4G通信系统关键技术初探(3)

　　随着电子通信产业的飞速发展，我们生活环境中的无线干扰也日渐嘈杂，来自广播、移动通信、无线通信等各个不同领域的电磁波相互干扰着，这为在复杂的背景噪声中正确接收有效信号带来了一定的难度。

　　目前2G通信系统中采用的天线分为全向天线和定向天线两种，全向天线应用于360°覆盖的小区，定向天线应用于小区分裂后的部分覆盖小区。这两种天线覆盖的区域形状都是不变的，因此对于基站来说，给每一个移动用户的下行信号是广播式发送的，这样势必会引起系统干扰，并降低了系统容量。

　　智能天线采用了空分多址(SDMA)的技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，使主波束对准用户方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号，从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。

　　因此，智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。在我国提出的3G标准TD-SCDMA中采用了智能天线技术。

　　智能天线具有以下优点。

　　(1)提高系统容量。智能天线采用了SDMA技术，利用空间方向的不同进行信道的分割，在不同的信道中可以在同一时间使用同一种频率而不会产生干扰，从而提高了系统容量。

　　(2)降低系统干扰。智能天线技术将波束的旁瓣或零陷对准干扰信号方向，因此能够有效抑制干扰。

　　(3)扩大覆盖区域。由于智能天线有了自适应的波束定向功能，因此与普通天线相比，在同等发射功率的条件下，采用智能天线技术的信号能够传送到更远的距离，从而增加了覆盖范围。

　　(4)降低系统建设成本。由于智能天线技术能够扩大覆盖区域，因此基站的建设数量可以相对减少，降低了运营商的建设成本。智能天线技术的主要缺点在于它的使用将增加通信系统的复杂度，并对元器件提出了较高的性能要求。

　　3.4　IPv6协议

　　4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流，因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。选择IPv6协议主要基于两点的考虑，一点是足够的地址空间，另外一点是支持移动性管理，这两点是IPv4不具备的。除此以外，IPv6还能够提供较IPv4更好的QoS保证及更好的安全性。由于承载网是IP网，未来的移动终端必然需要拥有唯一的一个IP地址作为身份标识。目前使用的IPv4的地址长度仅有32bit，其IP地址资源预计将在2006年左右被消耗尽。而IPv6具有长达128bit的地址空间，即多达2128个地址，能够彻底解决地址资源不足的问题。

　　其次，未来的移动用户接入4G通信系统不同于现在的互联网用户接入Internet，其最大的特征是具有不确定的移动性，因此必然要求所采用的IP协议能够提供强大的移动性管理功能以支持越区切换及无缝漫游IPv6引入了移动IP的概念，移动IP的简单原理图如图2所示。使用家乡地址(HA， Home Address)来标识移动终端的IP地址，使用转交地址CoA来表示移动终端的当前所在位置并用于选路，其主要思想类似于现网上采用的MSISDN(移动台ISDN号码)及MSRN(移动终端漫游号码)。移动终端(称为Node A)在离开归属地(家乡)的时候会选择一个路由器作为家乡代理(Home Agent)，并在家乡代理上注册CoA(图2中①、②)。其它通信节点(称为Node B)先通过移动终端的家乡地址将信息发送给Node A的家乡代理(图2中③)。由家乡代理通过隧道的方式将来自Node B的数据包转发给Node A的CoA地址(图2中④)。当Node A收到由家乡代理转发过来的数据包后，它可以从数据包的源地址得知Node B想与自己进行通信，于是发送自己现在的新地址给Node B(图2中⑤)。之后Node B与Node A之间可以不再通过家乡代理的转发而直接进行双向通信了。

4　4G通信系统的网络结构

　　目前，4G系统仍处于研究的起步阶段，相关标准尚未出台，其网络结构也没有成型，但网络融合的大趋势是显而易见的，

　　对于图3中"全IP核心网"概念的理解，应该包括从IP骨干传输层到控制层、应用层的一个整体。因此，未来的无线基站将具备通过IP协议直接接入"全IP核心网"的能力，原有的交换中心、归属位置寄存器、鉴权中心等网元的主要功能都将由网络上的服务器或数据库来实现，信令网上的各层协议也将逐渐被IP协议所取代。整个网络将从过去的垂直树型结构演变为分布式的路由结构，业务的差异性也只体现在接入层面。

　　4G通信系统按照功能可以划分为接入层、承载层和业务控制层3层。

接入层允许用户使用各种终端通过各种形式接入到4G的通信系统中，这一部分将是革命性的演进；承载层提供QoS保证、安全管理、地址转换等功能，与接入