4G關(guān)鍵技術(shù)及挑戰

到目前為止，3G各種標準和規范已達成協(xié)議并已進(jìn)入商用。然而我們同時(shí)也應該看到，3G系統也有其局限性，如：缺乏全球統一標準;3G所采用的語(yǔ)音交換架構仍承襲了第二代(2G)的電路交換，而不是純IP方式;由于受到多用戶(hù)干擾，CDMA難以達到很高的通信速率等。然而針對以上各種缺點(diǎn)，4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的根本任務(wù)是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個(gè)運行網(wǎng)絡(luò )(平臺)之間或者多個(gè)無(wú)線(xiàn)接口之間，建立其最有效的通信路徑，并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位和跟蹤。在移動(dòng)通信過(guò)程中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )還要保持良好的無(wú)縫連接能力，保證數據傳輸的高質(zhì)量、高速率。4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )將基于多層蜂窩結構，通過(guò)多個(gè)無(wú)線(xiàn)接口，由多個(gè)業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)者提供多媒體業(yè)務(wù)。其核心網(wǎng)是一個(gè)基于全IP的網(wǎng)絡(luò )，因此核心網(wǎng)獨立于各種具體的無(wú)線(xiàn)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 PSTN共存。各種針對不同業(yè)務(wù)的接入系統通過(guò)多媒體接入系統連接到基于IP的核心網(wǎng)中，形成一個(gè)公共的、靈活的、可擴展的平臺，如圖所示。

圖：4G系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

一、對4G技術(shù)的三大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討

1. OFDM技術(shù)

OFDM是4G系統最為合適的多址方案，該技術(shù)的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應地分配傳輸負荷，這樣可優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統中由于各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。

2. 智能天線(xiàn)(SA)與多入多出天線(xiàn)(MIMO)技術(shù)

智能天線(xiàn)具有抑制信號干擾、自動(dòng)跟蹤以及數字波束調節等智能功能，被認為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線(xiàn)成形波束能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，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(wú)線(xiàn)基站端使用天線(xiàn)陣和相干無(wú)線(xiàn)收發(fā)信機來(lái)實(shí)現射頻信號的接收和發(fā)射。同時(shí)通過(guò)基帶數字信號處理器，對各個(gè)天線(xiàn)鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現上行波束賦形。目前智能天線(xiàn)的工作方式主要有兩種：全自適應方式和基于預多波束的波束切換方式。

3. 軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)(SDR)

軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)被認為是可以將不同形式的通信技術(shù)有效聯(lián)系在一起的唯一技術(shù)。在4G移動(dòng)通信系統中，軟件將會(huì )變得非常繁雜。為此專(zhuān)家們提議引入軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，將其作為從第二代移動(dòng)通信通向第三代和第四代移動(dòng)通信的橋梁。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)能夠將模擬信號的數字化過(guò)程盡可能地接近天線(xiàn)，即將A/D和D/A轉換器盡可能地靠近RF前端，利用DSP進(jìn)行信道分離、調制解調和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)電通信平臺，在平臺上運行各種軟件系統，以實(shí)現多通路、多層次和多模式的無(wú)線(xiàn)通信。

二、把4G系統投入實(shí)際應用，會(huì )遇到技術(shù)和市場(chǎng)兩方面的挑戰

1. 4G系統所運用的各種核心技術(shù)還不完善，這些技術(shù)的逐步完善是一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程。另外移動(dòng)IP環(huán)境下的QoS所使用的綜合業(yè)務(wù)/RSVP技術(shù)和區別型業(yè)務(wù)技術(shù)也是有待解決的重要問(wèn)題之一。而且這些技術(shù)在移動(dòng)IP平臺上并不是最優(yōu)的。

2. 4G系統所標稱(chēng)的最大速度，在實(shí)際應用中，很難達到理論值。人們對未來(lái)的4G通信的需求是它的通信傳輸速度將會(huì )得到極大提升，從理論上說(shuō)最高可達到100Mbps，但手機的傳輸速度將受到通信系統容量的限制。

3. 4G的發(fā)展實(shí)施還要受到市場(chǎng)壓力的影響。有專(zhuān)家預測，在10年以后，2G的多媒體服務(wù)將進(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)基本成形，全球至少有25%以上的人口使用3G系統，到那時(shí)，整個(gè)行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，利用4G相關(guān)技術(shù)對3G進(jìn)行改進(jìn)與完善的工作也會(huì )同時(shí)進(jìn)行，對于4G系統的接受還需要一個(gè)逐步過(guò)渡的過(guò)程。另外在過(guò)渡過(guò)程中，號稱(chēng)5G的技術(shù)隨時(shí)都有可能威脅到4G的盈利計劃。

4. 盡管第四代移動(dòng)通信技術(shù)有著(zhù)比3G更強的優(yōu)越性，可要是把4G投入到實(shí)際應用，需要對現有的移動(dòng)通信基礎設施進(jìn)行更新改造，這將會(huì )引發(fā)一系列的資金、觀(guān)念等問(wèn)題，從而在一定程度上會(huì )減緩4G正式進(jìn)入市場(chǎng)的速度。

雖然4G系統的發(fā)展道路是坎坷的，其中也充滿(mǎn)了變數。但是隨著(zhù)新技術(shù)和新需求的不斷出現，4G必然會(huì )取代3G，成為未來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域的主導技術(shù)，4G一定會(huì )使我們未來(lái)的移動(dòng)通信事業(yè)前景更美好。