对4G系统中信号处理硬件平台的研究和实现

【摘要】 移动通信在逐步的发展之中，逐渐成为当代通信领域中最具潜力的技术，它拥有广阔的发展前景，因此，4G通信是目前国内国外都重点研究的技术。与3G通信相比，4G通信的兼容性更加好，无论是在技术要求还是在应用场合上都有了很大的提升。随着时代和技术的不断发展进步，4G通信必将能够适应人们各个方面的生活，方便人们更好的进行沟通交流。

【关键词】 4G系统 信号处理技术 移动通信

前言：4G通信系统是继3G通信系统发展而来的，解决了3G通信系统中各方面不兼容的问题。解决问题并不能仅仅依靠单独的一项技术，是分阶段逐步解决，综合运用各种可能的技术来改进通信问题。新一代的信号处理硬件平台需要具备很多性能，例如，它应该是一个模块化处理技术，并且可以进行扩展，具备通用性，同时对于软件兼容和自定义都能很好的处理等，这样的性质才能够保证移动基站系统更加灵活，不受限制，再配置性和通用性也能够很好地体现。

一、4G通信系统的简介

1.1 4G系统的定义

4G是对于第四代无线传输技术的简称，是一种利用宽带进行移动通信的阶段，是在3G的基础上有所改进和发展而产生的一种技术。近年来，网络以及多媒体技术迅速发展，使用者已经慢慢适应了通过影像进行直接面对面对话的沟通方式，并且对于这种沟通方式的要求也越来越高。因此，使用者就希望通过4G的通信技术来满足他们各式各样的要求，提供更加多样化的业务种类，比如接入因特网、图像的传输、视频的点对点播放、个人数据的传送以及可以实时地收看电视节目，同时，人们也更加希望通信方式拥有更好的人机互动，这样在人们进行操作时，就会更加便利。而4G通信不仅仅能够满足人与人之间的交流，也可以实现人对机器的远距离操控，甚至是机器对机器的操作。这种通信系统的发展将带动我国通信方式的改变。

1.2 4G系统主要的技术特征

4G是在3G技术的基础上发展演变而来的，增强了无线通信网络的效率和功能，它不是一项技术，而是多种技术融合所得的产物，它不仅包含了传统通信领域的技术，还将宽带无线接入领域中的新技术以及广播电台领域的技术融入其中，4G能够比3G更加接近于人的生活，抗干扰的能力更强。

4G通信系统本身具备很好的传输数据的速度和质量，能够在相同的情况下承载更多的多媒体信息；4G通信系统也具有更加灵活丰富的业务功能，其平台更加开放，有很好的重构性，自治、自适能力强能够很好地满足不同用户在各种环境下对于通讯能力地需要；同时，4G通信系统比3G更加安全，期鉴别能力和防范性能都更加出色，用户可以更加放心地使用。

二、4G通信系统中信号处理硬件平台的关键技术

2.1 OFDMA技术

在未来，对于无线多媒体业务的要求是既能够快速地传递数据，又要保证所传递的数据的质量，这就需要进行服务的调制解调技术具备较高的信元速率和较长的码元周期，OFDMA技术恰巧符合这些要求。OFDMA技术实质上是一种在无线的环境下能够进行高速传输的技术。这项技术最大的特点是能够改进频率选择随时间衰落的缺点，并且能够抵抗窄带的干扰，因此，在传输过程中能够尽可能减少各种子载波之间的干扰，从而更加有效地利用高频谱。

2.2 软件无线电

软件无线电是一种利用一个较为具有通用性的硬件平台来将一些已经标准化的、模块化的硬件功能部分，通过软件加载的方法，实现多种无线通讯系统的综合利用的技术。针对于不同的系统，可以设计不同的软件程序，在统一的硬件平台上进行一种方式的数据漫游。尽量在距离天线近的地点设定宽带A/D和D/A两种转换器，尽量多的利用软件来实现无线功能是这项技术的中心思想。比较重要的软件有进行信号流转换的软件、编制调制解调算法的软件、信道示错和信源的编码软件以及各种种类的针对无线信号的规定和处理的软件。软件无线电的技术主要包括针对数字信号的处理软件、当场可进行编程的器件、对于数字信号的处理软件等等。

2.3 智能天线技术

智能天线技术是发展移动通信技术的关键，也是未来移动通信系统中的重要技术，主要取决于其良好的抗其它信号干扰、能够自动进行信号追踪和调节数字波的特点。通过智能天线技术所形成的波具有十分优良的抗信号干扰的特性，能够有选择地识别需要增强的信号，并能够增强其波束。这项技术不仅可以提高传输信号的质量，又可以增加传输信号的容量。智能天线技术现如今的工作形式分为全自动形式和在预多波束基础上进行波束互换的形式，第一种形式能够在理论上实现最优化，但是所进行的算法中所需要的数据量和进行数据计算的过程都比较多，容易出错，并且难易定位单一的用户。而第二种方式会根据不同的需要选择不同的工作模式，所以这项技术更容易实现，是智能天线技术的关键。

2.4 MIMO技术

MIMO技术是同时在基站和移动终端两个位置都设有多个天线。这项技术可以为整个通信系统提供系统空间的重复利用和空间的分散集中的收益。这项技术可以充分利用数据传输的频谱利用率，对空间进行分散和集中，更加有效地利用，改善无线信道的性能，提高数据传输系统的容量和所覆盖的范围。

三、4G通信系统面临的问题

3.1 4G通信系统中信号的稳定性问题

4G通信系统终端的最大特点就是其具有很高的移动性，增强网络层的移动性是4G通信系统的首要任务。移动性主要是指在不同的时间段、不同地点进行网络连接时都能够顺畅无阻碍，同时应保持信号的稳定性。其中，数据的链路层具备很好的移动性是支持信号稳定性的的关键。一个普通的移动IP应该是一种最简单的但是可以适用于国际数据漫游的移动用户。

3.2 4G通信系统中信号的强度和质量问题

对于4G通信系统来说，实时的定位管理和快速无痕切换效率都需要提高，通过使用一些新开发的网络结构和管理方案能够较好的解决这些问题。这就需要选择一些较高效的数据发送和数据切换的协议，这会使数据丢失和数据发送延迟的问题得以改善。在发展4G系统的过程中要不断开发新的频谱资源，充分利用频谱，根据需要选择适合的数据传输技术，以增强数据传输时信号的强度和质量。

四、国际上对于4G通信系统中信号处理硬件平台的研究和实验

世界上许多发达国家都正在积极进行对于4G通信系统的研究。4G通信的各项运行规则和标准是由国际电信联盟的电信标准局统一规定并实行的。4G通信系统的通信技术已经在美国、日本等一些发达国家实现了密集化发展，其研发和市场化都已经发展到了一定的水平。为了实现用户移动性的扩大，这些发达国家进行了新的研究。近年来，我国的4G通信技术也得到了很大的发展，许多公司都进行了对于4G的研究。

五、结语

4G系统的出现是为了更好的满足人们越来越提高的对于通讯的需求，能够更加迅速地传输数据，无论人们身处何地，这就是4G通信系统为人们创造的通讯环境。4G通信系统采用的一系列先进的技术和算法，是4G通信系统能够满足人们需要的基础，有了这些先进的技术，4G通信系统才有了区别于3G通信系统的独有的优点。我国的4G通信系统仍需要更加深入的分析与研究，在掌握现有技术的基础上，开发新的技术，使4G通信系统更加完善，更加适用于人们的生活。

同时，将4G通信技术与我国的移动通信产业相结合，使我国的移动通信产业更加快速地发展，拥有更加广阔并且强大的市场。

参 考 文 献

[1] 王志勤，无线移动通信的发展，2009中国互联网大会，2009年11月

[2] 李亚卓，王勇，张平，“B3G/4G TDD试验平台框架及研究现状”，移动通信，2006年10月：41一45

[3] 彭木根，王文博，TD一SCDMA移动通信系统，第3版，机械工业出版社，2009年7月

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