淺析4G移動通信技術

摘 要：首先討論了未來通信系統4G的概念，然后分析了4G通信技術的特點，最后詳細分析了4G通信的可能采用的一種核心技術，從而更清楚的認識4G通信技術。

關鍵詞：OFDM；調制；無線通信

1 4G的特點

4G的特點主要表現在以下方面：①通信速率更高；②網絡頻譜更寬；③靈活性強；④兼容性好；⑥業務多樣性；⑦技術基礎較好；⑧隨時隨地的移動接入；⑨自治的網絡結構。

2 4G的關鍵技術

2.1 OFDM技術

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）技術實際上是MCM（Multi- Carrier Modulation，多載波調制）的一種。其基本原理是把高速的數據流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個子信道中進行傳輸。通過減小和消除碼間串擾的影響來克服信道的頻率選擇性衰落，將信號分割為若干個子信號，然后分別調制若干個相互正交的子載波。子載波的頻譜相互重疊，可得到較高的頻譜效率；每個子信道中符號周期相對增加，可減輕由無線信道的多徑時延擴展所產生的時間彌散影響；還可在OFDM 符號之間插入保護間隔，令保護間隔大于無線信道的最大時延擴展，這樣就可最大限度地消除由多徑帶來的符號間干擾（ISI）。而且，一般采用循環前綴作為保護間隔，從而還可避免由多徑帶來的信道間干擾（ICI）。因此，可以看出OFDM技術的應用可以有效的提高頻譜利用率，消除或減小碼間干擾；同時，跳頻方法選用正交子載波具有很好的抗衰落能力，采用自適應調制方案可以在頻譜利用率和誤碼率之間取得最佳平衡。當然，OFDM技術仍存在功率效率不高和系統復雜度較大的缺點。

2.2 智能天線技術

智能天線（通常也稱作自適應天線陣列）是一種基于自適應天線原理的移動通信技術。它是一個由多組獨立天線組成的天線陣列系統，采用空分多址（SDMA）技術，應用數字信號處理的方法，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號方向，旁瓣或鄰瓣對準干擾信號方向，使用戶獲得最大的主瓣并減小了旁瓣干擾，達到充分利用信號并消除或抑制干擾的目的。這樣不僅改善了SINR（SignaltoInterferenceandNoiseRatio，信號干擾比），還提高了系統的容量，擴大了小區的最大覆蓋范圍，減小了移動臺的發射功率。因此，智能天線技術更加適用于具有復雜電波傳播環境的移動通信系統，在4G系統中得到廣泛的應用。

2.3 軟件無線電技術

軟件無線電（Software Defined Radio，SDR），就是采用數字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協議部分全部由軟件編程來完成。軟件無線電的核心技術是用寬頻帶的無線接收機來代替原來的窄帶接收機，將寬帶模數變換器（A/D）及數模變換器（D/A）盡可能地靠近射頻天線，建立一個具有“A/D- DSP- D/A”模型的開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，從而使無線電的各種功能模塊盡可能多的采用可編程軟件來實現，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統。總之，軟件無線電是一種以現代通信理論為基礎、以數字信號處理為核心、以微電子技術為支持的基于數字信號處理（DSP）芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結構。在4G眾多關鍵技術中，軟件無線電技術是通向未來4G的橋梁。它不僅能降低開發風險，還更易于開發系列型產品。此外，它還減少了硅芯片的使用量，從而降低了運算器件的價格，其開放的結構也會允許多方運營的介入。

2.4 多用戶檢測技術

4G系統的終端和基站將用到多用戶檢測技術以提高系統的容量。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合檢測。它在傳統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，顯著提高系統容量。

2.5 基于IPv6的核心網

4G的核心網是一個基于全IP的網絡，4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數據流。目前使用的IPv4的地址長度僅有32bit，其IP地址資源即將耗盡。而IPv6具有長達 128bit的地址空間，能夠徹底解決IP地址資源不足的問題。因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。采用全IP的網絡可以實現不同網絡間的無縫互連，而且全IP也是一種低成本的集成現有網絡的方法。核心網獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業務，能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構，允許各種空中接口接入核心網；同時核心網能把業務、控制和傳輸等分開。采用IP后，所采用的無線接入方式和協議與核心網絡（CN）協議，鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入協議相兼容，因此在設計核心網絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協議。

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