小論文--淺談4G技術(shù)--發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)

1、無(wú)線通信原理導(dǎo)論小論文論文題目：淺談4G技術(shù)學(xué)院： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 專(zhuān)業(yè)： xxxxxxxxx 姓名： xxxxxxxxxxx 學(xué)號(hào)： xxxxxxxxxxx 摘 要目前飛速發(fā)展的移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)歷了三代，第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）可以提供前兩代技術(shù)所不能提供的寬帶信息業(yè)務(wù)。然而由于3G系統(tǒng)本身所具有的局限性，人們不得不研究第四代移動(dòng)通信技術(shù)(4G）。本文首先對(duì)移動(dòng)通信換代的轉(zhuǎn)化做一簡(jiǎn)要回顧，然后著重介紹4G的提出，概念及其關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞：4G、OFDM、軟件無(wú)線電、智能天線目錄一、前言- 1 -二、4G技術(shù)的基本概念- 2 -4.1 4G技術(shù)的發(fā)展- 2 -4.2

2、 4G的概念- 3 -三、4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)- 6 -四、4G的關(guān)鍵技術(shù)- 7 -4.1 頻分復(fù)用（OFDM）- 7 -4.2 軟件無(wú)線電（SDR）- 8 -4.3智能天線- 9 -4.4 IPv6- 9 -4.5多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)- 11 -五、4G技術(shù)分析- 12 -5.1 4G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)- 12 -5.2 4G技術(shù)的缺陷- 15 -六、總結(jié)- 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -淺談4G技術(shù)一、前言在第一代移動(dòng)通信向第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程中，我們看到了模擬通信向數(shù)字通信、單一業(yè)務(wù)向多種業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)換；在第二代移動(dòng)通信過(guò)程中，我們看到了單一媒體向多媒體、人與人之間業(yè)務(wù)向人與機(jī)器之間業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)

3、化。3G中，IMT-200已經(jīng)開(kāi)始使用并且在一些國(guó)家提供服務(wù)，提供的用戶速率在室內(nèi)是2Mbps，在車(chē)載環(huán)境下是144kbps。但是在3G時(shí)代尚未真正到來(lái)，就已經(jīng)暴露出以下幾點(diǎn)不足：3G缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；3G所采用的語(yǔ)音交換架構(gòu)仍承襲了第二代（2G）的電路交換，而不是純IP方式；3G很難達(dá)到較高的通信效率，提供服務(wù)速率的動(dòng)態(tài)范圍不大，不能滿足各種業(yè)務(wù)類(lèi)型要求以及分配給3G系統(tǒng)的頻率資源已經(jīng)趨于飽和等等。為了提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率（4G中支持的用戶速率至少為2Mbps，最高可達(dá)600Mbps、支持交互式多媒體服務(wù)、實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的無(wú)縫融合、完全集中服務(wù)、移動(dòng)服務(wù)的可分級(jí)性以及更低的造價(jià)，因此在3G還

4、沒(méi)有完全鋪開(kāi)，離完全實(shí)用化還有一段時(shí)間的時(shí)候，已經(jīng)有不少?lài)?guó)家開(kāi)始了對(duì)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）的研究。二、4G技術(shù)的基本概念4.1 4G技術(shù)的發(fā)展2012年1月18日，國(guó)際電信聯(lián)盟在2012年無(wú)線電通信全會(huì)全體會(huì)議上，正式審議通過(guò)將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術(shù)規(guī)范確立為IMT-Advanced(俗稱(chēng)“4G”)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)主導(dǎo)制定的TD-LTE-Advanced同時(shí)成為IMT-Advanced國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。從2009年初開(kāi)始，ITU在全世界范圍內(nèi)征集IMT-Advanced候選技術(shù)。2009年10月，ITU共計(jì)征集到了六個(gè)候選技術(shù)。這六個(gè)

5、技術(shù)基本上可以分為兩大類(lèi)，一是基于3GPP的LTE的技術(shù)，我國(guó)提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分。另外一類(lèi)是基于IEEE 802.16m的技術(shù)。ITU在收到候選技術(shù)以后，組織世界各國(guó)和國(guó)際組織進(jìn)行了技術(shù)評(píng)估。在2010年10月份，在我國(guó)重慶，ITU-R下屬的WP5D工作組最終確定了IMT-Advanced的兩大關(guān)鍵技術(shù)，即LTE-Advanced和802.16m。我國(guó)提交的候選技術(shù)作為L(zhǎng)TE-Advanced的一個(gè)組成部分，也包含在其中。在確定了關(guān)鍵技術(shù)以后，WP5D工作組繼續(xù)完成了電聯(lián)建議的編寫(xiě)工作，以及各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織的確認(rèn)工作。此后WP5D將文件提交上一級(jí)機(jī)構(gòu)審核，SG

6、5審核通過(guò)以后，再提交給全會(huì)討論通過(guò)。在此次會(huì)議上，TD-LTE正式被確定為4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也標(biāo)志著我國(guó)在移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)域再次走到了世界前列，為T(mén)D-LTE產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展及國(guó)際化提供了重要基礎(chǔ)。據(jù)了解，2010年9月，為適應(yīng)TD-SCDMA演進(jìn)技術(shù)TD-LTE發(fā)展及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，我國(guó)加快了TD-LTE產(chǎn)業(yè)研發(fā)進(jìn)程，工業(yè)和信息化部率先規(guī)劃2570MHz2620MHz(共50MHz)頻段用于TDD方式的IMT系統(tǒng)，在良好實(shí)施TD-LTE技術(shù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2011年初在廣州、上海、杭州、南京、深圳、廈門(mén)六城市進(jìn)行了TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)；2011年底在北京啟動(dòng)了TD-LTE規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)演示網(wǎng)

7、建設(shè)。與此同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)的順利進(jìn)展，國(guó)際電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)和制造企業(yè)紛紛看好TD-LTE發(fā)展前景。4.2 4G的概念第四代移動(dòng)電話通信標(biāo)準(zhǔn)，指的是第四代移動(dòng)通信技術(shù)。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，這是當(dāng)前主流移動(dòng)3G(TD-SCDMA)2.8Mbps的35倍，中國(guó)聯(lián)通3G（WCDMA）的25倍。比目前的撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到50Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。 支

8、持4G技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備可以提供高性能的匯流媒體內(nèi)容，并通過(guò)ID應(yīng)用程序成為個(gè)人身份鑒定設(shè)備。它也可以接受高分辨率的電影和電視節(jié)目，從而成為合并廣播和通信的新基礎(chǔ)設(shè)施中的一個(gè)紐帶。4G有望集成不同模式的無(wú)線通信從無(wú)線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、蜂窩信號(hào)、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動(dòng)用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。4G系統(tǒng)中，我們將看到一個(gè)動(dòng)態(tài)的、自適應(yīng)的、智能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中核心網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)是緊密結(jié)合在一起的，而不像以前，各自成系統(tǒng)。4G系統(tǒng)總的技術(shù)目標(biāo)和特點(diǎn)可以概括為：同3G等已有的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，4G系統(tǒng)應(yīng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、更高的頻譜利用率、更高的安全性

9、、更高的智能性、更高的傳輸質(zhì)量、更高的靈活性；4G系統(tǒng)應(yīng)能支持非對(duì)稱(chēng)性業(yè)務(wù)，并能支持多種業(yè)務(wù)；4G系統(tǒng)應(yīng)體現(xiàn)移動(dòng)與無(wú)線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢(shì)。與3G的一些參數(shù)比較如表1所示。因此，4G系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)：核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)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PSIN共存。要實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P的核心網(wǎng)，有許多問(wèn)題需要解決，如鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等；核心網(wǎng)應(yīng)該具有開(kāi)放的結(jié)構(gòu)從而允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；同時(shí)核心網(wǎng)應(yīng)把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_(kāi)。整個(gè)結(jié)構(gòu)基于IPv6，支持基于IP的移動(dòng)管理。表1 3G的參數(shù)和4G中可能的參數(shù)比較3G4G業(yè)務(wù)類(lèi)型話音為主，數(shù)據(jù)疊加其上支持交互

10、式多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基站方式的廣域網(wǎng)模式融合局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的混合模式數(shù)據(jù)速率2Mbps（實(shí)際部署384kbps）2-600Mbps頻率范圍1.8-2.5GHz2-8GHz帶寬5-20MHz5-20MHz接入方式W-CDMAFH-OFDMA或MC-CDMA交換方式電路/分組交換分組交換前 向 糾 錯(cuò)碼1/2,1/3卷 積碼和Turbo碼Turbo碼和LDPC碼模塊設(shè)計(jì)天線優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用多波段適配器多天線和智能天線，軟件無(wú)線電協(xié)議多種空中鏈路協(xié)議并存全數(shù)字基于公共IP網(wǎng)的開(kāi)放結(jié)構(gòu)移 動(dòng) 臺(tái) 速率200kmph200kmph4G系統(tǒng)的最顯著特點(diǎn)是智能化多模式終端基于公共平臺(tái)，通過(guò)各種接入技術(shù)，在

11、各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（平臺(tái)）之間時(shí)間無(wú)縫連接和協(xié)作。各種專(zhuān)門(mén)的接入系統(tǒng)在公共平臺(tái)上相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，滿足不同用戶的通信需求。多模式終端接入系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自適應(yīng)分配頻帶，給出最優(yōu)路由，以達(dá)到最佳通信效果。4G通信系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)如圖1所示。新的無(wú)線接入系統(tǒng)廣播電視接入系統(tǒng)有線系統(tǒng)全I(xiàn)P核心網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)平流層通信系統(tǒng)無(wú)繩系統(tǒng)固定接入系統(tǒng)GSM無(wú)線環(huán)路系統(tǒng)WLANIMT-2000VVMTS圖1 4G的網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)短距離連接系統(tǒng)三、4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無(wú)線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS

12、映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開(kāi)放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶。結(jié)構(gòu)圖如下所示：四、4G的關(guān)鍵技術(shù)4.1 頻分復(fù)用（OFDM）OFDM技術(shù)實(shí)際上是MCU(Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以減少子信道之間的相互干擾（ICI）。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上可以看成平坦性

13、衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。OFMM技術(shù)之所以越來(lái)越受關(guān)注，是因?yàn)槠溆泻芏嗒?dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1） 頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無(wú)線環(huán)境中很重要。OFDM信號(hào)的相鄰子載波相互重疊，從理論上講，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。（2） 抗衰落能力強(qiáng)OFDM把用戶信息通過(guò)多個(gè)子載波傳輸，在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)多倍，使OFDM對(duì)脈沖噪聲（Impulse Noise）和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。同時(shí)，通過(guò)子載波的聯(lián)合編碼，達(dá)到了子信道間的頻率分集的作

14、用，也增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒(méi)有必要再添加時(shí)域均衡器。（3） 適合高速數(shù)據(jù)傳輸OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時(shí)候，采用效率高的調(diào)制方式；當(dāng)信道條件差的時(shí)候，采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再 有，OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進(jìn)行傳送。因此,OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。（4） 抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實(shí)際上，只

15、要傳輸信道的頻帶是有限的，就會(huì)造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，對(duì)抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。OFDM也有其缺點(diǎn)，例如：對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感。功率峰值與均值比（PRAB）大，導(dǎo)致射頻放大器的功率效率較低。負(fù)載算法和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度。4.2 軟件無(wú)線電（SDR）所謂軟件無(wú)線電（Software Defined Radio，簡(jiǎn) 稱(chēng)SDR），就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等等。整個(gè)無(wú)線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來(lái)完成。其核心思想是在盡可能靠近天

16、線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使無(wú)線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)?？傊?，軟件無(wú)線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片，以軟件為核心的嶄新的無(wú)線通信體系結(jié)構(gòu)。軟件無(wú)線電有以下一些特點(diǎn)：(1)靈活性：工作模式可由軟件編程改變，包括可編程的射頻頻段寬帶信號(hào)接入方式和可編程調(diào)制方式等。所以可任意更換信道接入方式，改變調(diào)制方式或接收不同系統(tǒng)的信號(hào)，可通過(guò)軟件工具來(lái)擴(kuò)展業(yè)務(wù)、分析無(wú)線通信環(huán)境、定義所需增強(qiáng)的業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)環(huán)境測(cè)試，升級(jí)便捷。（2）集中性：多個(gè)信道享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A變換器，以獲取每一信道的相對(duì)廉價(jià)的信號(hào)處理性能。（3）模塊化：模塊的

17、物理和電氣接口技術(shù)指標(biāo)符合開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，在硬件技術(shù)發(fā)展時(shí)，允許更換單個(gè)模塊，從而使軟件無(wú)線電保持較長(zhǎng)的使用壽命。4.3智能天線智能天線定義為波束間沒(méi)有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。多波束天線在一個(gè)扇區(qū)中使用多個(gè)固定波束，而在自適應(yīng)陣列中，多個(gè)天線的接收信號(hào)被加權(quán)并且合成在一起使信噪比達(dá)到最大。與固定波束天線相比，天線陣列的優(yōu)點(diǎn)是除了提供高的天線增益外，還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。但是它們要求每個(gè)天線有一個(gè)接收機(jī)，還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，其基本工作原理是根據(jù)信號(hào)來(lái)波的方向自適應(yīng)地調(diào)整方向圖，跟蹤強(qiáng)信號(hào)，減少或抵消干擾信號(hào)。智能天線可以

18、提高信噪比，提升系統(tǒng)通信質(zhì)量，緩解無(wú)線通信日益發(fā)展與頻譜資源不足的矛盾，降低系統(tǒng)整體造價(jià)，因此其勢(shì)必會(huì)成為4G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線的核心是智能的算法，而算法決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速率，因此需要選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。4.4 IPv64G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此,IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IPv6協(xié)議主要基于以下幾點(diǎn)的考慮：（1）巨大的地址空間。在一段可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂蟪龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址。（2）自動(dòng)控制。它支持無(wú)狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式。無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這

19、種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒(méi)有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球唯一的路由地址。有狀態(tài)配置機(jī)制（如DHCP動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）則需要一個(gè)額外的服務(wù)器，因此也需要很多額外的操作和維護(hù)。（3）服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量（QoS）包含幾個(gè)方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，目前的,IPv6與IPv4具有相同的QoS，但是,IPv6能提供不同的服務(wù)。這些優(yōu)點(diǎn)來(lái)自于IPv6報(bào)頭中新增加的字段“流標(biāo)志”。有了這個(gè)20位長(zhǎng)的字段，在傳輸過(guò)程中，中間的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開(kāi)處理任何,#地址流。盡管對(duì)這個(gè)流標(biāo)志還沒(méi)有制定出有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但

20、將來(lái)它可用于基于服務(wù)級(jí)別的新計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。（4）移動(dòng)性。移動(dòng)IPv6 （MIPv6）在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址（home address），這個(gè)地址與設(shè)備端接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無(wú)關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí)，通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)交地址（care-of addrerss）來(lái)提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息，傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，通常在IPv6報(bào)頭中將轉(zhuǎn)交地址作為源地址。移動(dòng)設(shè)備每次改變位置，都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴家鄉(xiāng)地址和所對(duì)應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。4.5多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)MIMO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

21、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(shí)，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。在功率帶寬受限的無(wú)線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)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)。五、4G技術(shù)分析5.1 4G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)1通信速度快由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動(dòng)裝置無(wú)線訪問(wèn)Internet的速率，因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過(guò)于它具有更快的無(wú)線通信速度。從移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式僅提供語(yǔ)音服務(wù)；第二代數(shù)位式移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6Kbps，最高

22、可達(dá)32Kbps，如PHS；第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mbps；而第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)到20Mbps，甚至最高可以達(dá)到高達(dá)100Mbps，這種速度會(huì)相當(dāng)于2009年最新手機(jī)的傳輸速度的1萬(wàn)倍左右,第三代手機(jī)傳輸速度的50倍。2網(wǎng)絡(luò)頻譜寬要想使4G通信達(dá)到100Mbps的傳輸，通信營(yíng)運(yùn)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。據(jù)研究4G通信的AT&T的執(zhí)行官們說(shuō)，估計(jì)每個(gè)4G信道會(huì)占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。3通信靈活從嚴(yán)格意義上說(shuō)，4G手機(jī)的功能，已不能簡(jiǎn)單劃

23、歸“電話機(jī)”的范疇，畢竟語(yǔ)音資料的傳輸只是4G移動(dòng)電話的功能之一而已，因此未來(lái)4G手機(jī)更應(yīng)該算得上是一只小型電腦了，而且4G手機(jī)從外觀和式樣上，會(huì)有更驚人的突破，人們可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個(gè)性為前提，任何一件能看到的物品都有可能成為4G終端，只是人們還不知應(yīng)該怎么稱(chēng)呼它。未來(lái)的4G通信使人們不僅可以隨時(shí)隨地通信，更可以雙向下載傳遞資料、圖畫(huà)、影像，當(dāng)然更可以和從未謀面的陌生人網(wǎng)上聯(lián)線對(duì)打游戲。也許有被網(wǎng)上定位系統(tǒng)永遠(yuǎn)鎖定無(wú)處遁形的苦惱，但是與它據(jù)此提供的地圖帶來(lái)的便利和安全相比，這簡(jiǎn)直可以忽略不計(jì)。4智能性能高第四代移動(dòng)通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)于4G通信的終端設(shè)備

24、的設(shè)計(jì)和操作具有智能化，例如對(duì)菜單和滾動(dòng)操作的依賴(lài)程度會(huì)大大降低，更重要的4G手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多難以想象的功能。例如4G手機(jī)能根據(jù)環(huán)境、時(shí)間以及其他設(shè)定的因素來(lái)適時(shí)地提醒手機(jī)的主人此時(shí)該做什么事，或者不該做什么事，4G手機(jī)可以把電影院票房資料，直接下載到PDA之上，這些資料能夠把售票情況、座位情況顯示得清清楚楚，大家可以根據(jù)這些信息來(lái)進(jìn)行在線購(gòu)買(mǎi)自己滿意的電影票；4G手機(jī)可以被看作是一臺(tái)手提電視，用來(lái)看體育比賽之類(lèi)的各種現(xiàn)場(chǎng)直播。5兼容性好要使4G通信盡快地被人們接受，不但考慮的它的功能強(qiáng)大外，還應(yīng)該考慮到現(xiàn)有通信的基礎(chǔ)，以便讓更多的現(xiàn)有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過(guò)渡到4G通信。因此

25、，從這個(gè)角度來(lái)看，未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游，接口開(kāi)放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過(guò)渡等特點(diǎn)。6提供增值服務(wù)4G通信并不是從3G通信的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的升級(jí)而演變過(guò)來(lái)的，它們的核心建設(shè)技術(shù)根本就是不同的，3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交多任務(wù)分頻技術(shù)(OFDM)最受矚目，利用這種技術(shù)人們可以實(shí)現(xiàn)例如無(wú)線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無(wú)線通信增值服務(wù)；不過(guò)考慮到與3G通信的過(guò)渡性，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)不會(huì)在未來(lái)僅僅只采用OFDM一種技術(shù)，CDMA技術(shù)會(huì)在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，與OFDM技術(shù)相互配合以便發(fā)揮

26、出更大的作用，甚至未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也會(huì)有新的整合技術(shù)如OFDM/CDMA產(chǎn)生，前文所提到的數(shù)字音訊廣播，其實(shí)它真正運(yùn)用的技術(shù)是OFDM/FDMA的整合技術(shù)，同樣是利用兩種技術(shù)的結(jié)合。因此未來(lái)以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，也會(huì)結(jié)合兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，一部分會(huì)是以CDMA的延伸技術(shù)。7高質(zhì)量通信盡管第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)各種多媒體通信，為此未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也稱(chēng)為“多媒體移動(dòng)通信。第四代移動(dòng)通信不僅僅是為了因應(yīng)用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應(yīng)多媒體的傳輸需求，當(dāng)然還包括通信品質(zhì)的要求?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，首先必須可以容納市場(chǎng)龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)不良，以及達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳

27、輸?shù)囊蟆?頻率效率高相比第三代移動(dòng)通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)在開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中使用和引入許多功能強(qiáng)大的突破性技術(shù)，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進(jìn)一步提高無(wú)線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級(jí)技術(shù)，這種技術(shù)能同時(shí)涵蓋不同類(lèi)型的通信接口，也就是說(shuō)第四代主要是運(yùn)用路由技術(shù)(Routing)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。由于利用了幾項(xiàng)不同的技術(shù)，所以無(wú)線頻率的使用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得多。按照最樂(lè)觀的情況估計(jì)，這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數(shù)量的無(wú)線頻譜做更多的事情，而且做這些事情的時(shí)候速度相當(dāng)快。研究人員說(shuō)，下載速率有可能達(dá)到5Mbps到10Mbps。9費(fèi)用便宜由于4G通信不僅解決了與3G通信

28、的兼容性問(wèn)題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級(jí)到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對(duì)其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，4G通信部署起來(lái)就容易迅速得多；同時(shí)在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，通信營(yíng)運(yùn)商們會(huì)考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運(yùn)行者和用戶的費(fèi)用。據(jù)研究人員宣稱(chēng)，4G通信的無(wú)線即時(shí)連接等某些服務(wù)費(fèi)用會(huì)比3G通信更加便宜。對(duì)于人們來(lái)說(shuō)，未來(lái)的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認(rèn)為第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類(lèi)有史以來(lái)發(fā)明的最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)。的確，第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在具體實(shí)施的過(guò)程中出現(xiàn)大量令人頭痛

29、的技術(shù)問(wèn)題，大概一點(diǎn)也不會(huì)使人們感到意外和奇怪。第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)存在的技術(shù)問(wèn)題多和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，并且需要花費(fèi)好幾年的時(shí)間才能解決。5.2 4G技術(shù)的缺陷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(dòng)通信，但是由于沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各種移動(dòng)通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機(jī)用戶帶來(lái)諸多不便。因此，開(kāi)發(fā)第四代移動(dòng)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(wèn)題，而世界各大通信廠商會(huì)對(duì)此一直在爭(zhēng)論不休。2技術(shù)難盡管未來(lái)的4G通信能夠給人帶來(lái)美好的明天，現(xiàn)已研究出來(lái)，但并未普及。據(jù)研究這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員而言，要實(shí)現(xiàn)4G通信的下載速度還面臨著一系列技術(shù)問(wèn)題。例如，如何保證樓區(qū)、山區(qū)，及其

30、它有障礙物等易受影響地區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度等問(wèn)題。日本DoCoMo公司表示，為了解決這一問(wèn)題，公司會(huì)對(duì)不同編碼技術(shù)和傳輸技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。另外在移交方面存在的技術(shù)問(wèn)題，使手機(jī)很容易在從一個(gè)基站的覆蓋區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)基站的覆蓋區(qū)域時(shí)和網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系。由于第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，這一問(wèn)題顯得格外突出。不過(guò)，行業(yè)專(zhuān)家們表示，他們相信這一問(wèn)題可以得到解決，但需要一定的時(shí)間。3容量受限人們對(duì)未來(lái)的4G通信的印象最深的莫過(guò)于它的通信傳輸速度會(huì)得到極大提升，從理論上說(shuō)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(huì)受到通信系

31、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(huì)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。4市場(chǎng)難以消化有專(zhuān)家預(yù)測(cè)在10年以后，第三代移動(dòng)通信的多媒體服務(wù)會(huì)進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，第三代技術(shù)仍然在緩慢地進(jìn)入市場(chǎng)，到那時(shí)整個(gè)行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，對(duì)于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的接受還需要一個(gè)逐步過(guò)渡的過(guò)程。另外，在過(guò)渡過(guò)程中，如果4G通信因?yàn)橄到y(tǒng)或終端的短缺而導(dǎo)致延遲的話，那么號(hào)稱(chēng)5G的技術(shù)隨時(shí)都有可能威脅到4G的贏利計(jì)劃，此時(shí)4G漫長(zhǎng)的投資回收和贏利計(jì)劃會(huì)變得異常的脆弱。5設(shè)施更新慢在部署4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之前，覆蓋全球的大部分無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施都是基于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)建立的，如果要向第四代通信技術(shù)轉(zhuǎn)移的話，那么全球的許多無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施都需要經(jīng)歷著大量的變化和更新，這種變化和更新勢(shì)必減緩4G通信技術(shù)全面進(jìn)入市場(chǎng)、占領(lǐng)市場(chǎng)的速度。而且到那時(shí)，還必須要求3G通信終端升級(jí)到能進(jìn)行更高速數(shù)據(jù)傳輸及支持4G通信各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的4G終端，也就是說(shuō)4G通信終端要能在4G通信網(wǎng)絡(luò)建成后及時(shí)提供，不能讓通信終端的生產(chǎn)滯后于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。但根據(jù)某些事實(shí)來(lái)看，在4G通信技術(shù)全面進(jìn)入商用之日算起的二三年后，消費(fèi)者才有望用上性能穩(wěn)定的4G通信手機(jī)。6其他