對4G系統中信號處理硬件平臺的研究和實現

黎碧霞

【摘要】 移動通信在逐步的發展之中，逐漸成為當代通信領域中最具潛力的技術，它擁有廣闊的發展前景，因此，4G通信是目前國內國外都重點研究的技術。與3G通信相比，4G通信的兼容性更加好，無論是在技術要求還是在應用場合上都有了很大的提升。隨著時代和技術的不斷發展進步，4G通信必將能夠適應人們各個方面的生活，方便人們更好的進行溝通交流。

【關鍵詞】 4G系統 信號處理技術 移動通信

前言：4G通信系統是繼3G通信系統發展而來的，解決了3G通信系統中各方面不兼容的問題。解決問題并不能僅僅依靠單獨的一項技術，是分階段逐步解決，綜合運用各種可能的技術來改進通信問題。新一代的信號處理硬件平臺需要具備很多性能，例如，它應該是一個模塊化處理技術，并且可以進行擴展，具備通用性，同時對于軟件兼容和自定義都能很好的處理等，這樣的性質才能夠保證移動基站系統更加靈活，不受限制，再配置性和通用性也能夠很好地體現。

一、4G通信系統的簡介

1.1 4G系統的定義

4G是對于第四代無線傳輸技術的簡稱，是一種利用寬帶進行移動通信的階段，是在3G的基礎上有所改進和發展而產生的一種技術。近年來，網絡以及多媒體技術迅速發展，使用者已經慢慢適應了通過影像進行直接面對面對話的溝通方式，并且對于這種溝通方式的要求也越來越高。因此，使用者就希望通過4G的通信技術來滿足他們各式各樣的要求，提供更加多樣化的業務種類，比如接入因特網、圖像的傳輸、視頻的點對點播放、個人數據的傳送以及可以實時地收看電視節目，同時，人們也更加希望通信方式擁有更好的人機互動，這樣在人們進行操作時，就會更加便利。而4G通信不僅僅能夠滿足人與人之間的交流，也可以實現人對機器的遠距離操控，甚至是機器對機器的操作。這種通信系統的發展將帶動我國通信方式的改變。

1.2 4G系統主要的技術特征

4G是在3G技術的基礎上發展演變而來的，增強了無線通信網絡的效率和功能，它不是一項技術，而是多種技術融合所得的產物，它不僅包含了傳統通信領域的技術，還將寬帶無線接入領域中的新技術以及廣播電臺領域的技術融入其中，4G能夠比3G更加接近于人的生活，抗干擾的能力更強。

4G通信系統本身具備很好的傳輸數據的速度和質量，能夠在相同的情況下承載更多的多媒體信息；4G通信系統也具有更加靈活豐富的業務功能，其平臺更加開放，有很好的重構性，自治、自適能力強能夠很好地滿足不同用戶在各種環境下對于通訊能力地需要；同時，4G通信系統比3G更加安全，期鑒別能力和防范性能都更加出色，用戶可以更加放心地使用。

二、4G通信系統中信號處理硬件平臺的關鍵技術

2.1 OFDMA技術

在未來，對于無線多媒體業務的要求是既能夠快速地傳遞數據，又要保證所傳遞的數據的質量，這就需要進行服務的調制解調技術具備較高的信元速率和較長的碼元周期，OFDMA技術恰巧符合這些要求。OFDMA技術實質上是一種在無線的環境下能夠進行高速傳輸的技術。這項技術最大的特點是能夠改進頻率選擇隨時間衰落的缺點，并且能夠抵抗窄帶的干擾，因此，在傳輸過程中能夠盡可能減少各種子載波之間的干擾，從而更加有效地利用高頻譜。

2.2 軟件無線電

軟件無線電是一種利用一個較為具有通用性的硬件平臺來將一些已經標準化的、模塊化的硬件功能部分，通過軟件加載的方法，實現多種無線通訊系統的綜合利用的技術。針對于不同的系統，可以設計不同的軟件程序，在統一的硬件平臺上進行一種方式的數據漫游。盡量在距離天線近的地點設定寬帶A/D和D/A兩種轉換器，盡量多的利用軟件來實現無線功能是這項技術的中心思想。比較重要的軟件有進行信號流轉換的軟件、編制調制解調算法的軟件、信道示錯和信源的編碼軟件以及各種種類的針對無線信號的規定和處理的軟件。軟件無線電的技術主要包括針對數字信號的處理軟件、當場可進行編程的器件、對于數字信號的處理軟件等等。

2.3 智能天線技術

智能天線技術是發展移動通信技術的關鍵，也是未來移動通信系統中的重要技術，主要取決于其良好的抗其它信號干擾、能夠自動進行信號追蹤和調節數字波的特點。通過智能天線技術所形成的波具有十分優良的抗信號干擾的特性，能夠有選擇地識別需要增強的信號，并能夠增強其波束。這項技術不僅可以提高傳輸信號的質量，又可以增加傳輸信號的容量。智能天線技術現如今的工作形式分為全自動形式和在預多波束基礎上進行波束互換的形式，第一種形式能夠在理論上實現最優化，但是所進行的算法中所需要的數據量和進行數據計算的過程都比較多，容易出錯，并且難易定位單一的用戶。而第二種方式會根據不同的需要選擇不同的工作模式，所以這項技術更容易實現，是智能天線技術的關鍵。

2.4 MIMO技術

MIMO技術是同時在基站和移動終端兩個位置都設有多個天線。這項技術可以為整個通信系統提供系統空間的重復利用和空間的分散集中的收益。這項技術可以充分利用數據傳輸的頻譜利用率，對空間進行分散和集中，更加有效地利用，改善無線信道的性能，提高數據傳輸系統的容量和所覆蓋的范圍。

三、4G通信系統面臨的問題

3.1 4G通信系統中信號的穩定性問題

4G通信系統終端的最大特點就是其具有很高的移動性，增強網絡層的移動性是4G通信系統的首要任務。移動性主要是指在不同的時間段、不同地點進行網絡連接時都能夠順暢無阻礙，同時應保持信號的穩定性。其中，數據的鏈路層具備很好的移動性是支持信號穩定性的的關鍵。一個普通的移動IP應該是一種最簡單的但是可以適用于國際數據漫游的移動用戶。

3.2 4G通信系統中信號的強度和質量問題

對于4G通信系統來說，實時的定位管理和快速無痕切換效率都需要提高，通過使用一些新開發的網絡結構和管理方案能夠較好的解決這些問題。這就需要選擇一些較高效的數據發送和數據切換的協議，這會使數據丟失和數據發送延遲的問題得以改善。在發展4G系統的過程中要不斷開發新的頻譜資源，充分利用頻譜，根據需要選擇適合的數據傳輸技術，以增強數據傳輸時信號的強度和質量。

四、國際上對于4G通信系統中信號處理硬件平臺的研究和實驗

世界上許多發達國家都正在積極進行對于4G通信系統的研究。4G通信的各項運行規則和標準是由國際電信聯盟的電信標準局統一規定并實行的。4G通信系統的通信技術已經在美國、日本等一些發達國家實現了密集化發展，其研發和市場化都已經發展到了一定的水平。為了實現用戶移動性的擴大，這些發達國家進行了新的研究。近年來，我國的4G通信技術也得到了很大的發展，許多公司都進行了對于4G的研究。

五、結語

4G系統的出現是為了更好的滿足人們越來越提高的對于通訊的需求，能夠更加迅速地傳輸數據，無論人們身處何地，這就是4G通信系統為人們創造的通訊環境。4G通信系統采用的一系列先進的技術和算法，是4G通信系統能夠滿足人們需要的基礎，有了這些先進的技術，4G通信系統才有了區別于3G通信系統的獨有的優點。我國的4G通信系統仍需要更加深入的分析與研究，在掌握現有技術的基礎上，開發新的技術，使4G通信系統更加完善，更加適用于人們的生活。

同時，將4G通信技術與我國的移動通信產業相結合，使我國的移動通信產業更加快速地發展，擁有更加廣闊并且強大的市場。

參 考 文 獻

[1] 王志勤，無線移動通信的發展，2009中國互聯網大會，2009年11月

[2] 李亞卓，王勇，張平，“B3G/4G TDD試驗平臺框架及研究現狀”，移動通信，2006年10月：41一45

[3] 彭木根，王文博，TD一SCDMA移動通信系統，第3版，機械工業出版社，2009年7月