4G的關(guān)鍵技術(shù)與缺陷

為了適應(yīng)移動通信用戶日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，具體實現(xiàn)4G系統(tǒng)較3G的優(yōu)越之處，4G移動通信系統(tǒng)將主要采用以下關(guān)鍵技術(shù)。 [4] 1.接入方式和多址方案OFDM(正交頻分復(fù)用)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。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(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM技術(shù)的優(yōu)點是可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。OFDM的主要缺點是功率效率不高。 [4] 2.調(diào)制與編碼技術(shù)4G移動通信系統(tǒng)采用新的調(diào)制技術(shù)，如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)及單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)等調(diào)制方式，以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。4G移動通信系統(tǒng)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(fā)請求(ARQ)技術(shù)和分集接收技術(shù)等，從而在低Eb/NO條件下保證系統(tǒng)足夠的性能。 [4] 3.高性能的接收機(jī)4G移動通信系統(tǒng)對接收機(jī)提出了很高的要求。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實現(xiàn)容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以計算出，對于3G系統(tǒng)如果信道帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s，所需的SNR為1.2dB;而對于4G系統(tǒng)，要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數(shù)據(jù)，則所需要的SNR為12dB?？梢妼τ?G系統(tǒng)，由于速率很高，對接收機(jī)的性能要求也要高得多。 [4] 4.智能天線技術(shù)智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量，又能增加傳輸容量。 [4] 5.MIMO技術(shù)MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效地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。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。例如：當(dāng)接收天線和發(fā)送天線數(shù)目都為8根，且平均信噪比為20dB時，鏈路容量可以高達(dá)42bps/Hz，這是單天線系統(tǒng)所能達(dá)到容量的40多倍。因此，在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術(shù)是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。在無線頻譜資源相對匱乏的今天，MIMO系統(tǒng)已經(jīng)體現(xiàn)出其優(yōu)越性，也會在4G移動通信系統(tǒng)中繼續(xù)應(yīng)用。 [4] 6.軟件無線電技術(shù)軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。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(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無線電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口。軟件無線電技術(shù)能支持采用不同空中接口的多模式手機(jī)和基站，能實現(xiàn)各種應(yīng)用的可變QoS。 [4] 7.基于IP的核心網(wǎng)4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，同已有的移動網(wǎng)絡(luò)相比具有根本性的優(yōu)點，即可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng);同時核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)(CN)協(xié)議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計核心網(wǎng)絡(luò)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(xié)議。 [4] 8.多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測是寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。在實際的CDMA通信系統(tǒng)中，各個用戶信號之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾存在的根源。由個別用戶產(chǎn)生的多址干擾固然很小，可是隨著用戶數(shù)的增加或信號功率的增大，多址干擾就成為寬帶CDMA通信系統(tǒng)的一個主要干擾。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對每個用戶的信號分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較差;多用戶檢測技術(shù)在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)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(jìn)行檢測，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，降低了系統(tǒng)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(tǒng)容量。隨著多用戶檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高性能又不是特別復(fù)雜的多用戶檢測器算法不斷提出，在4G實際系統(tǒng)中采用多用戶檢測技術(shù)將是切實可行的。

1、標(biāo)準(zhǔn)多雖然從理論上講，3G手機(jī)用戶在全球范圍都可以進(jìn)行移動通信，但是由于沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各種移動通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機(jī)用戶帶來諸多不便。因此，開發(fā)第四代移動通信系統(tǒng)必須首先解決通信制式等需要全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化問題，而世界各大通信廠商會對此一直在爭論不休。 [5] 2、容量受限人們對未來的4G通信的印象最深的莫過于它的通信傳輸速度會得到極大提升，從理論上說其所謂的每秒100Mbps的寬帶速度(約為每秒12.5MB)，比2009年最新手機(jī)信息傳輸速度每秒10KB要快1000多倍，但手機(jī)的速度會受到通信系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機(jī)用戶越多，速度就越慢。據(jù)有關(guān)行家分析，4G手機(jī)會很難達(dá)到其理論速度。如果速度上不去，4G手機(jī)就要大打折扣。 [5] 3、其他因為手機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，而無線通信網(wǎng)絡(luò)也變得越來越復(fù)雜，同樣4G通信在功能日益增多的同時，它的建設(shè)和開發(fā)也會遇到比以前系統(tǒng)建設(shè)更多的困難和麻煩。 [5] 例如每一種新的設(shè)備和技術(shù)推出時，其后的軟件設(shè)計和開發(fā)必須及時能跟上步伐，才能使新的設(shè)備和技術(shù)得到很快推廣和應(yīng)用，但遺憾的是4G通信還只處于研究和開發(fā)階段，具體的設(shè)備和用到的技術(shù)還沒有完全成型，因此對應(yīng)的軟件開發(fā)也會遇到困難;另外費率和計費方式對于4G通信的移動數(shù)據(jù)市場的發(fā)展尤為重要，例如WAP手機(jī)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(nèi)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(tǒng)，以利于市場發(fā)展。