淺析新一代移動通信無線技術

廖天亮

（貴州日海捷森通信工程有限公司，貴州 貴陽 550002）

14G系統的關鍵技術

4G具有較高的數據速率和頻譜利用率，能夠提供多媒體業務，能夠實現全球無縫隙漫游，具有更高的安全性、智能性、靈活性以及更高的傳輸質量和服務質量，能支持非對稱性傳輸，并可支持多種業務。這些相對于3G系統所表現出的優點主要是由于使用了許多新興的、先進的無線通信技術。4G系統最主要的關鍵技術如下：

1.1 智能天線技術

智能天線主要是指自適應天線陣列，是利用移動用戶和基站間各個傳輸鏈路空間特征的差異，在基站端運用信號處理技術和軟件技術，通過多天線陣元結構，產生特定方向特性(主波束對準移動用戶信號方向，旁瓣或鄰瓣對準干擾信號方向)的天線波束，在同一信道上減少多個移動用戶接收和發送信號的干擾，提高頻譜利用率的一種分集技術，其本質是利用相位關系抑制多址干擾和多徑干擾。

智能天線技術的發展主要是考慮智能天線和移動通信環境的特性，如電波的傳播特性、干擾和信號帶寬的有效性等，通過鏈路級和系統級的仿真與實際驗證，綜合利用計算機處理技術優化天線陣列參數和設計數據業務的最優傳輸模式。

智能天線除了在提高頻譜利用率、抑制干擾等方面的優點外，還可以通過基站對移動用戶發射信號的空間特征矩陣的分析，實現對用戶空間位置的較精確定位。

1.2 OFDM技術

正交頻分復用技術是一種無線環境下的高速傳輸技術，與3G的CDMA技術顯著不同。它是對多載波調制技術的改進，可以認為是整個4G技術的核心。

在高速移動的無線通信環境中，多普勒頻移和多徑效應會對信號的正確接收產生顯著的干擾。OFDM技術是對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾的有效途徑，其基本原理是在頻域內對傳輸信道進行分解，使各子載波相互正交，然后將高速數據流分解為多個低速數據片段，在各子載波上分別進行調制，使串行通信變換為多個獨立子信道上的并行通信。一方面使每個子信道變得相對平坦，某個時刻只會有少部分信道受到深衰落的影響，不至于一次干擾就導致整個鏈路的失敗，有效抑制了頻率的選擇性影響。另一方面由于高速數據流也進行了分解，每個子信道上傳輸的信號帶寬小于信道的相應帶寬，信號波形間的干擾也大大減少。

1.3 MIMO技術

多輸入多輸出技術本質是一種分集技術，是多天線技術的發展。它利用多個天線在收發兩端同時工作，在空域上擴展傳輸通道進而提高系統的傳輸速率。并行工作的各個發送和接收天線通過角度擴展等多種途徑減少空間相關，當彼此的信道沖擊和響應相互獨立時，信道的容量或者傳輸能力將隨著天線數目的增加而線性增加，這樣系統的通信能力將可以在不增加天線的發射功率和系統帶寬的情況下得到成倍提高。

MIMO技術是無線通信領域的重大突破，發展潛力巨大。通過近幾年的不斷完善和改進，已經越來越多地應用到各種無線通信系統中，被認為是現代無線通信的關鍵技術之一。其優點可以概括為：可降低碼間干擾、可提高空間分集增益、可提高無線信道容量和頻譜利用率。

1.4 切換技術

切換技術指的是移動終端從一個通信覆蓋區移動到另一個通信覆蓋區，為保持通信業務連續性而改變信道所進行的鏈路偵測、仲裁和建立、斷開等操作的綜合技術。切換是蜂窩移動通信系統中保持用戶移動性的基本技術，是4G實現無縫、可靠漫游的基礎。

切換的實現在方式上可分為硬切換、接力切換、軟切換和更軟切換等多種方式，切換的發生時機包括移動終端在不同網絡之間的接入和在不同基站之間的移動，也包括在同一基站的不同扇區或者不同頻率之間的遷移，還包括隨著信道變化進行鏈路的更新等情況。

現有的切換控制機制主要有兩種，一種是由智能化移動終端進行端口信號的強度和質量的檢測，由終端的軟件系統進行判決，主動發起和完成切換操作，另一種是由移動用戶臨近的基站監測各通信鏈路的信號狀態，交換網中心根據監測數據完成切換。

DSP和軟件技術是4G切換技術的關鍵組成，高效智能的切換算法可以顯著提高系統的切換效率和質量。在4G中將會綜合兩種控制機制的優點，發揮終端智能軟件的優勢，實現以軟切換為主，輔助其它切換方式的綜合切換技術。

1.5 軟件無線電技術

軟件無線電是改變傳統的無線終端的設計以硬件為核心的觀念，強調以可配置、可升級的軟件編程和DSP技術為核心，盡量以最簡化的、開放的、標準化的通用硬件平臺來實現無線數據收發功能的設計技術。

在系統組成上，軟件無線電的硬件部分主要包括天線、射頻前端、寬帶數字/模擬轉換器件、數字信號處理器件等基本單元。天線覆蓋頻段一般比較寬，頻段特性均勻，射頻前端完成發射時的上變頻、濾波、功放以及接收時的濾波、放大和下變頻等功能。信號在完成數字化的轉換以后，幾乎全部的工作都由軟件來處理。

軟件部分主要包括類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、調制解調算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。主要的通信子功能如基帶處理、工作頻段設置、數據格式、通信協議等全部用代碼實現，即通過軟件編程，使通用硬件平臺成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號傳輸與處理的無線電系統。

軟件無線電的靈魂是軟件。針對傳統的功能相對單一、難以擴展的硬件單元進行分析，通過建立適當的數學模型，研究高效實時的處理算法，開發出相應的軟件模塊來替代、提升相對應的硬件功能，是提高系統靈活性和擴展升級能力的有效途徑。

軟件無線電技術是解決移動終端在不同無線環境中工作的關鍵技術，伴隨芯片處理能力的提高和DSP技術的進步，發展空間很大，對于4G支持多種業務的完整融合，支持各類媒體及網絡協議之間的“無縫連接”非常重要。

1.6 對4G的討論

當無線通信系統從模擬技術為主發展到現在的全數化以后，軟件的地位和作用就一步步得到增強。軟件技術突出優點在于易升級、易擴展和基本上不占體積。隨著通技術發展的速度越來越快，新技術的更新對保護運營商和戶的現有投資是一對日漸突出的矛盾，智能手機和移動終的小型化更一直是設計者努力的方向，而軟件技術的推廣疑是解決這些問題的最有效方式。

4G的軟件無線電技術、智能天線技術、分組交換技術、據融合技術和切換技術都將在很大程度上依賴軟件的實現手機芯片上的軟件從單一的控制程序升級為獨立的操作系已經是大勢所趨，Android、Symbian、iOS和wp7現在已成為熟能詳的名詞。預計要不了多久，移動終端和智能手機上軟件數量將超過臺式電腦。

結束語

移動計算機是當前IT領域內發展速度最快的產業之一，其發展趨勢是高性能、低功耗、小型化和無線互聯。一般認為，高速數據通信能力和無線網絡互聯能力是移動計算機性能評價的主要方面，因此，無線通信技術的進步對移動計算機發展的意義就顯得非同一般。各大計算機企業已紛紛把目光投向移動通信領域。

[1]王丹萍.無線通信技術發展與應用[M].沈陽大學信息工程學院，2010-12-04.

[2]田桂花.淺談無線通信技術的發展[J].價值工程，2010-08-08.