4g通信關(guān)鍵技術(shù)探討

1、緊接著3G之后的4G移動(dòng)通信技術(shù)，其技術(shù)發(fā)展已成為繼3G、3.5G通訊技術(shù)之后各廠商的研究重點(diǎn)。盡管目前4G移動(dòng)通信技術(shù)尚未成形，然其雛形已大致具備。本文將針對4G通信技術(shù)的技術(shù)需求、架構(gòu)與特性等議題進(jìn)行探討，并探究4G通信的關(guān)鍵技術(shù)。歷經(jīng)了前兩代移動(dòng)通信的發(fā)展，目前移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)堂堂進(jìn)入3G世代，而3.5代通信技術(shù)也如火如荼發(fā)展。過去第一代移動(dòng)通信技術(shù)是採用模擬技術(shù)的語音tqq動(dòng)通信，到了2G移動(dòng)通信則是採用數(shù)字無線傳輸技術(shù)的語音通

2、信。目前3G移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，因此緊接著3G之后的4G移動(dòng)通信技術(shù)，其技術(shù)發(fā)展已成為繼3G、3.5G通信技術(shù)之后各廠商的研究重點(diǎn)。盡管目前4G移動(dòng)通信技術(shù)尚未成形，然其雛形已大致具備。本文將針對4G通信技術(shù)的技術(shù)需求、架構(gòu)與特性等議題進(jìn)行探討，并探究4G通信的關(guān)鍵技術(shù)。4G通信技術(shù)崛起通信技術(shù)崛起今日，3G通訊的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范已進(jìn)入商業(yè)用途。然而到目前為主，在應(yīng)用上也發(fā)現(xiàn)3G通信的許多缺點(diǎn)，例如缺乏全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。3G所

3、採用的語音交換架構(gòu)仍承襲了2G的「電路交換模式」（CircuitSwitchMode），而非採用純IP方式，也因此容易受到多用戶的干擾，導(dǎo)致傳輸速率無法大幅提高。面對這些應(yīng)用上的缺點(diǎn)，理想中的4G通訊技術(shù)應(yīng)該具備以下的特色：更大傳輸頻寬對大范圍高速移動(dòng)的使用者（最高250kmh）頻寬需求為2Mbps，中速移動(dòng)的使用者（60kmh）頻寬需求為20Mbps，低速移動(dòng)或室內(nèi)靜止的使用者頻寬需求為100Mbps；更高儲存容量由于傳輸頻寬增大，因

4、此資料儲存容量至少需求為3G系統(tǒng)的10倍以上；更高相容性4G通信技術(shù)必須具備向下相容、開放介面、全球漫游、與網(wǎng)路互聯(lián)、多元終端應(yīng)用等，并能從3G通信技術(shù)平穩(wěn)過渡至4G；不同系統(tǒng)的無縫連接行動(dòng)使用者在移動(dòng)中，特別是高速移動(dòng)，也都能順利使用通信系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)間進(jìn)行無縫轉(zhuǎn)換（SeamlessTransitions），傳送高速多媒體資料等；高度智慧化網(wǎng)路系統(tǒng)4G網(wǎng)路必須是高度智慧、能隨狀況自行調(diào)整的網(wǎng)路系統(tǒng)，它須具備良好的彈性以滿足不同環(huán)境

5、與不同用戶的通信需求；整合性的便利服務(wù)4G系統(tǒng)將個(gè)人通信、資訊傳輸、廣播服務(wù)與多媒體娛樂等各項(xiàng)應(yīng)用整合，提供更為廣泛、便利、安全與個(gè)性化的服務(wù)。綜上所述，4G移動(dòng)通信其技術(shù)的根本目的說穿了，主要是能夠在各終端產(chǎn)品間發(fā)送、接收來自另一端的信號，并在多個(gè)不同的網(wǎng)路系統(tǒng)、平臺與無線通訊介面之間找到最快速與最有效率的通信路徑，以進(jìn)行最即時(shí)的傳輸、接收與定位等動(dòng)作。MIMO多重輸入與多重輸出技術(shù)MIMO（MultipleInputMultiple

6、Output；多重輸入與多重輸出）技術(shù)是近年來熱門的無線通訊技術(shù)之一，其最主要特色是可以大幅提昇資料的傳輸速率。根據(jù)Shannon理論，通道所允許傳輸之最大速率與信號能量、傳輸頻寬有關(guān)。然而這兩項(xiàng)因素在通訊系統(tǒng)上卻是錙銖必較的珍貴資源。傳統(tǒng)的SISO（Singleinputsingleoutput）技術(shù)以單一天線進(jìn)行傳輸，而MIMO技術(shù)則是透過增加天線數(shù)量以達(dá)到提高傳輸速度之效果。圖一.MIMO技術(shù)可大幅提升無線傳輸速率，圖為MIMOR

7、outer。在過去的無線網(wǎng)路傳輸中，大多是利用二支天線切換接收的方式，選擇其中收訊較好的一組天線來傳送與接收資料，這種方式常常會受到障礙物與其它電波的干擾而影響傳輸效能。但MIMO技術(shù)則是利用多組天線（通常為三組天線）同時(shí)傳送、接收資料并合成訊號，因此不僅衰減過的訊號也可以達(dá)成傳輸?shù)哪康?，也可以保持一定的傳輸速率。MIMO還可以利用環(huán)境中的反射波來組合訊號，因此就算是處于障礙物多的環(huán)境也能擁有穩(wěn)定快速的訊號傳輸。因此對于隔間較多的房屋或

8、是辦公大樓，都能大幅提高訊號傳輸效果。由于終端系統(tǒng)的需求從網(wǎng)際網(wǎng)路接取和電子郵件等高頻寬應(yīng)用，逐漸加入了游戲、視訊及音訊串流等，更高傳輸頻寬的需求不斷增高，因此如何提高無線覆蓋范圍，并更有效利用網(wǎng)路頻譜將成為廠商發(fā)展重點(diǎn)。MIMO技術(shù)的特性就是在相同時(shí)間內(nèi)，能在相同的無線電通道內(nèi)傳輸和接收兩個(gè)或多個(gè)不同的數(shù)據(jù)串流，因此系統(tǒng)在每個(gè)訊息通道內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)率將能提高兩倍以上。MIMO技術(shù)每個(gè)訊息通道的最大數(shù)據(jù)速率，都能隨著同一訊息通道中所傳輸?shù)?/p>

9、數(shù)據(jù)串流數(shù)量呈線性增加。透過允許MIMO能在不使用額外的頻譜條件下，同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)串流，提高無線數(shù)據(jù)傳輸容量。盡管MIMO在架構(gòu)和運(yùn)算上需要更多復(fù)雜的演算法、復(fù)雜的架構(gòu)和更高的數(shù)據(jù)處理能力。但隨著MIMO技術(shù)漸漸運(yùn)用于更多無線技術(shù)中，預(yù)計(jì)MIMO技術(shù)將大幅改變未來十年的無線電產(chǎn)業(yè)，例如4G蜂巢式網(wǎng)路、WLAN、WiBro、WiMAX與802.20等無線技術(shù)。SDR軟體無線電技術(shù)多重標(biāo)準(zhǔn)及裝置是今日無線產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流，消費(fèi)者希望手機(jī)具備

10、多種功能，例如單一裝置便具備對談、接收電子郵件和下載影片等多媒體功能。加上全球化的影響，因此這些裝置不管在哪個(gè)國家，都必須可靠地運(yùn)作并進(jìn)行漫游。因此設(shè)計(jì)人員和廠商必須以更具彈性且符合經(jīng)濟(jì)效益的方式開發(fā)新技術(shù)，這些需求都使得下一代的通訊技術(shù)復(fù)雜度更為提升。軟體無線電（SoftwareDefinedRadio；SDR）是一種通訊裝置，其實(shí)體層至更高階通訊協(xié)定層的作業(yè)主要是由軟體定義，可提供容許這種改變的框架。軟體無線電支援多頻寬多模式的無線