淺析第四代移動(dòng)通信

引言

移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)歷了3個(gè)主要發(fā)展階段。每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。第一代起源于20世紀(jì)80年代，主要采用模擬和頻分多址（FDMA）技術(shù)。第二代（2G）起源于90年代初期，主要采用時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）技術(shù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供快捷方便的無線應(yīng)用。但是第三代移動(dòng)

通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)，盡管其傳輸速率可高達(dá)2 Mb/s，仍無法滿足多媒體通信的要求，因此第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）的研究勢在必行。

一、4G的定義及其技術(shù)要求

第四代移動(dòng)通信技術(shù)可稱為廣帶（Broadband）接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱超過2 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，對(duì)全速移動(dòng)用戶能提供150 Mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù)，將首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)（基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng)），集成不同模式的無線通信，移動(dòng)用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其廣帶無線局域網(wǎng)（WLAN）能與B-ISDN和ATM兼容，實(shí)現(xiàn)廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(wǎng)（IBCN），他還能提供信息之外的定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。其主要技術(shù)要求是：

（1）通信速度提高，數(shù)據(jù)率超過UMTS，上網(wǎng)速率從2 Mb/s提高到100 Mb/s。

（2）以移動(dòng)數(shù)據(jù)為主面向Internet大范圍覆蓋高速移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，改變了以傳統(tǒng)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)為主設(shè)計(jì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)觀念。

（3）采用多天線或分布天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及終端形式，支持手機(jī)互助功能，采用可穿戴無線電，可下載無線電等新技術(shù)。

（4）發(fā)射功率比現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)降低10～100倍，能夠較好地解決電磁干擾問題。

（5）支持更為豐富的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，包括高分辨率實(shí)時(shí)圖像業(yè)務(wù)、會(huì)議電視虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)。

二、4G的關(guān)鍵技術(shù)

1.OFDM（正交頻分復(fù)用）

OFDM技術(shù)實(shí)際上是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾（ICI）。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。由于OFDM技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，是對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N潛在的解決方案，因此被公認(rèn)為4G的核心技術(shù)之一。

2.軟件無線電

軟件無線電（Software Defined Radio，簡稱SDR），就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。即整個(gè)無線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。

3.智能天線

智能天線是波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。多波束天線在一個(gè)扇區(qū)中使用多個(gè)固定波束，而在自適應(yīng)陣列中，多個(gè)天線的接收信號(hào)被加權(quán)并且合成在一起使信噪比達(dá)到最大。與固定波束天線相比，天線陣列的優(yōu)點(diǎn)是除了提供高的天線增益外，還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，其基本工作原理是根據(jù)信號(hào)來波的方向自適應(yīng)地調(diào)整方向圖，跟蹤強(qiáng)信號(hào)，減少或抵消干擾信號(hào)。智能天線的核心是智能算法，而算法決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速率，因此需要選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。

4.IPv6協(xié)議

4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。

（1）巨大的地址空間。在一段可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂癯龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址。

（2）自動(dòng)控制。IPv6還有另一個(gè)基本特性就是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球惟一的路由地址。

（3）服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量（QoS）包含幾個(gè)方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。IPv6報(bào)頭中新增加的字段“流標(biāo)志”，有了這個(gè)20位長的字段，在傳輸過程中，中國的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開處理任何IP地址流。

（4）移動(dòng)性。移動(dòng)IPv6（MIPv6）在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址（home address），這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí)，通過一個(gè)轉(zhuǎn)交地址（care-of address）來提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。移動(dòng)設(shè)備每次改變位置，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對(duì)應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。

三、結(jié)束語

由于4G與1～3G相比具有通信速度更快，網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬，通信更加靈活，智能性能更高，兼容性能更平滑等優(yōu)點(diǎn)，4G將成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。相信不久的將來4G將一統(tǒng)移動(dòng)通信的天下，產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。