4G技術(shù)發(fā)展方向預(yù)測論文

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1、 4G技術(shù)發(fā)展方向預(yù)測論文 摘要：本文主要對4G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡要的論述，分析了4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和4G的關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)討論了目前全球以及我國的4G技術(shù)進(jìn)展及面臨的問題，最后對4G的前景進(jìn)行了預(yù)測。 關(guān)鍵詞：4G；4G關(guān)鍵技術(shù)；OFDMSAMIMOSDR4G發(fā)展現(xiàn)狀 一、前言 根據(jù)國際電聯(lián)的工作安排，2009年將集中征集4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，2010年會推出第一個(gè)4G版本，并在2011年世界無線電通信大會上通過。4G預(yù)計(jì)2015年左右投入商用。4G技術(shù)的飛速發(fā)展，使得廣大用戶享受更新、更快捷、更豐富的通信生活成為可能。 二、4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技

2、術(shù) 4G系統(tǒng)針對各種不同業(yè)務(wù)的接人系統(tǒng)，通過多媒體接入連接到基于口的核心網(wǎng)中?；贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實(shí)現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游。4G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。 (1)物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路南選擇功能。 (2)中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。 (3)物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)。并運(yùn)行于多個(gè)頻帶，這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端，跨越多個(gè)運(yùn)營商和服務(wù)商，提供更大范圍服務(wù)。

3、據(jù)國際電信聯(lián)盟定義，4G技術(shù)是可為移動(dòng)中的用戶提供100Mb/S的數(shù)據(jù)傳輸、為靜止的用戶提供1Gb/S的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通訊技術(shù)，包含OFDM、智能天線(SA)與多人多出天線(MIMO)技術(shù)、軟件無線電技術(shù)(SDR)三大關(guān)鍵技術(shù)。 2.1OFDM OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多載波調(diào)制的一種。OFDM技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：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；適合高速數(shù)據(jù)傳輸；抗衰落能力強(qiáng)；抗碼間干擾(ISI)能力強(qiáng)。 2.2智能天線(SA)與多入多出天線(MI

4、MO)技術(shù) 智能天線具有抑制信號干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時(shí)通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個(gè)天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。 移動(dòng)通信環(huán)境中的多徑傳播對通信的有效性與可靠性造成了嚴(yán)重的影響。而多輸入多輸出(M1MO)技術(shù)在通信鏈路兩端均使

5、用多個(gè)天線，發(fā)端將信源輸出的串行碼流轉(zhuǎn)成多路并行子碼流，分別通過不同的發(fā)射天線陣元同頻、同時(shí)發(fā)送，接收方則利用多徑引起的多個(gè)接收天線上信號的不相關(guān)性從混合信號中分離估計(jì)出原始子碼流，這相當(dāng)于頻帶資源重復(fù)利用，使頻譜利用率和鏈路可靠性極大的提高。 2.3軟件無線電技術(shù)(SDR) 軟件無線電(SDR)是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實(shí)現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)等先進(jìn)的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。盡可能多地用軟件來定義無線功能。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理

6、軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件(DSPH)、現(xiàn)場可編程器件(FPGA)、數(shù)字信號處理(DSP)等。 2.4基于IP的核心網(wǎng) 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接人方案，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)，能允許各種窄中接口接人核心網(wǎng)；同時(shí)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(dú)立的。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)

7、議，主要采用全分組方式IPv6技術(shù)。 三、4G技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況及其挑戰(zhàn) 3.1日本NTI-DoCoMo在4G的領(lǐng)先優(yōu)勢 2008年日本NTTDoCoMo公司發(fā)布新聞公報(bào)稱，該公司在2007年年底進(jìn)行的4G外場試驗(yàn)中，創(chuàng)下5.3Gb/s的最大下行速率紀(jì)錄。在此次試驗(yàn)中，無線通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端天線均從一年前試驗(yàn)時(shí)的6根增加到12根，并采用了該公司獨(dú)有的接收信號處理技術(shù)，使下行速率成功翻倍。 3.2WiMAX“準(zhǔn)4G”標(biāo)準(zhǔn) 2007年10月19日，國際電信聯(lián)盟ITU在日內(nèi)瓦舉行無線通信全體會議，無線寬帶技術(shù)WiMAX通過投票正式成為3G標(biāo)準(zhǔn)。

8、 WiMAX，即IEEE802A6x，全稱是“微波存取全球互通技術(shù)(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)”，被業(yè)界認(rèn)為是高于現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)的“準(zhǔn)4G”標(biāo)準(zhǔn)。和傳統(tǒng)的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000相比，WiMAX的最大傳輸半徑達(dá)到了約50km，接近前者的兩倍。而在傳輸速度上，WiMAX也讓其他3G標(biāo)準(zhǔn)望塵莫及。在10km范圍內(nèi)，WiMAX網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以達(dá)到70Mb/S，甚至超過了ADSL等有線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，而3G標(biāo)準(zhǔn)中的TDSCDMA和WCDMA則均為2Mb/s。 3.3美國與歐洲針對4G的舉動(dòng) 作為美國的

9、代表，3G時(shí)代的霸主高通公司一方面希望通過引入DMMX和HMMX這兩項(xiàng)技術(shù)后，性能達(dá)到4G的要求；另一方面則通過收購Flarion科技公司獲得了近300項(xiàng)OFDM技術(shù)專利，這被業(yè)界視為高通欲在4G時(shí)代繼續(xù)保持專利的絕對領(lǐng)先之舉。 在歐洲，愛立信已與美國加利福尼亞大學(xué)合作開發(fā)4G技術(shù)。加利福尼亞大學(xué)已正式成立了加州通信和信息技術(shù)學(xué)會，并得到了愛立信的投資。而阿爾卡特、愛立信、摩托羅拉、諾基亞、西門子成立了旨在推動(dòng)4G技術(shù)開發(fā)的世界無線研究論壇WWRF(WirelessWorldResearchForum)。該組織下設(shè)的6個(gè)工作組，分別討論業(yè)務(wù)、市場、結(jié)構(gòu)、接口、核心技術(shù)等問題。

10、 3.4我國正在加快4G關(guān)鍵技術(shù)研究步伐 從2001年底起，繼在國產(chǎn)3G標(biāo)準(zhǔn)制定方面取得巨大進(jìn)展之后，國家“十五”、“863”計(jì)劃啟動(dòng)了面向未來移動(dòng)與無線通信發(fā)展的“FUTURE計(jì)劃”。 2006年7月，上海建設(shè)的世界最大的4G實(shí)驗(yàn)網(wǎng)通過了863項(xiàng)目的驗(yàn)收。通過驗(yàn)收的上海試驗(yàn)網(wǎng)由三個(gè)無線覆蓋小區(qū)、六個(gè)無線接入點(diǎn)組成，具有在移動(dòng)環(huán)境下支持蜂值速率為100Mb/S的無線傳輸及高清晰度交互式圖像業(yè)務(wù)演示等功能。 “FUTURE計(jì)劃”負(fù)責(zé)人之一、國家“863”計(jì)劃未來移動(dòng)通信總體組組長尤肖虎表示，我國已經(jīng)在國內(nèi)外申請移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)明專利100余項(xiàng)，我國在第四代移動(dòng)通信技

11、術(shù)上已經(jīng)處于世界前沿。 2009年，我國對4G的發(fā)展步伐明顯加快。大唐移動(dòng)聯(lián)合中興通訊、華為以及相關(guān)高校和科研院所完成了4G相關(guān)白皮書。相關(guān)業(yè)內(nèi)人士透露，我國已經(jīng)完成了4G標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方案起草工作，目前正在進(jìn)行4G關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)驗(yàn)證。我國目前正在更多地區(qū)進(jìn)行4G系統(tǒng)的測試工作，且要趕在2010年前對其進(jìn)行商業(yè)化測試，以便在2011年世界無線電通信大會時(shí)向國際電信聯(lián)盟提交有著自主知識產(chǎn)權(quán)的4G標(biāo)準(zhǔn)。 四、4G移動(dòng)通信技術(shù)未來預(yù)測 隨著目前3G移動(dòng)通信技術(shù)的全面商用化的開始，我國大部分的手機(jī)用戶將感受到3G技術(shù)給我們帶來的便捷，同時(shí)也能明顯的感到3G技術(shù)的不足與缺陷。這些不足與缺陷將成為移動(dòng)通信技術(shù)不斷進(jìn)步的動(dòng)力。 所以3G技術(shù)目前的不足與缺陷將成為推動(dòng)4G技術(shù)的重要力量，我們有理由相信4G將成為未來移動(dòng)通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，會使我們未來的生活更加美好。在技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，我們應(yīng)該意識到，對待通信新技術(shù)我們更應(yīng)該冷靜、理智，4G演進(jìn)的道路絕不會一帆風(fēng)順，前面的路仍是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。 4