4g移動通信技術要點-在線瀏覽

　　

【正文】 動的使用者（最高250km/h）頻寬需求為2Mbps，中速移動的使用者（60km/h）頻寬需求為20Mbps，低速移動或室內靜止的使用者頻寬需求為100Mbps；（2）更高儲存容量由于傳輸頻寬增大，因此資料儲存容量至少需求為3G系統的10倍以上；（3）更高相容性4G通信技術必須具備向下相容、開放介面、全球漫游、與網路互聯、多元終端應用等，并能從3G通信技術平穩過渡至4G；（4）不同系統的無縫連接行動使用者在移動中，特別是高速移動，也都能順利使用通信系統，并在不同系統間進行無縫轉換（Seamless Transitions），傳送高速多媒體資料等；（5）高度智慧化網路系統4G網路必須是高度智慧、能隨狀況自行調整的網路系統，它須具備良好的彈性以滿足不同環境與不同用戶的通信需求；（6）整合性的便利服務4G系統將個人通信、資訊傳輸、廣播服務與多媒體娛樂等各項應用整合，提供更為廣泛、便利、安全與個性化的服務。而當在通信過程進行中，4G通訊還必須保持良好的無縫連接能力，透過不同網路確保資料傳輸過程不中斷，并維持高品質與高頻寬。接下來將介紹4G通信的幾項關鍵技術。盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬。OFDM的主要缺點是功率效率不高。4G移動通信系統采用更高級的信道編碼方案(如Turbo碼、級連碼和LDPC等)、自動重發請求(ARQ)技術和分集接收技術等，從而在低Eb/N0條件下保證系統足夠的性能。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實現容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。可見對于4G系統，由于速率很高，對接收機的性能要求也要高得多。智能天線應用數字信號處理技術，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。MIMO技術(多輸入多輸出)技術是指利用多發射、多接收天線進行空間分集的技術，它采用的是分立式多天線，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。例如：當接收天線和發送天線數目都為8根，且平均信噪比為20dB時，鏈路容量可以高達42bps/Hz，這是單天線系統所能達到容量的40多倍。在無線頻譜資源相對匱乏的今天，MIMO系統已經體現出其優越性，也會在4G移動通信系統中繼續應用。軟件無線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器，并盡可能多地用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處理都盡可能用軟件實現。軟件無線電使得系統具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網絡和空中接口。基于IP的核心網移動通信系統的核心網是一個基于全IP的網絡，同已有的移動網絡相比具有根本性的優點，即：可以實現不同網絡間的無縫互聯。核心網具有開放的結構，能允許各種空中接口接入核心網；同時核心網能把業務、控制和傳輸等分開。IP與多種無線接入協議相兼容，因此在設計核心網絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協議。在實際的CDMA通信系統中，各個用戶信號之間存在一定的相關性，這就是多址干擾存在的根源。傳統的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較差；多用戶檢測技術在傳統檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對單個用戶的信號進行檢測，從而具有優良的抗干擾性能，解決了遠近效應問題，降低了系統對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統容量。四 4G網絡與傳統網絡的區別 4G通信技術并沒有脫離以前的通信技術，而是以傳統通信技術為基礎，并利用了一些新的通信技術，來不斷提高無線通信的網絡效率和功能的。與傳統的通信技術相比，4G通信技術最明顯的優勢在于通話質量及數據通信速度。隨著技術的發展與應用，現有移動電話網中手機的通話質量還在進一步提高。另外由于技術的先進性確保了成本投資的大大減少，未來的4G通信費用也要比目前的通信費用低。在發達國家，3G服務的普及率更將超過60%，那么這時就需要有更新一代的系統來進一步提升服務質量。有了這些通信終端后，我們手機用戶就可以隨心所欲的漫游了，隨時隨地的享受高質量的通信了。目前正在構思中的4G通信具有下面的特征：通信速度更快由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet的速率，因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。網絡頻譜更寬要想使4G通信達到100Mbps的傳輸，通信營運商必須在3G通信網絡的基礎上，進行大幅度的改造和研究，以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的蜂窩系統的帶寬高出許多。T的執行官們說，估計每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當于WCDMA 3G網路的20倍。未來的4G通信將使我們不僅可以隨時隨地通信，更可以雙向下載傳遞資料、圖畫、影像，當然更可以和從未謀面的陌生人網上聯線對打游戲。智能性能更高 第四代移動通信的智能性更高，不僅表現在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化，例如對菜單和滾動操作的依賴程度將大大降低，更重要的4G手機可以實現許多難以想象的功能。兼容性能更平滑要使4G通信盡快地被人們接受，不但考慮的它的功能強大外，還應該考慮到現有通信的基礎，以便讓更多的現有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過渡到4G通信。提供各種增殖服務4G通信并不是從3G通信的基礎上經過簡單的升級而演變過來的，它們的核心建設技術根本就是不同的，3G移動通信系統主要是以CDMA為核心技術，而4G移動通信系統技術則以正交多任務分頻技術(OFDM)最受矚目，利用這種技術人們可以實現例如無線區域環路(WLL)、數字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增殖服務；不過考慮到與3G通信的過渡性，第四代移動通信系統不會在未來僅僅只采用OFDM一種技術，CDMA技術將會在第四代移動通信系統中，與OFDM技術相互配合以便發揮出更大的作用，甚至未來的第四代移動通信系統也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產生，前文所提到的數字音訊廣播，其實它真正運用的技術是OFDM/FDMA的整合技術，同樣是利用兩種技術的結合。實現更高質量的多媒體通信盡管第三代移動通信系統也能實現各種多媒體通信，但未來的4G通信能滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋范圍、通信質量、造價上支持的高速數據和高分辨率多媒體服務的需要，第四代移動通信系統提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數據、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此未來的第四代移動通信系統也稱為“多媒體移動通信”。總結來說，首先必須可以容納市場龐大的用戶數、改善現有通信品質不良，以及達到高速數據傳輸的要求。由于利用了幾項不同的技術，所以無線頻率的使用比第二代和第三代系統有效得多。研究人員說，下載速率有可能達到5Mbps到10Mbps。據研究人員宣稱，4G通信的無線即時連接等某些服務費用將比3G通信更加便宜。總的來說，要順利、全面地實施4G通信，將可能遇到下面的一些困難：標準難以統一雖然從理論上講，3G手機用戶在全球范圍都可以進行移動通信，但是由于沒有統一的國際標準，各種移動通信系統彼此互不兼容，給手機用戶帶來諸多不便。技術難以實現盡管未來的4G通信能夠給人帶來美好的明天，但是別指望立刻就能用上這種技術，大約還需要5年左右的時間這項技術才能發布。例如，如何保證樓區、山區，及其它有障礙物等易受影響地區的信號強度等問題。另外在移交方面存在的技術問題，使手機很容易在從一個基站的覆蓋區域進入另一個基站的覆蓋區域時和網絡失去聯系。不過，行業專家們表示，他們相信這一問題可以得到解決，但需要一定的時間。據有關行家分析，4G手機將很難達到其理論速度。市場難以消化有專家預測在10年以后，第三代移動通信的多媒體服務將進入第三個發展階段，此時覆蓋全球的3G網絡已經基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動通信系統，第三代技術仍然在緩慢地進入市場，到那時整個行業正在消化吸收第三代技術，對于第四代移動通信系統的接受還需要一個逐步過渡的過程。設施難以更新在部署4G通信網絡系統之前，覆蓋全球的大部分無線基礎設施都是基于第三代移動通信系統建立的，如果要向第四代通信技術轉移的話，那么全球的許多無線基礎設施都需要經歷著大量的變化和更新，這種變化和更新勢必減緩4G通信技術全面進入市場、占領市場的速度。但根據目前的事實來看，在4G通信技術全面進入商用之日算起的二三年后，消費者才有望用上性能穩定的4G通信手機。例如每一種新的設備和技術推出時，其后的軟件設計和開發必須及時能跟上步伐，才能使新的設備和技術得到很快推廣和應用，但遺憾的是4G通信目前還只處于研究和開發階段，具體的設備和用到的技術還沒有完全成型，因此對應的軟件開發也將會遇到困難；另外費率和計費方式對于4G通信的移動數據市場的發展尤為重要，例如WAP手機推出后，用戶花了很多的連接時間才能獲得信息，而按時間及信息內容的收費方式使用戶難以承受，因此必須及早慎重研究基于4G通信的收費系統，以利于市場發展。況且到了4G通信真正開始推行時，熟悉4G通信業務的經驗和專門技術人才還不多，這樣同樣也會延緩4G通信在市場上迅速推廣的速度，因此到時對于設計、安裝、運營、維護4G通信的專門技術人員還須早日進行培訓。目前日本的NTT DoCoMo公司已經表示，4G通信的試驗網絡已經部署在公司的橫須賀研發園內，該網絡集結了試驗基站和移動終端，同時NTT DoCoMo公司還表示，4G通信服務將于2010年推出，網絡的下載速度可以達到100Mbps，上載速度為20Mbps。T公司推出的4G通信網絡的試驗，據說可以配合目前的EDGE進行無線上傳，并通過OFDM技術達到快速下載的目的。T公司聲稱大約還需要五年，這項技術才能發布；再有十年左右的時間，4G才能真正投入到商用階段。WWRF預計4G技術將在2010年開始投入應用。目前在歐洲地區，無線區域回路與數字音訊廣播已針對其室內(Indoor)應用而進行相關的研發，測試項目包括10Mbps與MPEG影像傳輸應用，而第四代移動通信技術則將會是現有兩項研發技術的延伸，先從室內技術開始，再逐漸擴展到室外的移動通信網路。國際