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[组图]4G移动通信系统中关键技术简介         ★★★ 【字体:
4G移动通信系统中关键技术简介
作者:imefan    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2012-2-12    

图1 4G移动通信系统网络组成示意图

  4G通信系统按照功能可以划分为接入层、承载层和业务控制层3层。接入层允许用户使用各种终端通过各种形式接入到4G通信系统中,这一部分将是革命性的演进;承载层提供QoS保证、安全管理、地址转换等功能,与接入层之间的接口应为开放的IP协议接口;业务控制层提供对业务的管理、加载等功能,它与承载层之间也应有开放的接口,以便于第三方提供新的业务应用。

  从前面对4G通信系统的描述中可看出,它是一个远比3G更加复杂的通信系统,它的实现需要依托于很多新兴技术。在4G通信系统中可能采用的关键技术主要包括OFDM、软件无线电、智能天线、移动IPv6等,下面分别介绍这几种4G通信系统中的关键技术。

 1.2 OFDM(正交频分复用)

  由于无线信道存在多径效应,数据信号在各种不同类型的无线信道上传输时,产生的时延会造成接收信号的码间干扰,尤其当码元速率提高而周期相应缩短时,时延将会跨越更多的码元,而使这种干扰变得更大。此外,码元速度的提高引起信号带宽相应增大,当信号带宽大干信道的相关带宽时会造成频率选择性衰落。目前单载波调制技术为了能够尽量减轻这种衰落而采用了均衡技术,但却不得不以增加信道噪声作为代价。

  未来的无线多媒体业务首先要求数据传输速率要高,同时又要保证传输质量,这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率,又要有较长的码元周期。基于这样的考虑,产生了OFDM技术,属于多载波调制技术(MCM)中的一种。OFDM是4G通信网的核心技术。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落,从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。OFDM技术之所以越来越受关注,是因为OFDM有很多独特的优点:

 (1)频谱利用率很高,频谱效率比串行系统高近一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠,从理论上讲其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

 (2)抗衰落能力强。OFDM把用户信息通过多个子载波传输,在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍,使OFDM对脉冲噪声(Impulse Noise)和信道快衰落的抵抗力更强。同时,通过子载波的联合编码,达到了子信道间的频率分集的作用,也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。因此,如衰落不特别严重,就没必要再添加时域均衡器。

 (3)适合高速数据传输。OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候,采用效率高的调制方式。当信道条件差的时候,采用抗干扰能力强的调制方式。再有,OFDM加载算法的采用,使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此,OFDM技术非常适合高速数据传输。

 (4)抗码间干扰(ISI)能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰,它与加性的噪声干扰不同,是一种乘性干扰。造成码间干扰的原因有很多,实际上,只要传输信道的频带是有限的,就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀,对抗码

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