4G网络中的典型关键技术

2008年，我国开始实施“新一代宽带无线移动通信网”重大专项。由实施纲要可见，公共通信网在相当长的阶段仍然是无线移动通信的主导产业，仍将在未来无线公众信息服务中扮演基础作用。在可预见的未来，公众蜂窝移动通信系统的商用化进程将在2011年前后由现有的3G及其增强型HSPA，升级至3G演进型技术(LTE和UMB)，并在2015年前后发展至4G技术。由于E3G和4G的标准化时间间隔较短，因此应考虑E3G与4G的协调发展。

　　可以预见，在“新一代宽带无线移动通信网”重大专项的实施过程中，将主要以新一代宽带蜂窝移动通信网为主，同时也辅以宽带无线接入系统、短距离互联系统以及自组织无线网络，共同组成融合的、泛在的新一代宽带无线移动通信网。针对4G网络，需要重点关注关键技术测试验证、中继技术、分布式组网技术以及频谱共享技术等的研发。

　　1　关键技术测试验证

　　需求：测试平台和外场环境是每一项无线通信技术研究开发过程中不可缺少的组成部分，国际上在3G/B3G/4G的研发过程中都通过建立测试现场/平台来加速技术标准化的进程、加快技术成熟化的速度、加强在市场话语权的力度。当前，无论是标准化技术*估的迫切需求，还是运营商拓展未来移动通信应用的技术升级需求，我国都需要迅速建立起一个开放式、直接服务于产-学-研-用技术创新的4G关键技术公共试验验证平台。

　　解决方案：4G公共试验验证平台需面向我国4G关键技术自主研发需要，由具备开放灵活性和可重配置能力的试验验证通用平台以及实验室与现场测试试验验证环境组成。它能够支持4G峰值传输速率、多频段、多带宽、大动态业务范围的无线通信试验，支撑研发中的4G各类技术与原型系统测试试验，提炼出代表我国自主知识产权技术的测试*估规范，增强这些技术方案的质量、重要性和竞争力，为使我国自主研发的关键技术能够成为国际移动通信标准的核心技术铺平道路，并对中国自主知识产权提供必要、充分和有效的支撑。

　　2　中继技术

　　需求：为获得更多的频谱资源并避免与其他无线系统的干扰，未来的移动通信系统将更多地工作于更高的频段，为对抗恶劣的无线传播环境，需要部署更多的基站或采用直放站等增强技术来保证有效的覆盖。前者的CAPEX和OPEX较高，后者则存在干扰信号被一并放大从而导致系统容量降低的潜在弊端。相比之下，无线多跳中继技术则能借助中继站(RS)的转发来改善信号传输质量，将覆盖拓展到常规小区以外的区域及其它覆盖盲区，并有效提高用户吞吐量，特别是小区边缘用户的吞吐量。

　　解决方案：为了满足4G提出的技术指标，无线多跳中继(Multi-hopRelay)技术将成为有效改善覆盖和提高系统容量的重要技术手段。学术界和产业界就此技术已经展开了广泛的研究，标准化工作也已取得实质性的进展。目前，IEEE802.16m(WiMAX演进技术)已明确支持中继技术，众多厂商和运营商也在3GPPLTE-Ad-vanced的讨论中将其确定为性能提高的重要技术方案之一。鉴于多跳中继在未来网络中的重要地位和潜在的商业价值，需要重点研究4G中的多跳中继技术，使未来的无线网络能够满足日益增长的高数据速率、高频谱效率、广泛的覆盖能力和全业务支撑能力等诸多方面的要求。

　　3　分布式组网技术

　　需求：频谱的紧张状况将在很大程度上决定未来移动通信系统或多或少都需要采用分布式组网技术。在无线AdHoc网络以及Mesh网络中，主要都采用分布式组网技术。而在中继增强蜂窝(RelayEnhancedCellular，REC)系统中，至少必须采用部分的分布式组网技术。

　　解决方案：我国在分布式天线的研究处于世界先进地位，然而在分布式组网关键技术上，还需要做进一步的努力。目前，国际上有关这一领域的研究还非常弱，能够真正实用化的技术还非常少。例如，在IEEE802.16(WiMAX)标准中，对于Mesh模式如何组网也只是笼统地定义了紧耦合和松耦合等等，却很难有具体的方案。我们必须尝试改变传统移动通信系统的集中控制模式，将愈来愈复杂的网络优化问题化解为分布式的基本互联单元间的信息交互与协同优化问题，从而为未来移动通信系统向高频段、海量化接入发展提供一个全新的途径。这种努力方向也符合将移动通信网络扁平化的目标。

　　4　频谱共享技术

　　需求：频谱资源的有限性引发了人们对其利用效率的越发关注。与此同时，无线传输技术本身正朝着高频谱利用率方向不断发展，而不同体制间异构无线通信系统频谱资源共享技术与机制，是大幅度提高频谱利用率的另外一个重要的努力方向，能从更高的层次上有效解决制约未来宽带无线通信发展的频谱需求瓶颈问题。目前国际上的相关研究十分活跃，而且以IEEE802.22为代表的有关频谱感知共享与认知无线电(CognitiveRadio)技术的标准化工作正在如火如荼地开展。因此，发展具有频谱感知与动态共享及能力的无线通信技术与系统，是无线通信系统未来主要发展努力方向之一。频谱共享技术也将成为4G系统的关键支撑技术之一。

　　解决方案：频谱共享技术的研究涉及到Underlay和Overlay两种不同的模式，其中Underlay主要是使用超宽带(UWB)技术以同时利用频谱，而Overlay主要是见缝插针式的频谱利用。另外，需要研究在同一运营商下的异构网络频谱共享以及不同运营商之间的频谱共享问题，前者主要靠频谱资源的调度，而后者则涉及到频谱竞争和拍卖等机制，需要从博弈论(GameTheory)的角度加以研究。目前，最典型的切入点是利用广播电视的空隙频段来进行无线通信。