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淺析第四代移動(dòng)通信
[論文關(guān)鍵詞] 移動(dòng)通信 4G 技術(shù)要求 關(guān)鍵技術(shù)
[論文摘要] 第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）與前三代移動(dòng)通信技術(shù)相比具有五大技術(shù)要求，解決了四大關(guān)鍵技術(shù)后4G將一統移動(dòng)通信的天下。
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(guān)念的創(chuàng )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(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(3G)可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話(huà)音，還能傳輸高速數據，從而提供快捷方便的無(wú)線(xiàn)應用。但是第三代移動(dòng)
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(wú)法滿(mǎn)足多媒體通信的要求,因此第四代移動(dòng)通信系統(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(chēng)為廣帶(Broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò )，具有非對稱(chēng)超過(guò)2 Mb/s的數據傳輸能力，對全速移動(dòng)用戶(hù)能提供150 Mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù)，將首次實(shí)現三維圖像的高質(zhì)量傳輸。它包括廣帶無(wú)線(xiàn)固定接入、廣帶無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò )(基于地面和衛星系統)，集成不同模式的無(wú)線(xiàn)通信，移動(dòng)用戶(hù)可以自由地從一個(gè)標準漫游到另一個(gè)標準。其廣帶無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)能與B-ISDN和ATM兼容，實(shí)現廣帶多媒體通信，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)、數據采集、遠程控制等綜合功能。其主要技術(shù)要求是：
(1)通信速度提高，數據率超過(guò)UMTS，上網(wǎng)速率從2 Mb/s提高到100 Mb/s。
(2)以移動(dòng)數據為主面向Internet大范圍覆蓋高速移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，改變了以傳統移動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)為主設計移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的設計觀(guān)念。
(3)采用多天線(xiàn)或分布天線(xiàn)的系統結構及終端形式，支持手機互助功能，采用可穿戴無(wú)線(xiàn)電，可下載無(wú)線(xiàn)電等新技術(shù)。
(4)發(fā)射功率比現有移動(dòng)通信系統降低10～100倍，能夠較好地解決電磁干擾問(wèn)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 )議電視虛擬現實(shí)業(yè)務(wù)。
二、4G的關(guān)鍵技術(shù)
1.OFDM(正交頻分復用)
OFDM技術(shù)實(shí)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(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，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，信道均衡變得相對容易。由于OFDM技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，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(shù)之一。
2.軟件無(wú)線(xiàn)電
軟件無(wú)線(xiàn)電（Software Defined Radio,簡(jiǎn)稱(chēng)SDR）,就是采用數字信號處理技術(shù),在可編程控制的通用硬件平臺上,利用軟件來(lái)定義實(shí)現無(wú)線(xiàn)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(gè)無(wú)線(xiàn)電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來(lái)完成。其核心是在盡可能靠近天線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電臺的功能盡可能地用軟件來(lái)定義和實(shí)現。軟件無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信體系結構。
3.智能天線(xiàn)
智能天線(xiàn)是波束間沒(méi)有切換的多波束或自適應陣列天線(xiàn)。多波束天線(xiàn)在一個(gè)扇區中使用多個(gè)固定波束，而在自適應陣列中，多個(gè)天線(xiàn)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(xiàn)相比，天線(xiàn)陣列的優(yōu)點(diǎn)是除了提供高的天線(xiàn)增益外,還能提供相應倍數的分集增益。智能天線(xiàn)具有抑制信號干擾、自動(dòng)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(lái)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(xiàn)的核心是智能算法,而算法決定電路實(shí)現的復雜程度和瞬時(shí)響應速率,因此需要選擇較好算法實(shí)現波束的智能控制。
4.IPv6協(xié)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(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。在一段可預見(jiàn)的時(shí)期內，它能夠為所有可以想像出的網(wǎng)絡(luò )設備提供一個(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(wú)狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式。無(wú)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，需要配置地址的節點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現機制獲得一個(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制，在沒(méi)有任何人工干預的情況下，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)體現在能提供不同的服務(wù)。IPv6報頭中新增加的字段“流標志”，有了這個(gè)20位長(cháng)的字段，在傳輸過(guò)程中，中國的各節點(diǎn)就可以識別和分開(kāi)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)設備設有一個(gè)固定的家鄉地址（home address），這個(gè)地址與設備當前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無(wú)關(guān)。當設備在家鄉以外的地方使用時(shí),通過(guò)一個(gè)轉交地址(care-of address）來(lái)提供移動(dòng)節點(diǎn)當前的位置信息。移動(dòng)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(diǎn)。
三、結束語(yǔ)
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(lái)4G將一統移動(dòng)通信的天下，產(chǎn)生巨大的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。
參考文獻:
[1]吳偉陵:移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2000
[2]丁雄:移動(dòng)通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004
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