通往4G的道路坎坷不平(中)

在车赛中，由跑道指示前进的方向，驾驶员和车队工作人员确保赛手能够随意支配工具最终到达目的地。那么，我们实现4G的工具是什么呢？什么技术能够实现移动宽带无线接入呢？由于电磁频谱是有限的资源，当前大部分的研究都试图找到能更有效地使用频谱的方法。有三种主要驱动力将能够实现向下一代宽带无线技术的转移：容量增强(无线用户的数量仍在不断增长)；数据吞吐量提高(增加能产生更高利润的服务项目)；无缝互操作性(提升用户的接受度并易于使用)。

提高系统容量的一种方法是采用多输入多输出(MIMO)天线方案。单天线无线系统的容量遵守Shannon经典极限定理，可表示为C=log2(1+SNR)。由上式可知，理想的容量随信噪比(SNR)的log值增加。另一方面，MIMO系统的容量按所用发射接收对的数量线性地增加。

MIMO系统可以用几种方式来实现。一种方案是利用发射接收端的差异性来提高信号鲁棒性并扩展范围。另外一种是通过平行的空间信道来发射大量唯一编码的数据流。大多数系统可能采用这两种方法的结合(图3)。

MIMO只是智能天线技术的实现方法之一。智能天线系统通常将多个天线与智能化、强大的信号处理技术结合起来，以对辐射和接收模式进行优化。若干智能天线的研究领域包括：空间处理、相位阵列、自适应阵列和数字波束成型。对任何智能天线系统，都必须对下列问题权衡考虑：提高服务质量(QoS)和覆盖范围与增加基础设施及使用终端成本之间的问题。ITU WP8F in Question ITU-R 224-1/8负责自适应天线领域。

因其固有的抗多路径衰减特性和支持极高数据传输率的能力，正交频分复用(OFDM)成为第四代空中接口的主要候选。这里，OFDM隐含的基本概念是：如果选取信号并以多个低传输率载波代替单个高传输率载波发送，符号周期将较长，可减少或消除符号间干扰(ISI)问题。而当用8PSK或16QAM等高阶符号映射方案调制多个载波(数以百甚至千计)时，可以提高数据传输率。于是，每一个符号周期内将有更多数据位必须在空中传输。

几家主要的无线设备生产商都投资进行先进OFDM的研究。根据最近的一份新闻稿，摩托罗拉实验室(www.motorola.com)已宣布MIMO-OFDM结合型手机的现场试验获得成功。这种手机能够在以车速移动的状态下保持20Mbps的低延迟数据传输率。实验室的仿真结果表明最大未编码数据吞吐量为300 Mbps。

此外，OFDM格式也被超宽带(UWB)和IEEE WiMAX等新兴技术所采用。OFDM有多种专门为特定应用及信道条件而优化的变体，包括编码OFDM、宽带OFDM、快闪式OFDM和向量OFDM。OFDM论坛(www.ofdm-forum.com)是一个多家无线公司与大学研究机构结成的联盟组织，其创建宗旨是游说官方SDO制定单一通用的OFDM标准。

4G的未来前景是一个无缝的通信环境，此时，不同系统和不同机构之间的互操作性是至为关键的。当语音、数据与视频信息需要通过相同系统传送时，旧的无线网络显得力不从心。缺乏灵活性催生了对软件定义无线电(SDR)的需求。

许多之前藉由硬件单独实现的通信功能，现在则可利用SDR由软件来达成。通过空中下载(over the air)技术下载规范，对软件定义无线电重新编程，便可在很宽的频率范围上发射和接收信号。实际上，它们也能够模拟任何需要的传输或调制格式。这种能力将使得设备不仅能在不同类型的网络和接入系统上运作良好，还可实现多个功能同时运作，并随开发升级新的功能。

ITU WP8F in Question ITU-R 230-1/8正积极进行有关软件定义无线电的研究。另外还建立了一个国际性的非赢利论坛帮助加速SDR技术的开发及部署推广工作，这就是SDR论坛(www.sdrforum.org)。

升级策略如何呢？对根深蒂固的移动电话服务提供商和主要的无线设备生产商而言，升级到4G的最可能方式是利用越来越先进的发送方法提升现有2G与3G系统。像cdma2000的1xEV-DO或W-CDMA的HSDPA这样的3.5G技术，可以在每MHz bps的基础上将数据传输率提高3至5倍。日本的NTT DoCoMo已经宣布其开发"3.9G"技术的计划。

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