4G網(wǎng)絡(luò)中的典型關(guān)鍵技術(shù)

2008年，我國(guó)開始實(shí)施“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)。由實(shí)施綱要可見，公共通信網(wǎng)在相當(dāng)長(zhǎng)的階段仍然是無線移動(dòng)通信的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，仍將在未來無線公眾信息服務(wù)中扮演基礎(chǔ)作用。在可預(yù)見的未來，公眾蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的商用化進(jìn)程將在2011年前后由現(xiàn)有的3G及其增強(qiáng)型HSPA，升級(jí)至3G演進(jìn)型技術(shù)(LTE和UMB)，并在2015年前后發(fā)展至4G技術(shù)。由于E3G和4G的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間間隔較短，因此應(yīng)考慮E3G與4G的協(xié)調(diào)發(fā)展。

　　可以預(yù)見，在“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)的實(shí)施過程中，將主要以新一代寬帶蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)為主，同時(shí)也輔以寬帶無線接入系統(tǒng)、短距離互聯(lián)系統(tǒng)以及自組織無線網(wǎng)絡(luò)，共同組成融合的、泛在的新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)。針對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)，需要重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試驗(yàn)證、中繼技術(shù)、分布式組網(wǎng)技術(shù)以及頻譜共享技術(shù)等的研發(fā)。

　　1　關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試驗(yàn)證

　　需求：測(cè)試平臺(tái)和外場(chǎng)環(huán)境是每一項(xiàng)無線通信技術(shù)研究開發(fā)過程中不可缺少的組成部分，國(guó)際上在3G/B3G/4G的研發(fā)過程中都通過建立測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)/平臺(tái)來加速技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程、加快技術(shù)成熟化的速度、加強(qiáng)在市場(chǎng)話語權(quán)的力度。當(dāng)前，無論是標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)*估的迫切需求，還是運(yùn)營(yíng)商拓展未來移動(dòng)通信應(yīng)用的技術(shù)升級(jí)需求，我國(guó)都需要迅速建立起一個(gè)開放式、直接服務(wù)于產(chǎn)-學(xué)-研-用技術(shù)創(chuàng)新的4G關(guān)鍵技術(shù)公共試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。

　　解決方案：4G公共試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)需面向我國(guó)4G關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)需要，由具備開放靈活性和可重配置能力的試驗(yàn)驗(yàn)證通用平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境組成。它能夠支持4G峰值傳輸速率、多頻段、多帶寬、大動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)范圍的無線通信試驗(yàn)，支撐研發(fā)中的4G各類技術(shù)與原型系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)，提煉出代表我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的測(cè)試*估規(guī)范，增強(qiáng)這些技術(shù)方案的質(zhì)量、重要性和競(jìng)爭(zhēng)力，為使我國(guó)自主研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)能夠成為國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)鋪平道路，并對(duì)中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)提供必要、充分和有效的支撐。

　　2　中繼技術(shù)

　　需求：為獲得更多的頻譜資源并避免與其他無線系統(tǒng)的干擾，未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)將更多地工作于更高的頻段，為對(duì)抗惡劣的無線傳播環(huán)境，需要部署更多的基站或采用直放站等增強(qiáng)技術(shù)來保證有效的覆蓋。前者的CAPEX和OPEX較高，后者則存在干擾信號(hào)被一并放大從而導(dǎo)致系統(tǒng)容量降低的潛在弊端。相比之下，無線多跳中繼技術(shù)則能借助中繼站(RS)的轉(zhuǎn)發(fā)來改善信號(hào)傳輸質(zhì)量，將覆蓋拓展到常規(guī)小區(qū)以外的區(qū)域及其它覆蓋盲區(qū)，并有效提高用戶吞吐量，特別是小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

　　解決方案：為了滿足4G提出的技術(shù)指標(biāo)，無線多跳中繼(Multi-hopRelay)技術(shù)將成為有效改善覆蓋和提高系統(tǒng)容量的重要技術(shù)手段。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界就此技術(shù)已經(jīng)展開了廣泛的研究，標(biāo)準(zhǔn)化工作也已取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前，IEEE802.16m(WiMAX演進(jìn)技術(shù))已明確支持中繼技術(shù)，眾多廠商和運(yùn)營(yíng)商也在3GPPLTE-Ad-vanced的討論中將其確定為性能提高的重要技術(shù)方案之一。鑒于多跳中繼在未來網(wǎng)絡(luò)中的重要地位和潛在的商業(yè)價(jià)值，需要重點(diǎn)研究4G中的多跳中繼技術(shù)，使未來的無線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足日益增長(zhǎng)的高數(shù)據(jù)速率、高頻譜效率、廣泛的覆蓋能力和全業(yè)務(wù)支撐能力等諸多方面的要求。

　　3　分布式組網(wǎng)技術(shù)

　　需求：頻譜的緊張狀況將在很大程度上決定未來移動(dòng)通信系統(tǒng)或多或少都需要采用分布式組網(wǎng)技術(shù)。在無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)以及Mesh網(wǎng)絡(luò)中，主要都采用分布式組網(wǎng)技術(shù)。而在中繼增強(qiáng)蜂窩(RelayEnhancedCellular，REC)系統(tǒng)中，至少必須采用部分的分布式組網(wǎng)技術(shù)。

　　解決方案：我國(guó)在分布式天線的研究處于世界先進(jìn)地位，然而在分布式組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)上，還需要做進(jìn)一步的努力。目前，國(guó)際上有關(guān)這一領(lǐng)域的研究還非常弱，能夠真正實(shí)用化的技術(shù)還非常少。例如，在IEEE802.16(WiMAX)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于Mesh模式如何組網(wǎng)也只是籠統(tǒng)地定義了緊耦合和松耦合等等，卻很難有具體的方案。我們必須嘗試改變傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的集中控制模式，將愈來愈復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題化解為分布式的基本互聯(lián)單元間的信息交互與協(xié)同優(yōu)化問題，從而為未來移動(dòng)通信系統(tǒng)向高頻段、海量化接入發(fā)展提供一個(gè)全新的途徑。這種努力方向也符合將移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)扁平化的目標(biāo)。

　　4　頻譜共享技術(shù)

　　需求：頻譜資源的有限性引發(fā)了人們對(duì)其利用效率的越發(fā)關(guān)注。與此同時(shí)，無線傳輸技術(shù)本身正朝著高頻譜利用率方向不斷發(fā)展，而不同體制間異構(gòu)無線通信系統(tǒng)頻譜資源共享技術(shù)與機(jī)制，是大幅度提高頻譜利用率的另外一個(gè)重要的努力方向，能從更高的層次上有效解決制約未來寬帶無線通信發(fā)展的頻譜需求瓶頸問題。目前國(guó)際上的相關(guān)研究十分活躍，而且以IEEE802.22為代表的有關(guān)頻譜感知共享與認(rèn)知無線電(CognitiveRadio)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在如火如荼地開展。因此，發(fā)展具有頻譜感知與動(dòng)態(tài)共享及能力的無線通信技術(shù)與系統(tǒng)，是無線通信系統(tǒng)未來主要發(fā)展努力方向之一。頻譜共享技術(shù)也將成為4G系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。

　　解決方案：頻譜共享技術(shù)的研究涉及到Underlay和Overlay兩種不同的模式，其中Underlay主要是使用超寬帶(UWB)技術(shù)以同時(shí)利用頻譜，而Overlay主要是見縫插針式的頻譜利用。另外，需要研究在同一運(yùn)營(yíng)商下的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)頻譜共享以及不同運(yùn)營(yíng)商之間的頻譜共享問題，前者主要靠頻譜資源的調(diào)度，而后者則涉及到頻譜競(jìng)爭(zhēng)和拍賣等機(jī)制，需要從博弈論(GameTheory)的角度加以研究。目前，最典型的切入點(diǎn)是利用廣播電視的空隙頻段來進(jìn)行無線通信。