4G关键技术及挑战

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到目前为止,3G各种标准和规范已达成协议并已进入商用。然而我们同时也应该看到,3G系统也有其局限性,如:缺乏全球统一标准;3G所采用的语音交换架构仍承袭了第二代(2G)的电路交换,而不是纯IP方式;由于受到多用户干扰,CDMA难以达到很高的通信速率等。然而针对以上各种缺点,4G移动网络的根本任务是能够接收、获取到终端的呼叫,在多个运行网络(平台)之间或者多个无线接口之间,建立其最有效的通信路径,并对其进行实时的定位和跟踪。在移动通信过程中,移动网络还要保持良好的无缝连接能力,保证数据传输的高质量、高速率。4G移动网络将基于多层蜂窝结构,通过多个无线接口,由多个业务提供者和众多网络运营者提供多媒体业务。其核心网是一个基于全IP的网络,因此核心网独立于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和 PSTN共存。各种针对不同业务的接入系统通过多媒体接入系统连接到基于IP的核心网中,形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台,如图所示。

 

  

  图:4G系统网络结构图

 

  一、对4G技术的三大关键技术进行探讨

 

  1. OFDM技术

  OFDM是4G系统最为合适的多址方案,该技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输,因此可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM还可以在不同的子信道上自适应地分配传输负荷,这样可优化总的传输速率。OFDM技术还能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在OFDM系统中由于各个子信道的载波相互正交,于是它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率。

  2. 智能天线(SA)与多入多出天线(MIMO)技术

  智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量,其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器,对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种:全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。

  3. 软件无线电技术(SDR)

  软件无线电技术被认为是可以将不同形式的通信技术有效联系在一起的唯一技术。在4G移动通信系统中,软件将会变得非常繁杂。为此专家们提议引入软件无线电技术,将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥梁。软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线,即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端,利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台,在平台上运行各种软件系统,以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。

 

  二、把4G系统投入实际应用,会遇到技术和市场两方面的挑战

 

  1. 4G系统所运用的各种核心技术还不完善,这些技术的逐步完善是一个长期的过程。另外移动IP环境下的QoS所使用的综合业务/RSVP技术和区别型业务技术也是有待解决的重要问题之一。而且这些技术在移动IP平台上并不是最优的。

  2. 4G系统所标称的最大速度,在实际应用中,很难达到理论值。人们对未来的4G通信的需求是它的通信传输速度将会得到极大提升,从理论上说最高可达到100Mbps,但手机的传输速度将受到通信系统容量的限制。

  3. 4G的发展实施还要受到市场压力的影响。有专家预测,在10年以后,2G的多媒体服务将进入第三个发展阶段,此时覆盖全球的3G网络已经基本成形,全球至少有25%以上的人口使用3G系统,到那时,整个行业正在消化吸收第三代技术,利用4G相关技术对3G进行改进与完善的工作也会同时进行,对于4G系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。另外在过渡过程中,号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的盈利计划。

  4. 尽管第四代移动通信技术有着比3G更强的优越性,可要是把4G投入到实际应用,需要对现有的移动通信基础设施进行更新改造,这将会引发一系列的资金、观念等问题,从而在一定程度上会减缓4G正式进入市场的速度。

  虽然4G系统的发展道路是坎坷的,其中也充满了变数。但是随着新技术和新需求的不断出现,4G必然会取代3G,成为未来移动通信领域的主导技术,4G一定会使我们未来的移动通信事业前景更美好。

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