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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。
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