第四代移动通信系统的跨层设计研究

谈国辉 徐建荣 赵红柏

【摘要】随着移动通信业务增加，通信行业已经普及了第三代通信系统。但是，3G已不能满足人们对于通信服务的更多需求，所以，通信公司全面的展开了对第四代移动通信系统4G的铺设、研究并随之将进行使用。4G综合了第一代、第二代和第三代通信系统的各类优点，更全面的发展了通信行业。本文对第四代通信系统的跨层设计给出了有利的思想提议。

【关键词】4G技术4G的跨层设计

移动通信经过现代长期的发展，主要有三个阶段：1G、2G和3G。每个阶段都在不断的创新发展，以实现更大的突破。现如今，3G时代正值高潮，它的频带相对2G更宽，数据传输更快，系统的通信更方便以及广泛应用无线传输提高了工作效率。尽管这样的3G，仍然的无法满足人们对多媒体通信更高的需求，因此，对第四代移动通信系统的研究是必要的，也是推动通信产业发展的必然动力。

一、4G概述

第四代移动通信技术主要技术使用的是光带接入式和网络分布式，使用非对称传输，传输数据的速率高达2Mb/s，甚至更高。4G提供了150Mb/s的影像服务，为用户创造出了三维立体的图像感，高质量的为使用用户服务。通信4G系统主要有广带无线局域网、广带无线固定接入、移动广带系统以及互操作的广播网络。

二、4G主要技术

2.1IPv6

IPv6技术主要指的是，在第四代通信系统中数据流的传输都必须建立在上IP连接的一种全分组方式，IPv6技术已经逐渐成为通信系统的主要技术之一。在使用IPv6技术时，通过对IPv6的可移动性、服务、地址进行考虑，以便更好的进行通信。

2.2正交频分复用

正交频分复用技术（OFDM）是一种多载波调制的技术。在发送端，正交频分复用技术就是合理的划分信道进，划分出多个正交子信道，可以把高速传播的数据信号转换成并行低速传送的子数据流，让所有的子数据流在合适的子信道上传送。在接收端，接收到数据流后，使用一定的相关技术把正交信号进行分块处理，这样既保证了信号的带宽不会超过信道带宽，又能减少各个信号之间的干扰，保证了信号传送的准确性。

2.3软件无线电技术

软件无线电技术是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信，它采用的是数字信号处理，将宽带模数变换器（A/D）及数模变换器（D/A）尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台，在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。

2.4定位

定位技术是计算和预定移动终端进行位置的一种跟踪技术。目前使用广泛的定位技术有GPS卫星定位、蓝牙定位、WIFI网络定位、GPRS/CDMA移动通讯技术定位以及PPD定位技术等。在第四代移动通信系统中，可在不同系统中移动终端进行通信的方式不同，所以要定位跟踪移动通信终端，从而保证通信数据的高质量传输，提高通信质量。

2.5智能天线

智能天线技术是指在阵列天线或波束间不产生切换的一种多波技术。智能天线采用的是空分复用技术，由于信号在传播方向上有所差别，所以可将同时隙、同频率的信号划分。它可以成倍地扩展通信容量，并和其他复用技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源。另外采用智能天线可以有效的解决在移动通信中的时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道干扰等现象，使通信质量受到严重影响。这一技术促进了无线通信的快速发展，同时有效解决了频谱资源供应缺乏的问题，因此该技术对于4G系统的发展至关重要。图1为智能天线覆盖面积同普通天线覆盖面积对比。

三、第四代移动通信系统的跨层设计

3.1设计难题

现如今在建设实现4G的过程中，也有一些需要解决的问题：

（1）市場压力。有相关人士认为：当今技术在2G和3G之间过度，近期内3G网络将会很快全部覆盖，而随着使用3G的用户越来越多，人们对3G的所有功能也越来越了解，3G也将成为一个过去，为满足人们各方面的网络需求，4G不得不成为当今网络的热点。当3G普遍时，4G就会随之涌出。但是，4G相对3G是一个大的跨越，人们还需要一个适应过度期，所以在人们慢慢接受并适应4G的过程中，4G的发展与成长就会受到一定的限制。（2）太高速率不符合理论。4G采用的是高速率传输，人们会觉的使用高速率传输上网极其快速又方便，但是，有一些相关的研究提出，4G的传输速率达到了100Mbit/s，这与实际达到的速率值不服，所以实际根本不会达到这个值，专家认为，要发展4G，必须解决速率问题，将高速率运用的实际当中，为4G发展奠定基础。因此，4G的普及也需要解决传输速率的问题。（3）电磁兼容性差。电磁兼容性是设备或系统在其电磁环境中不对运行的任何设备产生电磁骚扰的能力。电磁兼容性包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

3.2跨层设计

对于第四代移动通信系统的跨层设计首要的设计思想就是：打破传统通信系统框架。要发展4G，就不能拘泥于传统的2G、3G的通信系统思想，要大胆的尝试新的资源，能够有效的联合各协议层来传递状态参数和质量参数，充分利用还网络资源，达到通信系统服务质量的改善。而今，有很多相关人士提出了多种跨层设计方案，比如，在无线通信中，分析TCP协议栈，利用信息的交换来实现优化。

在实际应用中，无线信道参数和通信协议中频谱的动态特性相互照应，所以要找到相应的频谱并对其进行有效的管理及规划，从而设计出一个跨层的管理方案，实现物理层通信协议栈的相互联系。

四、结束语

当代移动通信系统已经成为各大系统的重要支柱。在信息迅速发展的社会，移动通信产业已经占领了信息企业的主流，而如今正在发展的4G作为移动通信产业的龙头技术，带领着整个移动通信产业的快速发展。目前4G系统朝着更快、更稳、更有效的方向发展，还向着合理的价格发展。第四代移动通信系统的跨层设计可以提高各通信层次的相互性和自适应性，所以，跨层设计对第四代移动通信系统的发展有着至关重要是作用。

参考文献

[1]田国栋.解析第四代移动通信[J].商场现代化，2011，14（6）：25

[2]李钏，陈广泉.无线认知网络的跨层设计[J].山东通信技术，2009（4）

[3]林志勇.论第四代移动通信（4G）关键技术[J].商品与质量·学术观察，2011，24（7）：97-98