4G關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

到目前為止，3G各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已達(dá)成協(xié)議并已進(jìn)入商用。然而我們同時(shí)也應(yīng)該看到，3G系統(tǒng)也有其局限性，如：缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);3G所采用的語音交換架構(gòu)仍承襲了第二代(2G)的電路交換，而不是純IP方式;由于受到多用戶干擾，CDMA難以達(dá)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(yùn)行網(wǎng)絡(luò)(平臺(tái))之間或者多個(gè)無線接口之間，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)通信過程中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無縫連接能力，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率。4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個(gè)無線接口，由多個(gè)業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者提供多媒體業(yè)務(wù)。其核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，因此核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接入方案，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(tǒng)通過多媒體接入系統(tǒng)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(kuò)展的平臺(tái)，如圖所示。

圖：4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(tǒng)最為合適的多址方案，該技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)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(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號(hào)波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負(fù)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(tǒng)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(SA)與多入多出天線(MIMO)技術(shù)

智能天線具有抑制信號(hào)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(hào)，這種技術(shù)既能改善信號(hào)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(hào)的接收和發(fā)射。同時(shí)通過基帶數(shù)字信號(hào)處理器，對各個(gè)天線鏈路上接收到的信號(hào)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。

3. 軟件無線電技術(shù)(SDR)

軟件無線電技術(shù)被認(rèn)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(tǒng)中，軟件將會(huì)變得非常繁雜。為此專家們提議引入軟件無線電技術(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。軟件無線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號(hào)的數(shù)字化過程盡可能地接近天線，即將A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近RF前端，利用DSP進(jìn)行信道分離、調(diào)制解調(diào)和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個(gè)無線電通信平臺(tái)，在平臺(tái)上運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無線通信。

二、把4G系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用，會(huì)遇到技術(shù)和市場兩方面的挑戰(zhàn)

1. 4G系統(tǒng)所運(yùn)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)長期的過程。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(qū)別型業(yè)務(wù)技術(shù)也是有待解決的重要問題之一。而且這些技術(shù)在移動(dòng)IP平臺(tái)上并不是最優(yōu)的。

2. 4G系統(tǒng)所標(biāo)稱的最大速度，在實(shí)際應(yīng)用中，很難達(dá)到理論值。人們對未來的4G通信的需求是它的通信傳輸速度將會(huì)得到極大提升，從理論上說最高可達(dá)到100Mbps，但手機(jī)的傳輸速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制。

3. 4G的發(fā)展實(shí)施還要受到市場壓力的影響。有專家預(yù)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(tǒng)，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(tǒng)的接受還需要一個(gè)逐步過渡的過程。另外在過渡過程中，號(hào)稱5G的技術(shù)隨時(shí)都有可能威脅到4G的盈利計(jì)劃。

4. 盡管第四代移動(dòng)通信技術(shù)有著比3G更強(qiáng)的優(yōu)越性，可要是把4G投入到實(shí)際應(yīng)用，需要對現(xiàn)有的移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造，這將會(huì)引發(fā)一系列的資金、觀念等問題，從而在一定程度上會(huì)減緩4G正式進(jìn)入市場的速度。

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