4G網絡的組網技術研究

李天明 孫永方

【摘要】 通信技術日新月異，給人們帶來不少享受。隨著數據通信與多媒體業務需求的發展，適應移動數據、在我們還沒有完全享受3G移動通信系統商所帶來服務的同時，4G移動通信技術的研究已經在逐步的進行著。本文簡要分析了4G的網絡結構、4G的關鍵技術（如OFDM，軟件無線電，智能天線技術，MIMO技術）、 比較了3G和4G不同指標、分析了3G和4G采用的不同技術。 初步探討了4G的現狀和發展。

【關鍵詞】 4G 網絡通信 技術研究

一、移動通信4G網絡概述

隨著3G在2001年開始于日本和韓國投入商用后，近年來全球發展越來越快速，布建3G系統及啟動3G服務的國家數目與日遽增；不過由于用戶對移動通信系統的數據傳輸速率要求越來越高，而3G系統實際所能提供的最高速率雖然號稱可達2Mbps，但目前最高的也只有384kbps，并不能滿足用戶的實際需求，因此國際電信聯盟（ITU）及各廠商們亦在開始思索4G系統的研究和技術標準制定。就ITU對4G的系統標準定義，主要是集3G與WLAN于一體，能夠傳輸高質量視頻圖像，傳輸速率達到100Mbps，上傳速度20Mbps，并能夠滿足所有用戶對于無線服務的要求，且價格與固定寬帶網絡相同，并實現商業無線網絡、局域網、藍牙、廣播、電視衛星通信等的無縫連接并相互兼容。4G具有更高的數據率和頻譜利用率，更高的安全性、智慧性和靈活性，更高的傳輸質量和服務質量（QoS）。4G系統應體現移動與無線接入網及IP網絡不斷融合的發展趨勢。因此4G 系統應當是一個全IP的網絡。

二、4G網絡中的關鍵技術

1、OFDM。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復用技術， OFDM系統的主要技術OFDM系統對定時和頻率偏移敏感，特別是實際應用中可能與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式結合使用時，時域和頻域同步顯得尤為重要。與其他數字通信系統一樣，同步分為捕獲和跟蹤兩個階段。在下行鏈路中，基站向各個移動終端廣播式發送同步信息，所以，下行鏈路同步相對簡單，較易實現。在上行鏈路中來自不同移動終端的信號必須同步到達基站，才能保證載波間的正交性。實際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調制的一種。其主要原理是：將待傳輸的高速串行數據經串并變換， 變成在子信道上并行傳輸的低速數據流， 再用相互正交的載波進行調制， 然后疊加一起發送。 接收端用相干載波進行相干接收， 再經并串變換恢復為原高速數據。 OFDM技術的有很多優點：可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率；適合高速數據傳輸；抗衰落能力強；抗碼間干擾（ISI）能力強。

2、軟件無線電。軟件無線電（SDR）是將標準化、模塊化的硬件功能單元經一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現各類無線電通信系統的一種開放式結構的技術。其中心思想是使寬帶模數轉換器（A/D）及數模轉換器（D/A）等先進的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。其軟件系統包括各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。軟件無線電技術主要涉及數字信號處理硬件（DSPH）、現場可編程器件（FPGA）、數字信號處理（DSP）等[2] 。

3、多輸入多輸出（MIMO）技術 。在基站端放置多個天線，在移動臺也放置多個天線，基站和移動臺之間可形成MIMO通信鏈路。MIMO技術在不需要占用額外的無線電頻率的條件下，利用多徑來提供更高的數據吞吐量，并同時增加覆蓋范圍和可靠性。它解決了當今任何無線電技術都面臨的兩個最困難的問題，即速度與覆蓋范圍。也就是說，可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。多輸入多輸出技術（MIM0）是指在基站和移動終端都有多個天線。MIM0技術為系統提供空間復用增益和空間分集增益。空間復用是在接收端和發射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個子信道發射信號，使容量隨天線數量的增加而線性增加。空間分集有發射分集和接收分集兩類。基于分集技術與信道編碼技術的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領域的研究熱點。MIM0技術可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統的容量及覆蓋范圍。

4、基于IP的核心網。4G通信系統選擇了采用IP的全分組方式傳送數據流，因此IPv6技術是下一代網絡的核心協議。選擇IP主要基于以下幾點考慮：巨大的地址空間。IPv6地址為128位，代替了IPv4的32位，地址空間大于3.4∈1038。如果整個地球表面（包括陸地和水面）都覆蓋著計算機，那么IPv6允許每平方米擁有7∈1023個IP地址。可見，IPv6地址空間是巨大的。在一段可預見的時期內，它能夠為所有可以想象出的網絡設備提供一個全球唯一的地址。自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態或有狀態兩種地址自動配置方式。無狀態地址自動配置方式是獲得地址的關鍵。在這種方式下，需要配置地址的節點使用一種鄰居發現機制獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后，它使用另一種即插即用的機制，在沒有任何人工干預的情況下，獲得一個全球唯一的路由地址。對于有狀態地址配置機制，如DHCP（動態主機配置協議），需要一個額外的服務器，因此也需要很多額外的操作和維護。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，能允許各種空中接口接入核心網；核心網能把業務、控制和傳輸等分開。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。

三、我國4G的發展前景

21世紀我國移動通信還有一個巨大的發展空間同，這為我國移動通信的發展提供了前所未有的機遇，同時也帶來了嚴峻的挑戰。為此，我們有必要在大力開發第三代移動通信技術系統的同時，提前作好準備，積極參與ITU關于第四代移動通信標準建議的研究，掌握世界移動通信技術的研究動向和最新成果，加強國際合作，關注并積極進行第四代移動通信技術的研究與開發工作，把第四代移動通信的研發與建立我國移動通信產業結合起來，加快我國移動通信產業的發展，使我國的移動通信產業在國內外擁有強大的市場。

參 考 文 獻

[1]江宇.移動通信網絡優化[J].技術與市場，2007，（05）.

[2]申艷秋.GSM移動通信網絡優化[J].黑龍江科技信息，2010，（10）.

[3]崔繼友，程偉華，李富林，葉亮.移動通信技術的發展[J].中國證券期貨，2010，（06）.