4G網(wǎng)絡中的典型關(guān)鍵技術(shù)

2008年，我國開始實施“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”重大專項。由實施綱要可見，公共通信網(wǎng)在相當長的階段仍然是無線移動通信的主導產(chǎn)業(yè)，仍將在未來無線公眾信息服務中扮演基礎(chǔ)作用。在可預見的未來，公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的商用化進程將在2011年前后由現(xiàn)有的3G及其增強型HSPA，升級至3G演進型技術(shù)(LTE和UMB)，并在2015年前后發(fā)展至4G技術(shù)。由于E3G和4G的標準化時間間隔較短，因此應考慮E3G與4G的協(xié)調(diào)發(fā)展。

可以預見，在“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”重大專項的實施過程中，將主要以新一代寬帶蜂窩移動通信網(wǎng)為主，同時也輔以寬帶無線接入系統(tǒng)、短距離互聯(lián)系統(tǒng)以及自組織無線網(wǎng)絡，共同組成融合的、泛在的新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)。針對4G網(wǎng)絡，需要重點關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)測試驗證、中繼技術(shù)、分布式組網(wǎng)技術(shù)以及頻譜共享技術(shù)等的研發(fā)。

1　關(guān)鍵技術(shù)測試驗證

需求：測試平臺和外場環(huán)境是每一項無線通信技術(shù)研究開發(fā)過程中不可缺少的組成部分，國際上在3G/B3G/4G的研發(fā)過程中都通過建立測試現(xiàn)場/平臺來加速技術(shù)標準化的進程、加快技術(shù)成熟化的速度、加強在市場話語權(quán)的力度。當前，無論是標準化技術(shù)評估的迫切需求，還是運營商拓展未來移動通信應用的技術(shù)升級需求，我國都需要迅速建立起一個開放式、直接服務于產(chǎn)-學-研-用技術(shù)創(chuàng)新的4G關(guān)鍵技術(shù)公共試驗驗證平臺。

解決方案：4G公共試驗驗證平臺需面向我國4G關(guān)鍵技術(shù)自主研發(fā)需要，由具備開放靈活性和可重配置能力的試驗驗證通用平臺以及實驗室與現(xiàn)場測試試驗驗證環(huán)境組成。它能夠支持4G峰值傳輸速率、多頻段、多帶寬、大動態(tài)業(yè)務范圍的無線通信試驗，支撐研發(fā)中的4G各類技術(shù)與原型系統(tǒng)測試試驗，提煉出代表我國自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的測試評估規(guī)范，增強這些技術(shù)方案的質(zhì)量、重要性和競爭力，為使我國自主研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)能夠成為國際移動通信標準的核心技術(shù)鋪平道路，并對中國自主知識產(chǎn)權(quán)提供必要、充分和有效的支撐。

2　中繼技術(shù)

需求：為獲得更多的頻譜資源并避免與其他無線系統(tǒng)的干擾，未來的移動通信系統(tǒng)將更多地工作于更高的頻段，為對抗惡劣的無線傳播環(huán)境，需要部署更多的基站或采用直放站等增強技術(shù)來保證有效的覆蓋。前者的CAPEX和OPEX較高，后者則存在干擾信號被一并放大從而導致系統(tǒng)容量降低的潛在弊端。相比之下，無線多跳中繼技術(shù)則能借助中繼站(RS)的轉(zhuǎn)發(fā)來改善信號傳輸質(zhì)量，將覆蓋拓展到常規(guī)小區(qū)以外的區(qū)域及其它覆蓋盲區(qū)，并有效提高用戶吞吐量，特別是小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。

解決方案：為了滿足4 G提出的技術(shù)指標，無線多跳中繼(Multi-hopRelay)技術(shù)將成為有效改善覆蓋和提高系統(tǒng)容量的重要技術(shù)手段。學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界就此技術(shù)已經(jīng)展開了廣泛的研究，標準化工作也已取得實質(zhì)性的進展。目前，IEEE802.16m(WiMAX演進技術(shù))已明確支持中繼技術(shù)，眾多廠商和運營商也在3GPPLTE-Ad-vanced的討論中將其確定為性能提高的重要技術(shù)方案之一。鑒于多跳中繼在未來網(wǎng)絡中的重要地位和潛在的商業(yè)價值，需要重點研究4G中的多跳中繼技術(shù)，使未來的無線網(wǎng)絡能夠滿足日益增長的高數(shù)據(jù)速率、高頻譜效率、廣泛的覆蓋能力和全業(yè)務支撐能力等諸多方面的要求。

3　分布式組網(wǎng)技術(shù)

需求：頻譜的緊張狀況將在很大程度上決定未來移動通信系統(tǒng)或多或少都需要采用分布式組網(wǎng)技術(shù)。在無線AdHoc網(wǎng)絡以及Mesh網(wǎng)絡中，主要都采用分布式組網(wǎng)技術(shù)。而在中繼增強蜂窩(RelayEnhancedCellular，REC)系統(tǒng)中，至少必須采用部分的分布式組網(wǎng)技術(shù)。

解決方案：我國在分布式天線的研究處于世界先進地位，然而在分布式組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)上，還需要做進一步的努力。目前，國際上有關(guān)這一領(lǐng)域的研究還非常弱，能夠真正實用化的技術(shù)還非常少。例如，在IEEE802.16(WiMAX)標準中，對于Mesh模式如何組網(wǎng)也只是籠統(tǒng)地定義了緊耦合和松耦合等等，卻很難有具體的方案。我們必須嘗試改變傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)的集中控制模式，將愈來愈復雜的網(wǎng)絡優(yōu)化問題化解為分布式的基本互聯(lián)單元間的信息交互與協(xié)同優(yōu)化問題，從而為未來移動通信系統(tǒng)向高頻段、海量化接入發(fā)展提供一個全新的途徑。這種努力方向也符合將移動通信網(wǎng)絡扁平化的目標。

4　頻譜共享技術(shù)

需求：頻譜資源的有限性引發(fā)了人們對其利用效率的越發(fā)關(guān)注。與此同時，無線傳輸技術(shù)本身正朝著高頻譜利用率方向不斷發(fā)展，而不同體制間異構(gòu)無線通信系統(tǒng)頻譜資源共享技術(shù)與機制，是大幅度提高頻譜利用率的另外一個重要的努力方向，能從更高的層次上有效解決制約未來寬帶無線通信發(fā)展的頻譜需求瓶頸問題。目前國際上的相關(guān)研究十分活躍，而且以IEEE802.22為代表的有關(guān)頻譜感知共享與認知無線電(CognitiveRadio)技術(shù)的標準化工作正在如火如荼地開展。因此，發(fā)展具有頻譜感知與動態(tài)共享及能力的無線通信技術(shù)與系統(tǒng)，是無線通信系統(tǒng)未來主要發(fā)展努力方向之一。頻譜共享技術(shù)也將成為4G系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。

解決方案：頻譜共享技術(shù)的研究涉及到Underlay和Overlay兩種不同的模式，其中Underlay主要是使用超寬帶(UWB)技術(shù)以同時利用頻譜，而Overlay主要是見縫插針式的頻譜利用。另外，需要研究在同一運營商下的異構(gòu)網(wǎng)絡頻譜共享以及不同運營商之間的頻譜共享問題，前者主要靠頻譜資源的調(diào)度，而后者則涉及到頻譜競爭和拍賣等機制，需要從博弈論(GameTheory)的角度加以研究。目前，最典型的切入點是利用廣播電視的空隙頻段來進行無線通信。