【文章內容簡介】 能天線應用數(shù)字信號處理技術，產(chǎn)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。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。MIMO技術(多輸入多輸出)技術是指利用多發(fā)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。信息論已經(jīng)證明，當不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關時，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42bps/Hz，這是單天線系統(tǒng)所能達到容量的40多倍。因此，在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質量的空間分集技術。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)應用。軟件無線電技術軟件無線電是將標準化、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構的新技術。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、調制解調算法軟件等。軟件無線電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網(wǎng)絡和空中接口。軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現(xiàn)各種應用的可變QoS。基于IP的核心網(wǎng)移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡，同已有的移動網(wǎng)絡相比具有根本性的優(yōu)點，即：可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的無縫互聯(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，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結構，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、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(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，因此在設計核心網(wǎng)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(xié)議。多用戶檢測技術多用戶檢測是寬帶通信系統(tǒng)中抗干擾的關鍵技術。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)的檢測技術完全按照經(jīng)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(tǒng)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(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠近效應問題，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的不斷發(fā)展，各種高性能又不是特別復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將是切實可行的。四 4G網(wǎng)絡與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的區(qū)別 4G通信技術并沒有脫離以前的通信技術，而是以傳統(tǒng)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(wǎng)絡效率和功能的。如果說現(xiàn)在的3G能為我們提供一個高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境的話，那么4G通信將是一種超高速無線網(wǎng)絡，一種不需要電纜的信息超級高速公路，這種新網(wǎng)絡可使電話用戶以無線及三維空間虛擬實境連線。與傳統(tǒng)的通信技術相比，4G通信技術最明顯的優(yōu)勢在于通話質量及數(shù)據(jù)通信速度。然而，在通話品質方面，目前的移動電話消費者還是能接受的。隨著技術的發(fā)展與應用，現(xiàn)有移動電話網(wǎng)中手機的通話質量還在進一步提高。數(shù)據(jù)通信速度的高速化的確是一個很大優(yōu)點，它的最大數(shù)據(jù)傳輸速率達到100Mbit/s，簡直是不可思議的事情。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。4G通信技術將是繼第三代以后的又一次無線通信技術演進，其開發(fā)更加具有明確的目標性：提高移動裝置無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的速度據(jù)3G市場分三個階段走的的發(fā)展計劃，3G的多媒體服務在10年后將進入第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動通信系統(tǒng)。在發(fā)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(tǒng)來進一步提升服務質量。為了充分利用4G通信給我們帶來的先進服務，我們還必須借助各種各樣的4G終端才能實現(xiàn)，而不少通信營運商正是看到了未來通信的巨大市場潛力，他們現(xiàn)在已經(jīng)開始把眼光瞄準到生產(chǎn)4G通信終端產(chǎn)品上，例如生產(chǎn)具有高速分組通信功能的小型終端、生產(chǎn)對應配備攝像機的可視電話以及電影電視的影像發(fā)送服務的終端，或者是生產(chǎn)與計算機相匹配的卡式數(shù)據(jù)通信專用終端。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。五 4G網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢如果說2G、3G通信對于人類信息化的發(fā)展是微不足道的話，那么未來的4G通信卻給了我們真正的溝通自由，并將徹底改變我們的生活方式甚至社會形態(tài)。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。從移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式僅提供語音服務；，最高可達32Kbps，如PHS；而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達到2Mbps；專家則預估，第四代移動通信系統(tǒng)可以達到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以達到每秒高達100Mbps速度傳輸無線信息，這種速度將相當于目前手機的傳輸速度的1萬倍左右。網(wǎng)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(wǎng)絡的基礎上，進行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。據(jù)研究4G通信的ATamp。T的執(zhí)行官們說，估計每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當于WCDMA 3G網(wǎng)路的20倍。通信更加靈活從嚴格意義上說，4G手機的功能，已不能簡單劃歸“電話機”的范疇，畢竟語音資料的傳輸只是4G移動電話的功能之一而已，因此未來4G手機更應該算得上是一只小型電腦了，而且4G手機從外觀和式樣上，將有更驚人的突破，我們可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個性為前提，任何一件你能看到的物品都有可能成為4G終端，只是目前我們還不知應該怎么稱呼它。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(wǎng)上聯(lián)線對打游戲。也許你將有被網(wǎng)上定位系統(tǒng)永遠鎖定無處遁形的苦惱，但是與它據(jù)此提供的地圖帶來的便利和安全相比，這簡直可以忽略不計。智能性能更高 第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)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(xiàn)許多難以想象的功能。例如4G手機將能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他設定的因素來適時地提醒手機的主人此時該做什么事，或者不該做什么事，4G手機可以將電影院票房資料，直接下載到PDA之上，這些資料能夠把目前的售票情況、座位情況顯示得清清楚楚，大家可以根據(jù)這些信息來進行在線購買自己滿意的電影票；4G手機可以被看作是一臺手提電視，用來看體育比賽之類的各種現(xiàn)場直播。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(xiàn)有通信的基礎，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渡到4G通信。因此，從這個角度來看，未來的第四代移動通信系統(tǒng)應當具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點。提供各種增殖服務4G通信并不是從3G通信的基礎上經(jīng)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(tǒng)主要是以CDMA為核心技術，而4G移動通信系統(tǒng)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(xiàn)例如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)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(tǒng)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(tǒng)中，與OFDM技術相互配合以便發(fā)揮出更大的作用，甚至未來的第四代移動通信系統(tǒng)也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產(chǎn)生，前文所提到的數(shù)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。因此未來以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統(tǒng)，也將會結合兩項技術的優(yōu)點，一部分將是以CDMA的延伸技術。實現(xiàn)更高質量的多媒體通信盡管第三代移動通信系統(tǒng)也能實現(xiàn)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(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務的需要，第四代移動通信系統(tǒng)提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數(shù)據(jù)、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(tǒng)也稱為“多媒體移動通信”。第四代移動通信不僅僅是為了因應用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應多媒體的傳輸需求，當然還包括通信品質的要求。總結來說，首先必須可以容納市場龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質不良，以及達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。頻率使用效率更高相比第三代移動通信技術來說，第四代移動通信技術在開發(fā)研制過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進一步提高無線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級技術，這種技術能同時涵蓋不同類型的通信接口，也就是說第四代主要是運用路由技術(Routing)為主的網(wǎng)絡架構。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(tǒng)有效得多。按照最樂觀的情況估計，這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數(shù)量的無線頻譜做更多的事情，而且做這些事情的時候速度相當快。研究人員說，下載速率有可能達到5Mbps到10Mbps。通信費用更加便宜由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術，這些技術保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對其他技術來說，4G通信部署起來就容易迅速得多；同時在建設4G通信網(wǎng)絡系統(tǒng)時，通信營運商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡的基礎設施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。據(jù)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。六 4G網(wǎng)絡存在的缺陷對于現(xiàn)在的人來說，未來的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認為第四代無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)是人類有史以來發(fā)明的最復雜的技術系統(tǒng)，的確第四代無線通信網(wǎng)絡在具體實施的過程中出現(xiàn)大量令人頭痛的技術問題，大概一點也不會使人們感到意外和奇怪，第四代無線通信網(wǎng)絡存在的技術問題多和互聯(lián)網(wǎng)有關，并且需要花費好幾年的時間才能解決。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(tǒng)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(tǒng)一的國際標準，各種移動通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機用戶帶來諸多不便。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)一的標準化問題，而世界各大通信廠商將會對此一直在爭論不休。技術難以實現(xiàn)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(fā)布。據(jù)研究這項技術的開發(fā)人員而言，要實現(xiàn)4G通信的下載速度還面臨著一系列技術問題。例如，如何保證樓區(qū)、山區(qū)，及其它有障礙物等易受影響地區(qū)的信號強度等問題。日本DoCoMo公司表示，為了解決這一問題，公司將對不同編碼技術和傳輸技術進行測試。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(qū)域進入另一個基站的覆蓋區(qū)域時和網(wǎng)絡失去聯(lián)系。由于第四代無線通信網(wǎng)絡的架構相當復雜，這一問題顯得格外突出。不過，行業(yè)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。容量受到限制人們對未來的4G通信的印象最深的莫過于它的通信傳輸速度將會得到極大提升，從理論上說其所謂的每秒100MB的寬帶速度，比目前手機信息傳輸速度每秒10KB要快1萬多倍，但手機的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機用戶越多，速度就越慢。據(jù)有關行家分析，4G手機將很難達到其理論速度。如果速度上不去，4G手機就要大打折扣。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(fā)展階段，此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動通信系統(tǒng)，第三代技術仍然在緩慢地進入市場，到那時整個行業(yè)正在消化吸收第三代技術，對于第四代移動通信系統(tǒng)的接受還需要一個逐步過渡的過程。另外，在過渡過程中，如果4G通信因為系統(tǒng)或終端的短缺而導致延遲的話，那么號稱5G的技術隨時都有可能威脅到4G的贏利計劃，此時4G漫長的投資回收和贏利計劃將變得異常的脆弱。設施難以更新在部署4G通信網(wǎng)絡系統(tǒng)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(tǒng)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(jīng)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。而且到那時，還必須要求3G通信終端升級到能進行更高速數(shù)據(jù)傳輸及支持4G通信各項數(shù)據(jù)業(yè)務的4G終端，也就是說4G通信終端要能在4G通信網(wǎng)絡建成后及時提供，不能讓通信終端的生產(chǎn)滯后于網(wǎng)絡建設。但根據(jù)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(wěn)定的4G通信手機。其他相關困難因為手機的功能越來越強大，而無線通信網(wǎng)絡也變得越來越復雜，同樣4G通信在功能日益增多的同時，它的建設和開發(fā)也將會遇到比以前系統(tǒng)建設更多的困難和麻煩。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(fā)必須及時能跟上步伐