4G无线网络技术应用研究

1、4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。然而，在通话品质方面，移动电话消费者还是能接受的。随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。数据通信速度的高速化的确是一个很大优点，它的最大数据传输速率达到100Mbit/s，简直是不可思议的事情

2、。另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少，未来的4G通信费用也要比2009年通信费用低。4G通信技术是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度-据3G市场分三个阶段走的的发展计划，3G的多媒体服务在10年后进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上人口使用第三代移动通信系统。在发达国家，3G服务的普及率更超过60%，那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。为了充分利用4G通信给人们带来的先进服务，人们还必须借助各种各样的4G终端才能实现，而不少通信营运商正是看到了未来通信的巨大市场潜力，他们

3、已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上，例如生产具有高速分组通信功能的小型终端、生产对应配备摄像机的可视电话以及电影电视的影像发送服务的终端，或者是生产与计算机相匹配的卡式数据通信专用终端。有了这些通信终端后，人们手机用户就可以随心所欲的漫游了，随时随地的享受高质量的通信了。4G系统网络结构及其关键技术4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无

4、缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输；抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。第四代移动通信系统主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心。OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以提供无线数据技术质量更高（速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案。例如无线区域环路（WLL）

5、、数字音讯广播（DAB）等，预计都采用OFDM技术。4G移动通信对加速增长的广带无线连接的要求提供技术上的回应，对跨越公众的和专用的、室内和室外的多种无线系统和网络保证提供无缝的服务。通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务，能应付基于因特网通信所期望的增长，增添新的频段，使频谱资源大扩展，提供不同类型的通信接口，运用路由技术为主的网络架构，以傅利叶变换来发展硬件架构实现第四代网络架构。移动通信会向数据化，高速化、宽带化、频段更高化方向发展，移动数据、移动IP预计会成为未来移动网的主流业务。4G无线网络技术应用：随着广电总局确定高清同播作为推进高清技术发展的新举措，各台正大力构建高清制播

6、系统。高清电视不仅会在画幅、清晰度、码率等方面带来技术上的革新，而且会在节目制作工艺、配套标准、管理政策等方面带来重大变革、随着高清电视的推广，新闻节目高清化也正成为趋势。伴随着设备和技术手段的不断更新，新闻直播这一最能及时有效地展示新闻事件事态发展的报道形式，也越来越多地被广泛运用到常态化新闻报道播出中来。 常态化的直播需要有效的技术手段来保障，在推行新闻直播常态化的过程中，SNG、微波、光纤、海事卫星、网络等各种手段都被广泛运用到现代的电视直播中。同时，在4G网络迅速发展的时代，也在不断探索将4G网络引入到电视直播中来。4G网络的特点及基本技术概要4G移动通信系统，该系统主要采用了MIMO

7、天线，OFDM、LDPC等前言技术，4G移动通信系统主要有以下性能特点：1、 传输速率可以高达100Mbit/s,甚至更高；2、 容量达到3G系统的5到10倍，传输质量优于3G系统；3、 小区覆盖范围大于3G系统；4、 在不同速率间能够自动切换，以保证通信质量；由此可见，4G网络的种种优势使得它非常适合高清新闻直播节目室外采集的视音频流及其它数据流的传输，下面就对4G移动通信系统的关键技术做具体介绍。1、MIMO技术MIMO（Multiple Input Multiple Output）即多输入多输出。它利用多发射和多接收天线进行空间分集的技术。各发送天线同时发送的信号占用同一频段，所以 在没

8、有增加带宽的情况下，成倍的提高了系统的容量和频谱利用率。而OFDM是将信道分成若干正交子信道、在每个信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。MIMO系统，该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系统，MIMO还可以包括 SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道

9、成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是

10、空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。 OFDM 基本原理 OFDM 技术属于多载波调制 (Multi-Carrier Modula-tion, MCM)， 是一种无线信道中的高速传输技术.一个 OFDM 信号由频率间隔相同的若干个子载波构成 ， 系统的总带宽被分成若干个等距离的子信道 ， 所有子载波在一定间隔时间内相互正交 。 若 系 统 带 宽 被 分 成 N 个 窄 的子信道 ， 则整个 OFDM 组的持续时间就是相同带宽的单载波传输系统的 N 倍 ， 此外还要加上一定的保护间隔 ， 以 避

11、免 多 径 信 道 上 产 生 的 符号间干扰 。 每个子载波由调制信号单独调制 。 子载波频谱交叠 ， 提高了频谱利用率 ， 同时信号相互正交 ， 可以使用相关技术恢复 。 其实,20世纪60年代一些文献已经提出OFDM的基本原理,但是当时没有功能强大的半导体器件,无法有效实现这些想法。传统的FDM系统中，独立产生各窄带信号，把它们分配到不同的频带上传输，在接收端用带通滤波器予以分离。为了降低干扰，中间加入保护频带。而OFDM系统比传统的 FDM 系统要求的带宽要少得多。由于使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可 用频谱的使用效率更高。传统OFDM系统的结构非常复杂，限制

12、了其进一步推广。1971年，Weinstein及Ebert等将 DFT/IDFT( 离散傅里叶变换 / 离散傅里叶 逆 变换)应用在多载波传输系统中，从而很方便地实现了多路信号的复合和分解 。 实现多个载波的调制，简化了系统结构，并且人们很快找到了 DFT/IDFT 的快速算法 FFT/IFFT（ 快速傅里叶变换 / 快速傅里叶逆变换 ）， 这些理论突破使得 OFDM 技术逐渐趋于实用。下面是基于 FFT/IFFT 快速算法的 OFDM 系统框图 。同子载波上传输一对导频符号用不同的伪随机序列差分调制，由此采用相关技术可以获得粗略的频率同步。最后通过测量同一对导频符号间的相位差进一步提高同步精

13、度。 在OFDM系统中，信道编码也是非常重要的问题。如果没有信道编码，BER（误比特率）一般为平衰落曲线。通过信道编码可以获得更大的SNR（平均信噪比）。 OFDM 采用的是利用卷积码作为编码方式，因为它常用的维特比算法可以很容易进行软判决译码。此外，还可以用删余的方法灵活调整卷积码的编码率，并且级联两个或更多的码以提高简单卷积码的性能。 此外，OFDM中的关键技术原理还包括各子载波独立的调制和解调方式，对 OFDM信号幅度的限制，这是因为OFDM信号的峰值功率与平均功率相比很大，在 发射端，发大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，这会在OFDM频段内和相 邻频段之间产生干扰。还有OFDM信号

14、的过滤、OFDM子载波上的平衰落问题都是 OFDM技术的关键之处。OFDM在4G网络中的应用 目前，随着我国的3G（第三代移动通信系统）正处逐渐大规模推广应用阶段 ， 其中，多媒体通信业务是3G的最大特点，下一代移动通信系统“Beyond 3G（后 3G）”或“4G（第四代移动通信系统）”的技术研究也早已展开 。 目前3G的数据传输速率最高可达2Mbps，下一代（4G）移动通信系统数据速率可达到100Mbps。除了传输速率的大幅提高，与3G相比，4G在性能和功能上还有这些要求：容量要达到3G的10-20倍，基站信号覆盖范围大于第三代系统，通信质量进一步提高，网络整体运营成本要比第三代低，支持下

15、一代因特网和所有的信息设备，与固定通信网实现无缝链接，支持多种多样的IP业务，提供用户定义的个性化服务等等。为了实现这一目标，必须从通信网络的交换、传输、组网和接入等各个方面实现技术性突破，尤其是在无线移动环境和有限频谱资源的条件下，如何在保证一定通信质量的前提下支持高速率的数据传输。OFDM技术正因其具有良好的抗噪声性能和抗多径衰落的能力以及频谱利用率高的特性，被业界普遍认为是4G的核心技术。 基于4G的直播系统设计及其在高清流媒体传输中的优势如上图所示，在现场端，也就是信号的采集，编码和发射端、摄像机采集到的HD-SDI视音频信号通过转换器转换为DV信号，然后通过USB输入到笔记本式的MP

16、EG-4编码器。经过编码压缩打包后通过4G无线上网卡上行。经4G国内点对电传输后，由接收端4G外接天线式路由接收下行，而后通过网线将接收到的IP数据传输至MPEG-4解码器端，最后由解码器输出。系统在高清流媒体传输中的优势以上系统和设备设计应用于直播有如下优势和特点1、 现场端的便携、灵活性和几乎全天候的适用性众所周知，现代的直播设备，诸如SNG、海事卫星、微波、光纤等有其自身的优势，但也同时普遍收到地理位置，周边建筑，天气因素，经济因素等制约，在应付突发事件的直播报道中，显得不是那么从容。而在4G系统方兴未艾之时，可以预期的是4G系统将在新闻直播中，尤其是高清新闻直播中大展拳脚。这套系统的现场端采用的所有设备都可以或者是改装后可以用电池供电，只要是4G信号可以覆盖的地域，无论是高楼林立的街巷，还是台风大雨的天气，都可以从容不迫地在室外或者室内进行直播。同时，在移动情况下，例如进行中的汽车内，网络覆盖较好的地铁内，同样可以进行实时的现场直播。2、4G的高效传输技术保障视音频传输质量和连续性一直以来，无线信道恶劣的信道条件都是制约信号传输效率和传输质量的致命因素，因此传输的无线信道一直是用来进行低速数据和音频数据通信，