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4G移動通信技術(shù)展望

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4G移動通信技術(shù)展望

【摘要】4g移動通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢介紹,4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的研究,最后介紹對未來移動通信技術(shù)展望。

【關(guān)鍵詞】4G;移動通信;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);正交頻分復(fù)用

14G移動通信系統(tǒng)的優(yōu)勢

4G是the4thGenerationcommunicationsystem的縮寫,指第四代移動通信系統(tǒng),第三代無線通信與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的第三代通信系統(tǒng)。它是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像,其圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度與高清電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載,比撥號上網(wǎng)快2000倍,上傳速度也達到了20Mbps,并能夠滿足用戶對于無線服務(wù)的所有要求。

1.14G無線通信能夠?qū)崿F(xiàn)的目標

4G無線通信可以提供更高的傳輸速率(室內(nèi)的傳輸速率為100Mbps-1Gbps,室外的傳輸速率為數(shù)十至數(shù)百Mbps,信道射頻帶寬為數(shù)十MHz,頻譜效率為幾到數(shù)十bps/Hz);支持更高的終端移動速度(250km/h);全IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、承載與控制分離;提供無處不在的服務(wù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同;提供更為豐富的分組多媒體業(yè)務(wù)。

1.24G的主要優(yōu)勢

通信速度更快,第四代通信系統(tǒng)理論上達到100Mbps傳輸無線信息;網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬,每個4G信道占有100MHz的頻譜;通信更加靈活,4G通信不僅可以隨時隨地通信,而且能夠雙線下載、傳遞資料、圖片、影像等;智能性能更高,4G通信終端的不但設(shè)備設(shè)計和操作更具智能化,而且可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)購票、電視直播等功能;兼容性能更平滑,現(xiàn)有通信用戶能夠在投資更好的情況下輕易的過渡到4G通信;提供各種增值服務(wù),4G采用正交頻分復(fù)用技術(shù),這樣人們可以實現(xiàn)無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無線增值服務(wù);實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信,4G能夠?qū)⒄Z音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息通過寬頻信道傳送出去。

24G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

2.14G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層,分別是:物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。其中物理網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)提供接入和路由選擇的功能,物理層的這些功能由無線與核心網(wǎng)的結(jié)合來完成。其次中間環(huán)境層擁有QoS映射、地址變換和安全性管理等功能,物理網(wǎng)絡(luò)層和中間環(huán)境層的接口是開放的,這樣使得物理網(wǎng)絡(luò)層和中間環(huán)境層之間的發(fā)展和提供新的應(yīng)用服務(wù)變得更加容易和簡單,提供了無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù),同時運行于多個頻帶。這樣的服務(wù)能自適應(yīng)多個無線標準和多模終端的能力,而且跨越了多個運營者和服務(wù),提供了更大范圍的服務(wù)

2.2正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)

正交頻分復(fù)用技術(shù),屬于MCM多載波調(diào)制的一種。OFDM的調(diào)制和解調(diào)是分別利用IFFT和FFT來實現(xiàn)的,它將復(fù)雜度降到了最低、應(yīng)用范圍最廣的一種多載波傳輸方案。在通信系統(tǒng)的傳輸過程中,信道提供的帶寬往往比傳送一路信號所需的帶寬要寬許多。如果我們使用一個信道來傳送一路信號,這樣將造成很大的浪費,所以為了更好的充分利用信道的帶寬,就必須采用頻分復(fù)用的方法。正交頻分復(fù)用多載波技術(shù)是把信道分成若干個正交子信道,將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的低速數(shù)據(jù)流,調(diào)制到每個子信道上進行傳輸,這樣就充分提高了信道的使用效率。正交信號可通過信道后,在接收端采用相關(guān)技術(shù)進行分開,這可減少信道之間的相互干擾。信道的相關(guān)帶寬大于每個子信道上的信道帶寬,所以每個子信道可以看成平坦性衰落,從而消除碼間串?dāng)_。每個子信道的帶寬只占用原信道帶寬的一小部分,信道均衡變得相對容易實現(xiàn)。

2.3多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)

MIMO技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線,使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收,從而改善通信質(zhì)量。無線電發(fā)送的信號被反射時,會產(chǎn)生多份信號。每份信號都是一個空間流。MIMO允許多個天線同時發(fā)送和接收多個空間流,并能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號。MIMO技術(shù)的應(yīng)用,使空間成為一種可以用于提高性能的資源,并能夠增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。

2.4光時分復(fù)用技術(shù)(OTDM)

OTDM是多路信號可以在同一個信道中傳輸?shù)囊环N方法,這種方法是使多路信號分別占有不同的時間間隙,從而在同一信道中傳輸互不干擾,實現(xiàn)多路復(fù)用。光時分復(fù)用應(yīng)用寬帶的光電器件代替了電子器件,從而可以避免高速電子器件所造成的限制,可以實現(xiàn)高達幾十Gbit/s乃至幾百Gbit/s的高速傳輸。OTDM支路數(shù)據(jù)具有任意速率等級,相對容易實現(xiàn)和現(xiàn)在技術(shù)兼容;因為是單波長傳輸,大大簡化了放大器級聯(lián)管理和色散管理;網(wǎng)絡(luò)的總速率雖然很高,但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,電子器件只需以本地的低數(shù)據(jù)速率工作;OTDM和WDM的結(jié)合可支撐未來超高速光通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)。

2.5智能天線技術(shù)(SA)

我們將波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線稱為智能天線。抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能是智能天線所特有的,智能天線技術(shù)是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線可以顯著降低用戶信號彼此之間的干擾,它相當(dāng)于空時濾波器,是多個指向不同用戶的并行天線波束所控制的??傮w來說,智能天線提高了移動通信系統(tǒng)的性能:擴大了系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域;增加了系統(tǒng)的容量;提高了頻譜的利用效率;降低了基站的發(fā)射功率,節(jié)省了系統(tǒng)的成本,并且減少了信號間干擾和電磁環(huán)境的污染。

2.6基于全IP的核心網(wǎng)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)可實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接,它是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案,并且能提供端到到的IP業(yè)務(wù),能通已有的核心網(wǎng)與PSTN兼容。核心網(wǎng)能允許各種空中接口接入,與此同時也能將業(yè)務(wù)、控制、傳輸?shù)确珠_,因為它是一個開放的結(jié)構(gòu)。因IP與無線接入?yún)f(xié)議相兼容,核心網(wǎng)的設(shè)計可以有很大的靈活性,無需考慮無線接入需采用何種方式和協(xié)議,在4G通信系統(tǒng)中主要采用全分組方式的IPv6技術(shù)。IPv6技術(shù)具有以下優(yōu)點:擁有巨大的地址空間;支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式;具有移動性;能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量。

3展望4G

4G將會更加平民化,我們也將跑步進入真正的移動帶寬時代。4G時代勢必建成一個移動互聯(lián)網(wǎng)大平臺,很多人將通過這個平臺來收獲財富,也可以進行消費,可以借助4G移動寬帶進行虛擬現(xiàn)實的溝通,我們將開始真正的生活在網(wǎng)上。

參考文獻:

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[2]田飛.4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)[J].中國新通信,2012(11):18.

[3]廖昕.MIMO無線通信系統(tǒng)的跨層設(shè)計研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2010.

作者:池其軍1、2 單位:1.福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院 2.福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院