4G移動通信關鍵技術探討

郝鈺

摘要：文章主要介紹了4G移動通信技術及其特點，并且根據(jù)其特點，探討了4G的關鍵支撐技術。通過這些技術，能夠加快4G移動通信技術發(fā)展和使用的步伐，并且也能夠促進整個通信行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：4G移動通信；FDM技術；智能天線；MIMO技術；SDR技術

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）08-0122-02

1 4G移動通信

4G移動通信建立在3G移動通信的基礎上，它能夠利用移動信號來傳送高質量、高速度的數(shù)據(jù)和視頻，方便移動用戶的接收和使用。而實現(xiàn)4G移動通信，必然需要很多先進技術。要開發(fā)和研究這些技術，我們首先要了解整個4G移動通信的特點。

2 4G移動通信的特點

在構建中的4G通信技術主要有這些特點：一是高度智能化；二是保證信號的性能和質量及其覆蓋能力；三是高速數(shù)據(jù)傳輸能力；四是移動中的安全可靠性；五是用戶不受限制接入網(wǎng)絡。根據(jù)這些特點，4G移動通信發(fā)展了幾種關鍵的技術作為支撐。

3 4G移動通信的關鍵技術

4G移動通信的關鍵技術主要包括六個：一是OFDM技術；二是智能天線；三是MIMO技術；四是SDR技術；五是多用戶檢測技術；六是Ipv6技術。

3.1 OFDM技術

OFDM技術其實就是正交頻分復用技術，它是4G移動通信系統(tǒng)中的核心技術，也是多載波調制技術的一種。這種技術在近些年來越來越受到通信行業(yè)的青睞，與它本身所具有的優(yōu)勢密切相關，具體來說包括：

3.1.1 頻譜的運行效率較高。通常情況下，正交頻分復用的信號中相鄰的兩個子載波之間是相互重疊的關系，這樣的組合，使其頻譜的利用率甚至能夠接近Nyquist的最大值。同時，也加快了其運行的效率，一般OFDM信號的頻譜會比串行系統(tǒng)的高將近1倍。

3.1.2 抗衰落能力較強。OFDM技術抗衰落能力主要體現(xiàn)在抵抗脈沖噪音和信道上，利用的原理就是將用戶的信息以多個子載波的方式進行傳輸，這樣就能夠增加每個子載波上的信號時間，比單載波的信號要強很多倍，故而能夠提高整個系統(tǒng)的抵抗力。

3.1.3 利于高速數(shù)據(jù)的傳輸。OFDM的各個子載波能夠根據(jù)信道和噪聲的情況自行進行調制。當信道較好時，子載波就會使用效率較高的調制。而在信道條件較差的情況下，子載波會調制成抗干擾能力較強的方式。與此同時，OFDM技術還采用了算法，能夠在條件較好的信道上高速傳送數(shù)據(jù)。這兩種技術使得OFDM更加有利于高速數(shù)據(jù)的傳輸，且效率更高。

3.1.4 抗ISI能力強。ISI就是碼間干擾，這是整個通信系統(tǒng)中的一種主要乘性干擾，這種干擾主要出現(xiàn)在傳輸信道的頻帶較為有限的時候。在4G移動通信中，OFDM采用了先進的循環(huán)前綴技術，這種技術能夠抵抗碼間干擾，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。

3.2 智能天線

3.2.1 智能天線的工作原理。智能天線是4G移動通信技術的一個特點。它依據(jù)信號傳輸方向的不同，采用先進的SDMA技術，將同一頻率、同一時間、同一碼道的信號區(qū)分開來，之后自動將信號的覆蓋區(qū)域改變。在這個過程中，主波束會自動對準用戶的方向，跟蹤用戶的使用情況，并且監(jiān)測其周圍的環(huán)境，對一些干擾信號進行零陷和旁瓣，這樣就能夠保證每一個用戶的上行和下行鏈路信號的質量，同時能夠使移動用戶充分利用信號，方便其生活和工作。

3.2.2 智能天線的工作方式。根據(jù)目前通信技術的發(fā)展，智能天線的工作方式主要有兩種：一種是全自適應，另一種是基于預多波束的波束切換。

全自適應智能天線系統(tǒng)雖然存在著數(shù)據(jù)量大、計算量大、收斂速度慢等各種缺點，同時在4G的實際信道中，經(jīng)常會因為信道的時速變化較大，并且干擾較多，而難以對移動用戶的信號進行跟蹤和檢測。但是這種智能天線從理論上將是最好的一種工作方式。

基于預多波束的波束切換方式在工作時，能夠預先在全空域范圍內覆蓋已經(jīng)計算好的波束，這些波束對應著不同的主瓣方向。在信號接收的過程中，可以挑選其中一個主瓣方向作為其工作模式，這種方式的實用性較強，也是未來4G智能天線發(fā)展的主要方向。

3.3 MIMO技術

MIMO技術采用分立式多天線，將整個通信鏈進行空間分集，之后轉化成多個并行的子信道，但是這種技術需要足夠的天線，才能夠實現(xiàn)多發(fā)射、多接收，這樣就能夠提高整個容量。同時，由于MIMO的發(fā)射天線和接收天線兩者之間互不相關，這樣就保證了整個系統(tǒng)抵抗衰落和噪音的能力。另外，在無線信號的帶寬受到限制的時候，MIMO技術能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|量，保證整個系統(tǒng)的容量。

3.4 SDR技術

SDR技術其實就是軟件無線電技術，這種技術是近些年才被引入4G中的，它的主要目的是建立一個開放、標準、模塊化的硬件通信平臺，然后將利用這種軟件處理數(shù)據(jù)、加密模式、通信協(xié)議等等，最終是4G系統(tǒng)實現(xiàn)“任何人能夠在任何地點通過任何形式進入網(wǎng)絡”這種理想化的通訊模式。

通信專家構想中的SDR系統(tǒng)中，包括各種軟件，比如信息流變換、信源編碼、信道糾錯編碼、調制解調算法等。這樣的系統(tǒng)能夠滿足不同種類產(chǎn)品的要求，減少硅芯片的容量，同時開放的模式能夠保證多方運營，是未來的4G中的主要技術之一。

3.5 多用戶檢測技術

多用戶檢測技術是基于4G系統(tǒng)終端以及基站上建立起來的一種提高系統(tǒng)容量的技術。它能夠將一個信道中的所有用戶的信號集中起來，然后通過各種信號處理方式，對用戶接收到的信號進行處理，使用戶的信號處于最佳的狀態(tài)。同時多用戶檢測技術還具有一定的抗干擾及抗遠近效應的能力，這樣就能夠保證系統(tǒng)的容量，以及頻譜資源的有效充分利用。當前，4G系統(tǒng)主要的多用戶檢測技術研究的主要方向有空時二維信號檢測和處理、功率控制技

術等。

3.6 Ipv6技術

根據(jù)當前3G技術中，編址不合理、空間資源浪費的狀況，4G移動通信技術引入了先進的Ipv6編址技術。這種技術與3G相比具有以下優(yōu)勢：

3.6.1 巨大的編制空間。通信技術的專家們希望未來的Ipv6技術能夠在一定時間內，為整個4G移動通信系統(tǒng)提供足夠的編址空間，節(jié)省資源。

3.6.2 自動控制技術。自動控制技術是Ipv6的一個主要的特性，通過這種技術，能夠自動配置有狀態(tài)和無狀態(tài)這兩個地址。在配置無狀態(tài)地址時，在沒有認為干預的情況下，系統(tǒng)可以根據(jù)這個地址的節(jié)點利用鄰居機制，為其獲得唯一的地址。

3.6.3 安全可靠。在Ipv6的報頭中，會設置一個20多位長的字段，這是其主要的協(xié)議優(yōu)勢。在傳輸信息時，IP地址流會交給各節(jié)點來處理，這樣就能夠保證4G協(xié)議的安全可靠性。

3.6.4 移動安全性好。4G移動系統(tǒng)的關鍵就是“移動”，在移動中，既要保證信號的靈活性，又要保證IP地址的安全性。根據(jù)這些要求，Ipv6技術采用了一對一的方式，即每一個用戶的移動設備對應著一個固定的IP地址。在設備移動的過程中，通過轉交地址的方式，來了解其通信節(jié)點，保證移動設備的安全性。

4G移動通信的各種技術與3G相比，都更加先進安全完善，通過這些技術，能夠促進4G移動通信的早日應用，推動整個通信行業(yè)的發(fā)展，同時更加方便人們的生活。

參考文獻

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[3]許志鵬.4G移動通信關鍵技術淺析[J].科技與生活，2009，（12）：26.

（責任編輯：吳 濤）