浅谈4G电信通信技术及其频谱技术研究.docVIP

浅谈4G电信通信技术及其频谱技术研究郑小发[1]　李响[2]　(重庆机电职业技术学院　重庆　402760)（重庆电子工程职业学院　重庆　400055）摘 要： 主要对电信通信领域下一代电信通信技术(即所谓的4 G)进行了论述．4G信通信系统将为电信中的用户提供100 MBit／s的数据传输，面为静止的用户提供1 Gb／s的数据传输．因此，需要更先进的技术来支持这样一个无线网络．展望了4 G中可能出现的新技术，对物理层结构做了深入探讨．灵活高效的频谱、蜂窝间干扰的有效解决是未来4 G关键词： 计算机科学；正交频分复用　4 GI频谱灵活性近年来，在电信通信领域，无线通信设备的研制及相关标准的制定越来越受到人们的重视．虽然3G标准比现有无线技术更强大，但它具有难以达到较高的通信速率，难以提供动态范围多速率业务，难以实现不同频段的不同业务环境间的无缝漫游等一系列局限性，使得业界的专家们将目光更远地投向了第四代电信通信系统(4 G)上，4 G通信系统将为电信中的用户提供100 MBit／s的数据传输，而为静止的用户提供1 Gb／s的数据传输．人们期望通过4 G来解决3 G中的问题．真正实现“任何人在任何地点以任何形式接入网络”的梦想[1q]．总的说来，4 G通信标准将具备以下特点：(1)新的无线电技术将确保频谱的利用率更高；(2)4G通信系统选择了采用基于IPv6的全分组的方式传送数据流；(3)多载波调制技术得到广泛应用。(4)各种服务将高度整合．1 OFDM 技术简介在4G电信通信系统中采用了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，0FDM)技术作为其核心技术．在GMC(Generalized Multi—Carrier广义多载波)技术中，数据包大小能根据传输线路的实际情况进行适当调整[5]．OFDM就是基于GMC的一种技术．OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，以消除信号波形间的干扰．3G系统中采用的是码分多址CDMA技术，属于单载波调制，CDMA2000中虽采用的是多载波技术，但各个载波之间相互独立．在OFDM 系统中由于各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率．OFDM 的主要技术难点是系统中的频率和时间同步、基于导频符号辅助的信道估计、峰均比问题和多普勒频偏的影响[6 ]．基于OFDM 的一些不足，有专家提出，引入GMC调制的概念，将OFDM 技术应用于CDMA 技术．这种技术称之为MC—CDMA．MC—CDMA集中了OFDM 和CDMA的优点．使得系统更加高效、灵活，频谱利用率更高 ．2 GMC物理层基本原理在描述过4Gl的基本特征和相关技术后，现在再从物理层的视角来研究一下基站BS(Base Stations)和电信终端MTs(Mobile Terminals)及其关系．发射和接收模块如图1和图2所示．对于发射部分而言，图1所示的所有模块均不能省略；而对于接收部分而言，则可根据实际情况(如功率、成本、大小等因素)，有些模块可进行适当的取舍．在发射端(如图1所示)，二进制的信息源在信道编码器(Channel Coder)中进行编码，然后存储并交织，最后进行数字调制．以上三个步骤均在adaptive BICM 模块中完成．比如，发射器能改变编码的类型 码率或存储位置，使其达到当前所需的服务质量．经过adaptive BICM 编码并进行串／并变换后，信号进入adaptive STF precoded模块中，信号被加上诸如地点、时间、频率等前缀信息．在这里，各种线性或非线性的技术被广泛应用．不同的用户会发送不同的信号，由于每个信号都增加了前缀信息，因此避免了相互干扰．这就为MIMO技术的应用提供了保障[9]．通过快速傅立叶反变换IFFT(inverse fast Fourier transform)，离散信号被转换合成调制信号．系统中采用了循环前缀，可以有效地对抗无线传输环境下的多径效应，抗码间干扰ISI(inter—symbol interference)能力大大增强．根据实际情况，各种射频RF(radio frequency)信号转成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线同频、同时发送出去 ．在接收端(如图2)．可变射频信号分成M个支路被M 条天线所接收，然后，通过M 个子载波混频和积分，恢复出子信号．再经过并串变换和快速傅立叶变换(FFT)解调就可以恢复出数据．由于子载波的正交性，混频和积分电路可以有效地分离各子载波信道，在整个OFDM 的工作流程中OFDM 与其他技术的主要区别在于其采用的调制／解调技术以