4G网络的组网技术研究

李天明 孙永方

【摘要】 通信技术日新月异，给人们带来不少享受。随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、在我们还没有完全享受3G移动通信系统商所带来服务的同时，4G移动通信技术的研究已经在逐步的进行着。本文简要分析了4G的网络结构、4G的关键技术（如OFDM，软件无线电，智能天线技术，MIMO技术）、 比较了3G和4G不同指标、分析了3G和4G采用的不同技术。 初步探讨了4G的现状和发展。

【关键词】 4G 网络通信 技术研究

一、移动通信4G网络概述

随着3G在2001年开始于日本和韩国投入商用后，近年来全球发展越来越快速，布建3G系统及启动3G服务的国家数目与日遽增；不过由于用户对移动通信系统的数据传输速率要求越来越高，而3G系统实际所能提供的最高速率虽然号称可达2Mbps，但目前最高的也只有384kbps，并不能满足用户的实际需求，因此国际电信联盟（ITU）及各厂商们亦在开始思索4G系统的研究和技术标准制定。就ITU对4G的系统标准定义，主要是集3G与WLAN于一体，能够传输高质量视频图像，传输速率达到100Mbps，上传速度20Mbps，并能够满足所有用户对于无线服务的要求，且价格与固定宽带网络相同，并实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝连接并相互兼容。4G具有更高的数据率和频谱利用率，更高的安全性、智慧性和灵活性，更高的传输质量和服务质量（QoS）。4G系统应体现移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势。因此4G 系统应当是一个全IP的网络。

二、4G网络中的关键技术

1、OFDM。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术， OFDM系统的主要技术OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频域同步显得尤为重要。与其他数字通信系统一样，同步分为捕获和跟踪两个阶段。在下行链路中，基站向各个移动终端广播式发送同步信息，所以，下行链路同步相对简单，较易实现。在上行链路中来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证载波间的正交性。实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要原理是：将待传输的高速串行数据经串并变换， 变成在子信道上并行传输的低速数据流， 再用相互正交的载波进行调制， 然后叠加一起发送。 接收端用相干载波进行相干接收， 再经并串变换恢复为原高速数据。 OFDM技术的有很多优点：可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰（ISI）能力强。

2、软件无线电。软件无线电（SDR）是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器（A/D）及数模转换器（D/A）等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）、现场可编程器件（FPGA）、数字信号处理（DSP）等[2] 。

3、多输入多输出（MIMO）技术 。在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基站和移动台之间可形成MIMO通信链路。MIMO技术在不需要占用额外的无线电频率的条件下，利用多径来提供更高的数据吞吐量，并同时增加覆盖范围和可靠性。它解决了当今任何无线电技术都面临的两个最困难的问题，即速度与覆盖范围。也就是说，可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。多输入多输出技术（MIM0）是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益，已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。

4、基于IP的核心网。4G通信系统选择了采用IP的全分组方式传送数据流，因此IPv6技术是下一代网络的核心协议。选择IP主要基于以下几点考虑：巨大的地址空间。IPv6地址为128位，代替了IPv4的32位，地址空间大于3.4∈1038。如果整个地球表面（包括陆地和水面）都覆盖着计算机，那么IPv6允许每平方米拥有7∈1023个IP地址。可见，IPv6地址空间是巨大的。在一段可预见的时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址。自动控制。IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态或有状态两种地址自动配置方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。对于有状态地址配置机制，如DHCP（动态主机配置协议），需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。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兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；核心网能把业务、控制和传输等分开。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

三、我国4G的发展前景

21世纪我国移动通信还有一个巨大的发展空间同，这为我国移动通信的发展提供了前所未有的机遇，同时也带来了严峻的挑战。为此，我们有必要在大力开发第三代移动通信技术系统的同时，提前作好准备，积极参与ITU关于第四代移动通信标准建议的研究，掌握世界移动通信技术的研究动向和最新成果，加强国际合作，关注并积极进行第四代移动通信技术的研究与开发工作，把第四代移动通信的研发与建立我国移动通信产业结合起来，加快我国移动通信产业的发展，使我国的移动通信产业在国内外拥有强大的市场。

参 考 文 献

[1]江宇.移动通信网络优化[J].技术与市场，2007，（05）.

[2]申艳秋.GSM移动通信网络优化[J].黑龙江科技信息，2010，（10）.

[3]崔继友，程伟华，李富林，叶亮.移动通信技术的发展[J].中国证券期货，2010，（06）.