4G網(wǎng)絡(luò )中的典型關(guān)鍵技術(shù)

2008年，我國開(kāi)始實(shí)施“新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專(zhuān)項。由實(shí)施綱要可見(jiàn)，公共通信網(wǎng)在相當長(cháng)的階段仍然是無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的主導產(chǎn)業(yè)，仍將在未來(lái)無(wú)線(xiàn)公眾信息服務(wù)中扮演基礎作用。在可預見(jiàn)的未來(lái)，公眾蜂窩移動(dòng)通信系統的商用化進(jìn)程將在2011年前后由現有的3G及其增強型HSPA，升級至3G演進(jìn)型技術(shù)(LTE和UMB)，并在2015年前后發(fā)展至4G技術(shù)。由于E3G和4G的標準化時(shí)間間隔較短，因此應考慮E3G與4G的協(xié)調發(fā)展。

　　可以預見(jiàn)，在“新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專(zhuān)項的實(shí)施過(guò)程中，將主要以新一代寬帶蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)為主，同時(shí)也輔以寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統、短距離互聯(lián)系統以及自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，共同組成融合的、泛在的新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)。針對4G網(wǎng)絡(luò )，需要重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)測試驗證、中繼技術(shù)、分布式組網(wǎng)技術(shù)以及頻譜共享技術(shù)等的研發(fā)。

　　1　關(guān)鍵技術(shù)測試驗證

　　需求：測試平臺和外場(chǎng)環(huán)境是每一項無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可缺少的組成部分，國際上在3G/B3G/4G的研發(fā)過(guò)程中都通過(guò)建立測試現場(chǎng)/平臺來(lái)加速技術(shù)標準化的進(jìn)程、加快技術(shù)成熟化的速度、加強在市場(chǎng)話(huà)語(yǔ)權的力度。當前，無(wú)論是標準化技術(shù)*估的迫切需求，還是運營(yíng)商拓展未來(lái)移動(dòng)通信應用的技術(shù)升級需求，我國都需要迅速建立起一個(gè)開(kāi)放式、直接服務(wù)于產(chǎn)-學(xué)-研-用技術(shù)創(chuàng )新的4G關(guān)鍵技術(shù)公共試驗驗證平臺。

　　解決方案：4G公共試驗驗證平臺需面向我國4G關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)需要，由具備開(kāi)放靈活性和可重配置能力的試驗驗證通用平臺以及實(shí)驗室與現場(chǎng)測試試驗驗證環(huán)境組成。它能夠支持4G峰值傳輸速率、多頻段、多帶寬、大動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)范圍的無(wú)線(xiàn)通信試驗，支撐研發(fā)中的4G各類(lèi)技術(shù)與原型系統測試試驗，提煉出代表我國自主知識產(chǎn)權技術(shù)的測試*估規范，增強這些技術(shù)方案的質(zhì)量、重要性和競爭力，為使我國自主研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)能夠成為國際移動(dòng)通信標準的核心技術(shù)鋪平道路，并對中國自主知識產(chǎn)權提供必要、充分和有效的支撐。

　　2　中繼技術(shù)

　　需求：為獲得更多的頻譜資源并避免與其他無(wú)線(xiàn)系統的干擾，未來(lái)的移動(dòng)通信系統將更多地工作于更高的頻段，為對抗惡劣的無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境，需要部署更多的基站或采用直放站等增強技術(shù)來(lái)保證有效的覆蓋。前者的CAPEX和OPEX較高，后者則存在干擾信號被一并放大從而導致系統容量降低的潛在弊端。相比之下，無(wú)線(xiàn)多跳中繼技術(shù)則能借助中繼站(RS)的轉發(fā)來(lái)改善信號傳輸質(zhì)量，將覆蓋拓展到常規小區以外的區域及其它覆蓋盲區，并有效提高用戶(hù)吞吐量，特別是小區邊緣用戶(hù)的吞吐量。

　　解決方案：為了滿(mǎn)足4G提出的技術(shù)指標，無(wú)線(xiàn)多跳中繼(Multi-hopRelay)技術(shù)將成為有效改善覆蓋和提高系統容量的重要技術(shù)手段。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界就此技術(shù)已經(jīng)展開(kāi)了廣泛的研究，標準化工作也已取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前，IEEE802.16m(WiMAX演進(jìn)技術(shù))已明確支持中繼技術(shù)，眾多廠(chǎng)商和運營(yíng)商也在3GPPLTE-Ad-vanced的討論中將其確定為性能提高的重要技術(shù)方案之一。鑒于多跳中繼在未來(lái)網(wǎng)絡(luò )中的重要地位和潛在的商業(yè)價(jià)值，需要重點(diǎn)研究4G中的多跳中繼技術(shù)，使未來(lái)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )能夠滿(mǎn)足日益增長(cháng)的高數據速率、高頻譜效率、廣泛的覆蓋能力和全業(yè)務(wù)支撐能力等諸多方面的要求。

　　3　分布式組網(wǎng)技術(shù)

　　需求：頻譜的緊張狀況將在很大程度上決定未來(lái)移動(dòng)通信系統或多或少都需要采用分布式組網(wǎng)技術(shù)。在無(wú)線(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡(luò )以及Mesh網(wǎng)絡(luò )中，主要都采用分布式組網(wǎng)技術(shù)。而在中繼增強蜂窩(RelayEnhancedCellular，REC)系統中，至少必須采用部分的分布式組網(wǎng)技術(shù)。

　　解決方案：我國在分布式天線(xiàn)的研究處于世界先進(jìn)地位，然而在分布式組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)上，還需要做進(jìn)一步的努力。目前，國際上有關(guān)這一領(lǐng)域的研究還非常弱，能夠真正實(shí)用化的技術(shù)還非常少。例如，在IEEE802.16(WiMAX)標準中，對于Mesh模式如何組網(wǎng)也只是籠統地定義了緊耦合和松耦合等等，卻很難有具體的方案。我們必須嘗試改變傳統移動(dòng)通信系統的集中控制模式，將愈來(lái)愈復雜的網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化問(wèn)題化解為分布式的基本互聯(lián)單元間的信息交互與協(xié)同優(yōu)化問(wèn)題，從而為未來(lái)移動(dòng)通信系統向高頻段、海量化接入發(fā)展提供一個(gè)全新的途徑。這種努力方向也符合將移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )扁平化的目標。

　　4　頻譜共享技術(shù)

　　需求：頻譜資源的有限性引發(fā)了人們對其利用效率的越發(fā)關(guān)注。與此同時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)本身正朝著(zhù)高頻譜利用率方向不斷發(fā)展，而不同體制間異構無(wú)線(xiàn)通信系統頻譜資源共享技術(shù)與機制，是大幅度提高頻譜利用率的另外一個(gè)重要的努力方向，能從更高的層次上有效解決制約未來(lái)寬帶無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的頻譜需求瓶頸問(wèn)題。目前國際上的相關(guān)研究十分活躍，而且以IEEE802.22為代表的有關(guān)頻譜感知共享與認知無(wú)線(xiàn)電(CognitiveRadio)技術(shù)的標準化工作正在如火如荼地開(kāi)展。因此，發(fā)展具有頻譜感知與動(dòng)態(tài)共享及能力的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與系統，是無(wú)線(xiàn)通信系統未來(lái)主要發(fā)展努力方向之一。頻譜共享技術(shù)也將成為4G系統的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。

　　解決方案：頻譜共享技術(shù)的研究涉及到Underlay和Overlay兩種不同的模式，其中Underlay主要是使用超寬帶(UWB)技術(shù)以同時(shí)利用頻譜，而Overlay主要是見(jiàn)縫插針式的頻譜利用。另外，需要研究在同一運營(yíng)商下的異構網(wǎng)絡(luò )頻譜共享以及不同運營(yíng)商之間的頻譜共享問(wèn)題，前者主要靠頻譜資源的調度，而后者則涉及到頻譜競爭和拍賣(mài)等機制，需要從博弈論(GameTheory)的角度加以研究。目前，最典型的切入點(diǎn)是利用廣播電視的空隙頻段來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。