4G移動通信的核心技術(shù)

　　摘 要：隨著同Internet的結(jié)合以及IP化無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，4G技術(shù)成為高容量以及高傳輸速率的移動通信技術(shù)，能夠滿足用戶的個性化需求，同時有著成本小以及安全性高的優(yōu)點，可以同時滿足多種業(yè)務(wù)傳輸。本文簡要介紹4G通信技術(shù)的特點，并著重分析4G移動通信的核心技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：4G移動通信 MIMO OFDM 特點

　　經(jīng)濟技術(shù)的飛速發(fā)展帶動通信市場的增長，為更好適應(yīng)市場需求，同時滿足用戶的個性化需求而提供多媒體服務(wù)，第四代移動通信(4G)技術(shù)應(yīng)運而生。

　　一、4G通信技術(shù)的特點

　　4G系統(tǒng)的最高能夠達到100M/s，同時可以做到全球無縫的漫游。隨著移動通信業(yè)務(wù)逐漸從語音通話轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)、圖像以及視頻等多媒體業(yè)務(wù)，對傳輸速率要求日益提高，從而對移動通信系統(tǒng)性能也提出更高要求。帶寬是移動通信的稀缺資源，所以要使用先進技術(shù)有效利用頻率資源，從而滿足大容量高速率業(yè)務(wù)的需要。4G移動通信系統(tǒng)能夠保證用戶在任何地點以及任何時間通過任何方式接入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，能夠自由選擇應(yīng)用、業(yè)務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)，有著以下幾個方面的特點。

　　第一，高數(shù)據(jù)傳輸速率。對大范圍出于高速移動中的用戶(250km/h)來說，4G通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率為2Mbi/s;對于中速移動的用戶(60km/h)來說，數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達到20Mbi/s;低速移動中的用戶在數(shù)據(jù)速率方面能夠達到100Mbi/s。

　　第二，真正實現(xiàn)無縫漫游。4G通信技術(shù)全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確保各類媒體以及通信主機在網(wǎng)絡(luò)間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接，一部手機可以在全球任何地點通信。

　　第三，高度智能化。4G通信使用智能技術(shù)，是高度自治以及自適應(yīng)網(wǎng)，通過智能信號處理對信道條件各不相同的復(fù)雜環(huán)境相結(jié)合實現(xiàn)正常發(fā)送接收，有適應(yīng)性、智能性以及靈活性特點。第四，覆蓋性良好能。4G通信技術(shù)有著優(yōu)異的覆蓋性能同時可以實現(xiàn)高速可變速率的傳輸。第五，基于lP網(wǎng)絡(luò)。4G通信技術(shù)采用IPv6，可以在IP網(wǎng)絡(luò)上進行性話音以及多媒體業(yè)務(wù)。同時能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)帶寬分配并且調(diào)節(jié)發(fā)射功率進而提供不同業(yè)務(wù)。

　　二、4G移動通信的核心技術(shù)

　　4G移動通信的核心技術(shù)主要包括MIMO技術(shù)、OFDM技術(shù)、SDR技術(shù)以及切換技術(shù)等，在此進行簡要介紹。

　　第一，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。MIMO技術(shù)利用多天線抑制信道的衰落，通過在發(fā)送端以及接收端利用多個天線來同時發(fā)送并接收信號，如果發(fā)送以及接收天線間信道沖激響應(yīng)各自獨立，就會構(gòu)成并行空間信道。MIMO技術(shù)可以在不增加帶寬的前提下成倍提高通信系統(tǒng)容量，因而是無線通信技術(shù)的突破。

　　傳輸信息流S(k)經(jīng)過編碼形成N個子流Ci(k)，i=1，2，…，N，子流經(jīng)過N個天線發(fā)射，經(jīng)由空間信道之后由M個天線接收。多天線接收機通過空時解碼處理分開解碼數(shù)據(jù)子流。不過需要指出的是，N個子流發(fā)送到信道時信號占用同個頻帶，所以并沒有增加帶寬。如果發(fā)射以及接收天線通道獨立響應(yīng)，那么多入多出系統(tǒng)就能夠提供多個并行信道，通過信道獨立傳輸信息，從而提高數(shù)據(jù)傳輸率。系統(tǒng)容量通信系統(tǒng)的標(biāo)志，表示通信系統(tǒng)提供的最大傳輸率，如果信道獨立利用衰落信道，那么發(fā)送天線以及接收天線分別為是N和M時，信道容量C=min(N，M)Blog2(ρ/2)。B是帶寬，ρ是接收端平均信噪比[14。在功率以及帶寬一定的時候，MIMO最大容量是隨著天線數(shù)增加而增加的，在提高通信系統(tǒng)容量領(lǐng)域有著極大潛力，頻譜利用率也可以成倍提高。

　　第二，正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。該技術(shù)最初用于軍事通信，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而限制推廣應(yīng)用。OFDM的原理是將高速率數(shù)據(jù)流分成若干子載波上上的低速率數(shù)據(jù)流，在并行子載波當(dāng)中使用低數(shù)據(jù)率來提高信號持續(xù)的時間，同時頻率選擇多徑衰落信道而降低了多徑衰落影響。因為相繼OFDM信號之間能耐插入足夠長的間距，所以能夠避免信號間的干擾。OFDM 技術(shù)優(yōu)點是顯而易見的。首先是頻譜的利用率高，因為OFDM技術(shù)的頻譜效率要高出串行系統(tǒng)一倍，這對頻譜資源非常有限的移動通信環(huán)境非常重要。OFDM信號相鄰子載波理論上來說頻譜利用率能夠接近Nyquist的極限[5]，過去使用頻分多路技術(shù)將頻帶分為不相交子頻導(dǎo)致傳輸并行數(shù)據(jù)在接收端使用濾波器分離子信道，所以子信道要預(yù)留保護頻帶，導(dǎo)致頻譜的利用率比較低，OFDM系統(tǒng)子載波存在正交性所以允許子信道頻譜重疊，能夠提高頻譜資源的利用率其次是OFDM的抗多徑干擾以及選擇性衰落性能突出。因為OFDM技術(shù)將數(shù)據(jù)分散到子載波上面，從而降低子載波符號速率，也就減弱了多徑傳播帶來的影響。如果家用循環(huán)前綴來保護間隔，能夠徹底消除符號之間的干擾。再次是OFDM使用動態(tài)子載波的分配技術(shù)，可以保證通信系統(tǒng)實現(xiàn)最大比特率。選取各子信道符號比特數(shù)并分配子信道功率，使得總比特率最大，并且各子載波聯(lián)合編碼有著優(yōu)異的抗衰落能力。

　　第三，軟件無線電(SDR)技術(shù)。在4G通信系統(tǒng)中要想達到任何人在任何時間以任何形式接入的通信方式，需要保證終端可以適合各種類型接口，可以在各類網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)無縫漫游，從而在不同業(yè)務(wù)間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。SDR技術(shù)是隨著微電子技術(shù)發(fā)展而興起的新技術(shù)，是通信理論作基礎(chǔ)以及數(shù)字信號的處理為中心。SDR技術(shù)強調(diào)使用開放性硬件作為通用平臺，同時使用可升級以及可重配置的應(yīng)用軟件實現(xiàn)無線電功能。核心思想是構(gòu)造有著標(biāo)準(zhǔn)化、開放性以及模塊化硬件平臺，將調(diào)制解調(diào)類型、加密模式、工作頻段以及通信協(xié)議等功能利用軟件完成，同時昂寬帶A/D以及D/A轉(zhuǎn)換器靠近天線，從而研制出有著靈活性以及開放性的無線通信系統(tǒng)。

　　第四，切換技術(shù)。切換術(shù)是終端從某個通信覆蓋區(qū)切換到另一個覆蓋區(qū)，為了保證通信業(yè)務(wù)的持續(xù)性而改變信道所需要的鏈路偵測、仲裁以及斷開等操作的技術(shù)。切換是移動通信保持用戶移動的技術(shù)，是實現(xiàn)無縫以及漫游的基礎(chǔ)。切換實現(xiàn)可以分為硬切換、軟切換、接力切換以及更軟切換等方式。切換發(fā)生的時機一方面包括終端在各個網(wǎng)絡(luò)間的接入以及不同基站間移動，另一方面也包括同一基站不同扇區(qū)以及不同頻率間遷移，同時隨著信道情況而更新鏈路。目前切換控制的機制有兩種，一是使用智能化終端檢測端口信號質(zhì)量以及強度，由終端軟件判決，發(fā)起并完成切換，二是由移動臨近的基站監(jiān)測鏈路信號狀態(tài)，由交換網(wǎng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行切換。

　　本文對4G移動通信進行簡要介紹，重點闡述MIMO技術(shù)以及OFDM技術(shù)，兩種技術(shù)是代4G移動通信的核心技術(shù)，能夠增加系統(tǒng)容量并改進系統(tǒng)性能，在提高頻譜利用率的過程中有效處理抗頻率選擇性衰落，從而避免不必要干擾因素而提高4G移動通信技術(shù)的應(yīng)用效果。

　　參考文獻：

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　　[3]吳麗麗，劉永強.4G移動通信系統(tǒng)的信道編譯碼方案的研究[J].通信與信息系統(tǒng)，2012，9(18)：153-156.

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