摘要

　　4G網(wǎng)絡(luò)具有極大的吸引力，它將提供更高的數(shù)據(jù)速率及頻譜利用率，本文介紹了基于TDD模式的4G通信的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)。

　　TDD模式在第三代移動通信中引起了高度重視，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長、頻率資源的緊張，TDD技術(shù)研究的深入和TDD系統(tǒng)的不斷成熟，在第四代移動通信中TDD模式也將會占有重要的地位，屆時擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于TDD模式下的4G通信技術(shù)必將成為主流技術(shù)。

　　一、4G移動通信的概念

　　1.4G技術(shù)的特點(diǎn)

　　第四代移動通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，比第三代移動通信更接近于個人通信。其特點(diǎn)主要有：

　　（1）更高的通信速率對大范圍高速移動用戶（250km/h）數(shù)據(jù)速率為2Mbit/s；對中速移動用戶（60km/h）數(shù)據(jù)速率為20Mbit/s；對于低速移動用戶（室內(nèi)或步行者）數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。

　?。?）更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬高出許多。據(jù)研究，每個4G信道將占有約100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。

　?。?）靈活性較強(qiáng)4G系統(tǒng)擬采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配，能夠調(diào)整 系統(tǒng)對通信過程中變化的業(yè)務(wù)流大小進(jìn)行相應(yīng)處理而滿足通信要求。采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境都能進(jìn)行信號的正常發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。

　?。?）業(yè)務(wù)的多樣性。在未來的通信中，個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等各行業(yè)將會結(jié)合成一個整體。提供給用戶比以往更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用；系統(tǒng)的使用會更加的安全、方便與更加照顧用戶的個性4G技術(shù)能提供各種標(biāo)準(zhǔn)的通信業(yè)務(wù)。

　?。?）高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)將是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。它可以自動管理、動態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)，以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。

　　2.4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　4G系統(tǒng)為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，未來的4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將是一種全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（包括各種接入網(wǎng)和網(wǎng)），4G系統(tǒng)將是一個集成廣播電視網(wǎng)絡(luò)（DAB和 DVB）、無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)（WLAN）、短距離應(yīng)用的藍(lán)牙等系統(tǒng)和固定的有線網(wǎng)絡(luò)為一體的結(jié)構(gòu)，各種類型的接入網(wǎng)通過媒體接入系統(tǒng)都能夠無縫地接入基于IP的網(wǎng)，形成一個公共的、靈活的、可擴(kuò)展的平臺。

　　二、4G中的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.TDD技術(shù)與傳輸預(yù)處理技術(shù)

　　與代和第二代通信中廣泛采用的FDD模式不同，TDD模式中接收和傳送的雙向通信是在同一頻率信道中即載波的不同時隙，用保護(hù)時間來分離接收與傳送信道。其基本原理如圖1所示。圖中，箭頭方向代表通信的下行方向（從基站到用戶設(shè)備）或上行方向（用戶設(shè)備到基站）。

圖1 TDD和FDD基本原理

　　從基站到用戶設(shè)備的上下行鏈路信道都用同樣的頻率，上下行信道占用不同的時隙，時隙之間預(yù)留足夠的保護(hù)時間，通過時間轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)上下行雙向通信。在TDD系統(tǒng)中，由于基站到用戶設(shè)備的上下行鏈路信道都有同樣的頻率，上下行鏈路的信道參數(shù)基本相同，在上下行接收和發(fā)送時，根據(jù)一方估計的信道參數(shù)可以直接被另一方利用，使得TDD系統(tǒng)具有上下行信道的互惠性，在系統(tǒng)組網(wǎng)進(jìn)行頻率規(guī)劃和通信過程的無線資源分配時非常簡單。上下行信道占用不同的時隙，利用時間轉(zhuǎn)換開關(guān)的靈活轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)上下行通信，可以較好地支持上下不對稱業(yè)務(wù)。同時，TDD可以利用FDD模式無法利用的不對稱頻譜，使頻譜利用更靈活，獲得更高的頻譜利用率。

　　傳輸預(yù)處理技術(shù)需要知道信道的傳播特性，由于TDD系統(tǒng)的上下行信道的互惠性，這在TDD系統(tǒng)中是很容易實(shí)現(xiàn)的。因此，可以直接利用傳輸預(yù)處理技術(shù)，有效地減低移動終端的復(fù)雜性。4G中的傳輸預(yù)處理技術(shù)主要有預(yù)RAKE（Pre-RAKE）技術(shù)和聯(lián)合傳輸技術(shù)（JT）兩種。在CDMA系統(tǒng)中，為了減少多徑衰落的不利影響，一般會在接收端采用多徑分集功能的RAKE接收機(jī)。RAKE接收機(jī)利用多個相關(guān)器（匹配濾波器組）分別檢測多徑信號中強(qiáng)的一組支路信號，然后，對每個相關(guān)器的輸出加權(quán)合并，以提供優(yōu)于單路相關(guān)器的信號檢測，，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行解調(diào)判決。要提高RAKE機(jī)的性能，必須在接收端盡可能地收集多徑的能量，但是，這會增加系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性和功率消耗。由于TDD模式具有上下行信道互惠性，從而可以利用基站估計的上行信道參數(shù)進(jìn)行發(fā)送端的 RAKE多徑合并。在發(fā)送端進(jìn)行RAKE多徑合并后，會在移動終端形成可友好接收的信號，移動終端可以用一個簡單的匹配器接收（單徑接收機(jī)）而沒有犧牲接收性能，這樣就大幅度地降低了移動終端的復(fù)雜性和成本，其結(jié)果好象在發(fā)送端即基站預(yù)先做了RAKE接收，這種技術(shù)被稱為預(yù)RAKE技術(shù)。預(yù)RAKE原理如圖2所示。