4G手机无线接入系统的设计实现刍议

摘要：随着通信技术的发展，第四代移动通信网络接入技术已经成为通信行业研究的重点，4g手机无线网络接入系统一旦得以实现，那么就标志着4G手机时代的来临。本文主要对4G无线接入系统设计进行了分析，以期能够为4G手机无线接入的早日实现贡献自己的力量。

关键词：4G手机；无线接入；系统设计

第四代通信系统与第三代通信系统相比，其传输速度将更宽，甚至快过有线宽带的传输速度，而4G手机则是支持第四代通信系统的手机，它集合了过去3G手机的所有功能和无线上网功能，功能上比3G手机更为先进，但目前4G手机的无线网络接入系统还只是处在开发研究阶段，本文主要从技术设计角度对4G手机无线接入系统的实现提出了自己的见解。

一、无线网络接入系统设计

手机无线网络接入系统主要包括三个部分，一是接收信号的天线，二是信号放大器，三是相应的电路设计。

1、接收信号天线设计

为了让手机能够尽量接收到更多的空中信号，采用方形微带设计的天线，具体的设计根据腔模理论可以将天线尺寸和谐振中心频率之间的关系计算出来，这样就能计算出天线尺寸，而天线输出阻抗、增益以及带宽的设计则与后面电路设计密切相关，设计师可以根据经验公式将天线输出阻抗计算出来，而天线带宽则可通过求天线品质因子来间接计算出带宽。

2、信号放大器设计

信号放大器的作用主要是将天线所接收到的信号进行集中放大处理，这样能够让信号更加明显，但放大器的噪声对信号会有一定的影响，因而在设计4G手机无线网络接入系统时应该选择低噪声的放大器，而为了保证4G手机接收信号的优质性，这里的放大器设计可以应用射频微波技术来进行设计，而为了保证放大器能够在稳定放大信号的同时保证增益和低噪声，需要对射频微波放大器进行进一步设计。其中可以根据射频微波管散射参量值来画出放大器的相应设计，并根据相应参数值来将放大器输出稳定的判定圆从Smith上画出来，如图1所示，根据相关公式，在保证负载匹配的情况下，可以将负载反射系数求出来，并且从图中可以看出负载反射系数是在稳定区域之内的，那么就说明采用射频微波技术能够保证放大器稳定放大的工作状态，同时放大器噪声和增益也能得到保证。

3、网络设计

网络设计在整个射频微波电路中具有重要作用，电磁波能量的传递实现和传递强度的保证都是由匹配网络来决定的。而应用射频微波技术设计的接入系统，其匹配网络设计主要包括级间匹配和输出输入端口设计。首先是输入端的网络设计，在已知天线输出阻抗的前提下，可以将其进行归一化处理，并到拿出相应的Y值，然后将放大器的输出阻抗进行同样的处理，同样导纳出Y值之后，将这两个点表示在图1的稳定圆中，这样就能清晰地看出放大器与天线之间的匹配关系，而为了实现输入端的网络匹配，可以在天线到放大器之间串联一个变换器，使天线的导纳出的Y值变换到水平轴和电导圆交点的位置上，然后继续并联一个电感元件，这样就能将天线的导纳Y值与放大器导纳Y值相重合，从而完成输入口的匹配；其次是输出口的网络匹配，输出口匹配与输入口匹配相似，这次先并联电感元件将放大器的导纳Y值变换到水平轴与电导圆交点位置，然后在串联一个变换器，将放大器的导纳Y值转换成1的位置，就能使放大器的信号输出达到最强；最后是级间匹配设计，级间匹配主要是对两个放大器进行阻抗匹配，在已知两个放大器输出阻抗的前提下，可以将两个放大器在电导圆图中相应的Y值计算出来，然后要实现这两者之间的匹配，则需要先在第一级放大器的线路上并联一个电感元件，将第一级Y值变换到第一个放大器水平轴和电导圆的交点位置上，然后再串联一个变换器，将第一级Y值变换到第二个放大器电导圆和水平轴的交点位置上，接着再并联一个电感元件就可将其变换到第二级Y值的位置，实现匹配。

二、4G手机无线网络蜂窝结构设计

蜂窝系统是实现数据无线传输的重要组成部分，传统蜂窝系统主要是由移动台、无线基站子系统和交换网络子系统构成的，并通过小区分裂方法来实现扩容操作，但由于频带资源受限，使得小区间的干扰增多，而常用的减少干扰的方法是缩小小区半径，但这样就会使系统容量大大减少，而4G手机要想实现高速的传输速度就要对蜂窝结构进行改进。对蜂窝结构进行改进主要可以应用以下两种方法：

1、采用分布式接收站技术

分布式接收站主要是由一个发送站和多个接收站构成，接收站负责将接收到的信号发给发送站，而发送站则是将处理信号发送给接收站，这样接收站和移动台之间的距离就会因发送站的中继作用而缩短，移动台的硬件复杂度就会大大降低，同时对移动台发射功率的要求也会大大下降，使得系统的稳定性和运行效率得到大幅度提升。而为了降低整个分布式接收站的成本，在发送站和各个接收站之间可以用无线链路进行连接。分布式接收站技术的应用不仅使得蜂窝系统的数据容量大大增加，而且也降低了蜂窝系统的构建成本。

2、采用多跳无线技术

多跳无线技术接入蜂窝系统，是在信息基站和用户终端之间加入无线中继器装置和无线路由器跳站，这样信息在进行传输过程中就要经过移动台到跳站再到基站的过程。跳站主要有临时跳站和专用跳站之分，分别担任不同的传输任务。而这样的设置使得移动台的传输就有双跳和单跳两条路径，当周围传输条件能够满足通信要求时，即在信号较强的地区，移动台可以不必经过跳站直接对基站进行访问，这种方式就是单跳；而当传输条件较差时，即信号不强时，移动台就可以从跳台中选择一个跳站以较低的发送功率先与跳站建立连接，然后通过跳站与基站之间的连接，间接连接到基站，由于中间经过了两次连接，因而这种方式就被称为双跳。在双跳模式中，移动台和跳站之间会匹配选择最佳的连接路径，然后让移动台在现有传输条件下与跳站建立连接，而由于跳站与基站之间的连接较强，这样的方式就能大大减小周围信号的干扰，从而使得移动台连接到基站的速度加快。而其中专用跳站和临时跳站之间的差别，就在于专用跳站与基站之间的联系更为紧密，当移动台连接到专用跳站时，其传输速度在理论上较临时跳站快，但专用跳站的数量十分有限，因而在大多数情况下，移动台需要连接到临时跳站，而用户的手机终端其实也可以作为跳站，因而在人口较为密集的城市中，移动台与临时跳站的连接也会比较顺利，但在人口较为稀疏则还是需要借助专用跳站。

结语：

毫无疑问，4G手机的诞生将会改变人们的生活，由于其具有较3G和有线宽带更为突出的表现，人们在进行网络传输时将摆脱有线宽带带来的限制，实现随时随地高品质的文件传输。本文主要从4G无线网络中的蜂窝结构以及射频微波电路技术方面对4G无线接入的最终实现技术进行了分析，希望能够为4G无线接入的发展提供参考建议。

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