淺析第四代移動通信

淺析第四代移動通信

引言

移動通信技術飛速發展，已經歷了3個主要發展階段。每一代的發展都是技術的突破和觀念的創新。第一代起源于20世紀80年代，主要采用模擬和頻分多址（FDMA）技術。第二代（2G）起源于90年代初期，主要采用時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）技術。第三代移動通信系統（3G）可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數據，從而提供快捷方便的無線應用。但是第三代移動

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

一、4G的定義及其技術要求

第四代移動通信技術可稱為廣帶（Broadband）接入和分布網絡，具有非對稱超過2 Mb/s的數據傳輸能力，對全速移動用戶能提供150 Mb/s的高質量影像服務，將首次實現三維圖像的高質量傳輸。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統和互操作的廣播網絡（基于地面和衛星系統），集成不同模式的無線通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。其廣帶無線局域網（WLAN）能與B-ISDN和ATM兼容，實現廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網（IBCN），他還能提供信息之外的定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能。其主要技術要求是：

（1）通信速度提高，數據率超過UMTS，上網速率從2 Mb/s提高到100 Mb/s。

（2）以移動數據為主面向Internet大范圍覆蓋高速移動通信網絡，改變了以傳統移動電話業務為主設計移動通信網絡的設計觀念。

（3）采用多天線或分布天線的系統結構及終端形式，支持手機互助功能，采用可穿戴無線電，可下載無線電等新技術。

（4）發射功率比現有移動通信系統降低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通信業務，包括高分辨率實時圖像業務、會議電視虛擬現實業務。

二、4G的關鍵技術

1.OFDM（正交頻分復用）

OFDM技術實際上是MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調制）的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾（ICI）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。由于OFDM技術由于具備上述特點，是對高速數據傳輸的一種潛在的解決方案，因此被公認為4G的核心技術之一。

2.軟件無線電

軟件無線電（Software Defined Radio，簡稱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。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。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數字/模擬”轉換器，盡早地完成信號的數字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現。軟件無線電是一種基于數字信號處理（DSP）芯片以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結構。

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陣列天線。多波束天線在一個扇區中使用多個固定波束，而在自適應陣列中，多個天線的接收信號被加權并且合成在一起使信噪比達到最大。與固定波束天線相比，天線陣列的優點是除了提供高的天線增益外，還能提供相應倍數的分集增益。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能，其基本工作原理是根據信號來波的方向自適應地調整方向圖，跟蹤強信號，減少或抵消干擾信號。智能天線的核心是智能算法，而算法決定電路實現的復雜程度和瞬時響應速率，因此需要選擇較好算法實現波束的智能控制。

4.IPv6協議

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，因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。

（1）巨大的地址空間。在一段可預見的時期內，它能夠為所有可以想像出的網絡設備提供一個全球惟一的地址。

（2）自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置的方式。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，獲得一個全球惟一的路由地址。

（3）服務質量。服務質量（QoS）包含幾個方面的內容。從協議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的優點體現在能提供不同的服務。IPv6報頭中新增加的字段“流標志”，有了這個20位長的字段，在傳輸過程中，中國的各節點就可以識別和分開處理任何IP地址流。

（4）移動性。移動IPv6（MIPv6）在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性。每個移動設備設有一個固定的家鄉地址（home address），這個地址與設備當前接入互聯網的位置無關。當設備在家鄉以外的地方使用時，通過一個轉交地址（care-of address）來提供移動節點當前的位置信息。移動設備每次改變位置，都要將它的轉交地址告訴給家鄉地址和它所對應的通信節點。

三、結束語

由于4G與1～3G相比具有通信速度更快，網絡頻譜更寬，通信更加靈活，智能性能更高，兼容性能更平滑等優點，4G將成為行業關注的焦點。相信不久的將來4G將一統移動通信的天下，產生巨大的社會效益和經濟效益。