4G通信及智能天线技术

张艳 王亚军

【摘要】 本文介绍了4G通信系统的优势特点，然后讨论了4G系统中智能天线技术的设计分析要素及其对4G系统的优化作用。

【关键词】 4G 智能天线 设计分析 优化

一、4G通信

移动通信中的G是Generation的首缩写，蜂窝电话和通信系统是按照所属的“代”来进行划分的。现在兴起的4G是第四代移动通信技术的简称。它采用了完全不同于3G中CDMA的正交频分复用（OFDM）和正交频分多址（OFDM access）通信技术。目前的我国的4G只是4G是集3G与WLAN于一体的长期演进（Long Term Evolution，LTE），简称4G LTE，它不仅能够提供传统的通信服务，还可以用于高速的宽带无线接入领域的新兴技术和广播电视领域的各种多媒体视频传输技术。

二、4G通信的优势特点

（1）传输速度更快。4G 通信系统采用上下行非对称速率传输方式，其下行信道对低速移动用户的数据速率可以达到100Mbps，中速移动用户可以达到20Mbps，高速用户的数据速率可以达到 2Mbps，这种高速的传输速度是4G系统的最显著特点。（2）容量更大。工信部对4G网络的TD-LTE频谱分配频段分别为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635 MHz，频谱范围虽然极其有限但4G系统的频谱利用效率却远高于3G系统，因此4G承载更大的通信容量。（3）接入灵活、连接无缝。4G 系统网络使用的是全IP核心网络，兼容于各种无线接入协议，能够灵活接入和无缝切换于其他无线网络。（4）业务广。4G系统提供宽频业务和多业务信息融合技术，能够和支持高清图像业务、视频会议、广播电视及游戏娱乐其他虚拟通信业务等。

三、4G中的智能天线技术

該通信系统具有诸多关键技术，其中智能天线技术具有抑制信号干扰、自动跟踪目标及数字波束自适应形成等功能，被认为是4G、5G未来的移动通信的关键技术。

3.1 4G中智能天线的设计分析

4G移动通信是应广大用户对高速度、大容量的通信质量需要而提出和实施的，这种优质的通信质量必须顺应各种静态、动态目标用户以及各种时变的通信环境，它需要复杂的数字信号处理技术和智能天线的大量使用，智能天线技术作为4G通信中的关键技术之一，在系统设计方面必须考虑以下因素：（a）物理层的可重构性。在多参数时变的通信环境中，安装智能天线的基站需要根据用户的静态、动态下无线信道的时移重新构建最优波束，以获得最佳的通信性能。（b）层间优化。在开放系统互连模型中定义的各层之间的相互作用能够影响整个系统的性能。设计智能天线系统时需要充分考虑物理层、数据链路层和网络层各层以及它们之间相互关系。（c）多用户分集机会通信机制。多用户通信中，机会机制中能够根据一定的最优准则形成波束将通信信道分配给需要连续传输数据或具有最高瞬时容量的用户使用，以优先保障这些特定用户的通信需求。（d）具体的应用性能要求。4G移动通信系统智能天线的设计需要考虑信道空间的传播特性、天线阵列合理配置、具体业务特性、信号带宽的和干扰情况、系统的兼容性等。

3.2 智能天线对4G通信系统的优化

4G系统对各种通信环境下的通信速率、通信质量和系统容量有着严格的规范要求，智能天线技术在4G中的使用对提升通信质量起着关键性作用，基于单用户和多用户的多流波束成形的智能天线对4G通信系统的优化主要体现在以下方面：（a）抑制和避免干扰。4G中的智能天线能够实现多个小区的联合调度，既可以实现将相同的通信资源分配给对不同空间位置方向的用户形成特定波束，从而避免目标用户之间的相互干扰。多小区的联合调度中，单个小区智能天线对用户的波束赋形时可以通过零陷方向对准其他相邻小区的用户，使得对本小区用户干扰得以抑制。（b）提高频谱利用率、提升系统容量。智能天线技术是一种空分多址技术，可以对同小区的不同用户使用相同的时隙、频率和码元，提高小区内的频谱复用率，进而提升系统容量。（c）信号增强。智能天线能够产生定向波束，并可以实时地调整波束，使波束的主瓣始终对准用户、零瓣抑制干扰。智能天线还与MIMO结合，利用多天线阵元分集传输技术，最大强度减少衰减而增强信号。

四、结语

本文探讨了4G系统的优势特点和该系统中智能天线的设计分析和对4G系统的优化作用。4 G系统中智能天线技术结合MIMO，利用多天线阵元和自适应算法实现通信系统的空分多址，极大地提高了频谱的利用率，增加了系统容量。随着移动通信需求的提高，作为4G的关键技术的智能天线技术的研究将不断深入进行下去，广泛合理地使用智能天线不仅能大大提升和改善移动通信环境，同时还将引领未来移动通信的发展。

作者简介：

作者姓名：张艳

出生年月：1979-07

籍贯：江苏省徐州市

最后学历：硕士

工作单位：中国矿业大学理学院

从事工作：教育与教学

通讯地址：江苏省徐州市 三环南路 中国矿业大学 理学院

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参 考 文 献

[1] 肖炜丹，楼吉吉，张曙 智能天线综述[J] .哈尔滨工程大学学报，2000.12。

[2] 郭鑫 第四代移动通信（4G）关键技术[J] .信息技术，2011.11。

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