4G通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)初探(3)

　　3.3　智能天線

隨著電子通信產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我們生活環(huán)境中的無線干擾也日漸嘈雜，來自廣播、移動通信、無線通信等各個不同領(lǐng)域的電磁波相互干擾著，這為在復(fù)雜的背景噪聲中正確接收有效信號帶來了一定的難度。

目前2G通信系統(tǒng)中采用的天線分為全向天線和定向天線兩種，全向天線應(yīng)用于360°覆蓋的小區(qū)，定向天線應(yīng)用于小區(qū)分裂后的部分覆蓋小區(qū)。這兩種天線覆蓋的區(qū)域形狀都是不變的，因此對于基站來說，給每一個移動用戶的下行信號是廣播式發(fā)送的，這樣勢必會引起系統(tǒng)干擾，并降低了系統(tǒng)容量。

智能天線采用了空分多址(SDMA)的技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域，使主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每位用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號，從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。

因此，智能天線技術(shù)更加適用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動通信系統(tǒng)。在我國提出的3G標準TD-SCDMA中采用了智能天線技術(shù)。

智能天線具有以下優(yōu)點。

(1)提高系統(tǒng)容量。智能天線采用了SDMA技術(shù)，利用空間方向的不同進行信道的分割，在不同的信道中可以在同一時間使用同一種頻率而不會產(chǎn)生干擾，從而提高了系統(tǒng)容量。

(2)降低系統(tǒng)干擾。智能天線技術(shù)將波束的旁瓣或零陷對準干擾信號方向，因此能夠有效抑制干擾。

(3)擴大覆蓋區(qū)域。由于智能天線有了自適應(yīng)的波束定向功能，因此與普通天線相比，在同等發(fā)射功率的條件下，采用智能天線技術(shù)的信號能夠傳送到更遠的距離，從而增加了覆蓋范圍。

(4)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。由于智能天線技術(shù)能夠擴大覆蓋區(qū)域，因此基站的建設(shè)數(shù)量可以相對減少，降低了運營商的建設(shè)成本。智能天線技術(shù)的主要缺點在于它的使用將增加通信系統(tǒng)的復(fù)雜度，并對元器件提出了較高的性能要求。

3.4　IPv6協(xié)議

4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IPv6協(xié)議主要基于兩點的考慮，一點是足夠的地址空間，另外一點是支持移動性管理，這兩點是IPv4不具備的。除此以外，IPv6還能夠提供較IPv4更好的QoS保證及更好的安全性。由于承載網(wǎng)是IP網(wǎng)，未來的移動終端必然需要擁有唯一的一個IP地址作為身份標識。目前使用的IPv4的地址長度僅有32bit，其IP地址資源預(yù)計將在2006年左右被消耗盡。而IPv6具有長達128bit的地址空間，即多達2128個地址，能夠徹底解決地址資源不足的問題。

其次，未來的移動用戶接入4G通信系統(tǒng)不同于現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)用戶接入Internet，其最大的特征是具有不確定的移動性，因此必然要求所采用的IP協(xié)議能夠提供強大的移動性管理功能以支持越區(qū)切換及無縫漫游IPv6引入了移動IP的概念，移動IP的簡單原理圖如圖2所示。使用家鄉(xiāng)地址(HA， Home Address)來標識移動終端的IP地址，使用轉(zhuǎn)交地址CoA來表示移動終端的當(dāng)前所在位置并用于選路，其主要思想類似于現(xiàn)網(wǎng)上采用的MSISDN(移動臺ISDN號碼)及MSRN(移動終端漫游號碼)。移動終端(稱為Node A)在離開歸屬地(家鄉(xiāng))的時候會選擇一個路由器作為家鄉(xiāng)代理(Home Agent)，并在家鄉(xiāng)代理上注冊CoA。其它通信節(jié)點(稱為Node B)先通過移動終端的家鄉(xiāng)地址將信息發(fā)送給Node A的家鄉(xiāng)代理。由家鄉(xiāng)代理通過隧道的方式將來自Node B的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給Node A的CoA地址。當(dāng)Node A收到由家鄉(xiāng)代理轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)包后，它可以從數(shù)據(jù)包的源地址得知Node B想與自己進行通信，于是發(fā)送自己現(xiàn)在的新地址給Node B。之后Node B與Node A之間可以不再通過家鄉(xiāng)代理的轉(zhuǎn)發(fā)而直接進行雙向通信了。

4　4G通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前，4G系統(tǒng)仍處于研究的起步階段，相關(guān)標準尚未出臺，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也沒有成型，但網(wǎng)絡(luò)融合的大趨勢是顯而易見的。

“全IP核心網(wǎng)”概念的理解，應(yīng)該包括從IP骨干傳輸層到控制層、應(yīng)用層的一個整體。因此，未來的無線基站將具備通過IP協(xié)議直接接入“全IP核心網(wǎng)”的能力，原有的交換中心、歸屬位置寄存器、鑒權(quán)中心等網(wǎng)元的主要功能都將由網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，信令網(wǎng)上的各層協(xié)議也將逐漸被IP協(xié)議所取代。整個網(wǎng)絡(luò)將從過去的垂直樹型結(jié)構(gòu)演變?yōu)榉植际降穆酚山Y(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)的差異性也只體現(xiàn)在接入層面。

4G通信系統(tǒng)按照功能可以劃分為接入層、承載層和業(yè)務(wù)控制層3層。

接入層允許用戶使用各種終端通過各種形式接入到4G的通信系統(tǒng)中，這一部分將是革命性的演進；承載層提供QoS保證、安全管理、地址轉(zhuǎn)換等功能，與接入層之間的接口應(yīng)為開放的IP協(xié)議接口；業(yè)務(wù)控制層提供對業(yè)務(wù)的管理、加載等功能，它與承載層之間也應(yīng)有開放的接口，以便于第三方提供新的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

5　4G與3G的關(guān)系

從前面對4G通信系統(tǒng)的介紹中可以看出，它將能夠比3G系統(tǒng)更好、更便捷的提供基于多媒體的通信業(yè)務(wù)，在未來4G系統(tǒng)將會取代3G系統(tǒng)是通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。但我們是否就此可以認為目前全球正在或即將進行的3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)變得毫無意義呢?答案是否定的。

首先，3G系統(tǒng)的建設(shè)實際上能夠為未來更廣泛的應(yīng)用多媒體業(yè)務(wù)起到市場培育的作用，正如lG的模擬系統(tǒng)對用戶進行移動業(yè)務(wù)的培育、GPRS系統(tǒng)對3G的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行培育一樣。用戶對新業(yè)務(wù)從最初的認識到接受，直到最后的普遍使用是個較為漫長的過程，這個過程需要運營商從簡單業(yè)務(wù)到多樣化業(yè)務(wù)逐步進行提供，通過首先吸引高端用戶到逐步普及至中、低端用戶，使用戶從偶爾的選擇性使用到廣泛的自然應(yīng)用，這一切都依賴于市場培育。

其次，每項新的技術(shù)從最初概念的提出到技術(shù)難點的突破，到試驗網(wǎng)的搭建，再到最終產(chǎn)品化的市場應(yīng)用也是個漫長的過程。在這一過程中，用戶對通信業(yè)務(wù)種類和內(nèi)容的要求都在逐步提高，通信業(yè)務(wù)市場不可能一直處于等待狀態(tài)，等待一個全新的強大的系統(tǒng)一次性解決所有問題，而應(yīng)該是在市場發(fā)展的每個階段都要有能與之相適應(yīng)的通信系統(tǒng)進行支持。因此，在數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展初期，建設(shè)一個能滿足用戶簡單需求的3G通信系統(tǒng)是必須的。而對于設(shè)備研發(fā)商來說，3G系統(tǒng)的建設(shè)能夠幫助他們從3G網(wǎng)絡(luò)的實際運行過程中發(fā)現(xiàn)問題，從而探索更好的解決辦法，從而為今后4G系統(tǒng)的建設(shè)提供有價值的指導(dǎo)。

第三，從網(wǎng)絡(luò)的平滑演進方面來說，3G系統(tǒng)也是必不可少的一個階段。目前2G的系統(tǒng)從接入網(wǎng)到核心網(wǎng)全部都是電路型的，而未來的4G系統(tǒng)則是從接入到核心網(wǎng)一體化的“全IP”結(jié)構(gòu)。從一個完全電路域的系統(tǒng)演變?yōu)橐粋�基于分組的全IP結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)是一個臺階式的躍變，無論從運營商的角度還是從用戶的角度，這種變化都是很大的。

對于運營商來說，非平滑演進的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)除了會帶來很大的投資風(fēng)險以外，對于現(xiàn)網(wǎng)的已有投資也將付之東流。而對于用戶來說，面臨的將是必須更換移動終端的無奈選擇，這種情況下將會導(dǎo)致大量用戶重新選擇運營商和網(wǎng)絡(luò)，同樣會給運營商帶來不可估量的損失。從4G提出的目標是解決3G系統(tǒng)的缺陷、提供完善理想化的技術(shù)體系來看，雖然3G到4G無論對于網(wǎng)絡(luò)還是終端也不可能是完全平滑的演進，但3G系統(tǒng)在這中間可以起到承上啟下的樞紐作用，成為向全IP網(wǎng)絡(luò)演進中不可缺少的一環(huán)。

從這些方面來說，雖然3G系統(tǒng)在通信速率、異構(gòu)系統(tǒng)間的漫游等方面存在著種種不盡人意的地方，但它并不是泡沫，而是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然階段。而對4G系統(tǒng)的建設(shè)也將是建立在3G已不能夠滿足未來用戶對多媒體業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上進行的。

6　結(jié)束語

根據(jù)從1G到3G的發(fā)展情況，我們可以看出通信系統(tǒng)的發(fā)展周期一般為1O年，因此人們普遍認為從2010年開始4G系統(tǒng)的時代將會來臨。目前我國的3G系統(tǒng)建設(shè)尚未起步，但3G牌照可能會發(fā)放，且有可能馬上激起3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的浪潮。考慮到以下幾點，我國通信發(fā)展的實際情況是目前仍以語音業(yè)務(wù)為主要需求；3G系統(tǒng)在多媒體業(yè)務(wù)上存在一定的局限性；3G的實際作用是為4G進行多媒體業(yè)務(wù)的市場培育；未來4G系統(tǒng)設(shè)備革命性演變可能帶來的投資沖擊等。本文認為3G的主流業(yè)務(wù)仍應(yīng)該以語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，多媒體時代仍需等待4G系統(tǒng)的建設(shè)，因此我國各大運營商在選擇3G系統(tǒng)的建設(shè)時機及建設(shè)規(guī)模上應(yīng)謹慎抉擇。

4G系統(tǒng)將融合現(xiàn)有的各種無線接入技術(shù)，這些技術(shù)包括蜂窩、衛(wèi)星、WLAN、藍牙、Ad-hoc、DAB/DVB(數(shù)字音頻和視頻廣播)、WAP等。這些技術(shù)的融合將使4G成為一個無縫連接的統(tǒng)一系統(tǒng)，實現(xiàn)跨系統(tǒng)的全球漫游及業(yè)務(wù)的可攜帶性，它將幫助我們實現(xiàn)充滿個性化的通信夢想，為我們未來的生活描繪出多彩的一筆。