件無線電是近幾年隨著微電子技術的進步而迅速發(fā)展起來的新技術，它以現(xiàn)代通信理論為基礎，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術為支持。軟件無線電概念一經(jīng)提出，就受到各方的極大關注，這不僅是因為軟件無線電概念新技術先進、發(fā)展?jié)摿Υ?，更為重要的是它潛在的市場價值也是極具吸引力的。

（5）多用戶檢測技術

4G系統(tǒng)的終端和基站將用到多用戶檢測技術以提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測技術的基本思想是：把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當作有用信號，而不是作為噪聲處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進行處理，從而達到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢測。它在傳統(tǒng)的檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號進行檢測，從而具有良好的抗干擾和抗遠近效應性能，降低了系統(tǒng)對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。

4結束語

盡管4G移動通信系統(tǒng)目前還只是一個基本概念，定義仍然還不明確，仍處于實驗室研究開發(fā)階段，在其他關鍵性技術上如：信道編碼、高性能接收機技術等方面還不完善。但是，作為新一代移動通信技術，其發(fā)展的前景是不可限量的。4G技術的發(fā)展和實現(xiàn)，將真正實現(xiàn)我們充滿個性化的通信夢想。