4G移動通信系統(tǒng)的技術(shù)及趨勢

摘要：近幾年來在通信技術(shù)的發(fā)展過程中，移動通信的發(fā)展?jié)摿梢哉f是最大的，具有非常廣闊的市場前景。隨著移動通信的不斷更新?lián)Q代，3G移動通信也逐漸無法滿足社會現(xiàn)階段的需求，因此廣大開發(fā)商們在此基礎(chǔ)上逐漸開始了對4G移動通信系統(tǒng)的探索和研究。基于此，文章主要針對4G移動通信系統(tǒng)的技術(shù)及趨勢進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：4G移動通訊；通信系統(tǒng)；移動網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN828 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）26-0004-02

移動通信技術(shù)給世界帶來的變化是非常巨大的，可以說在人們的生活中掀起了一場革命性的變化。在社會經(jīng)濟水平不斷提高的今天，人們進(jìn)行信息的交流以及傳播時逐漸對通訊技術(shù)提出了更高的要求，更加強烈地去追求那些具有更高效率、更高品質(zhì)的通訊方法，這就成為了現(xiàn)代通訊技術(shù)水平提高和通訊系統(tǒng)更迭的一個巨大助力。而之前3G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)給人們帶來了意想不到的體驗，但是由于其自身存在的一些技術(shù)缺陷并不能確保信息的快速交流和傳播，因此在此基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了4G移動通信系統(tǒng)的研究和開發(fā)，以期可以更好地彌補3G技術(shù)存在的不足，盡可能地滿足人們越來越多的通信需求。

1 4G移動通信系統(tǒng)具有的主要特點

4G移動通信系統(tǒng)主要是將3G技術(shù)和WLAN結(jié)合起來，能夠快速傳輸具有高質(zhì)量的視頻和圖像的技術(shù)，而且其視頻圖像的質(zhì)量并不亞于高清晰度電視，同時可以為人們提供更多更加便捷的業(yè)務(wù)，能夠真正地實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、電視衛(wèi)星以及廣電通訊等的無縫銜接，確保這些技術(shù)能夠相互兼容。另外4G移動通信網(wǎng)絡(luò)充分體現(xiàn)出了移動和無線接入網(wǎng)以及IP網(wǎng)絡(luò)之間的不斷融合進(jìn)步的現(xiàn)狀，由此我們可以認(rèn)為4G移動通信系統(tǒng)就是一個全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)。過去2G、3G移動通信讓人們直接感受到了現(xiàn)代社會信息化發(fā)展的氛圍，而未來的4G移動通信技術(shù)將會在真正意義上實現(xiàn)人們之間的溝通自由，并且必然會為現(xiàn)階段的社會形態(tài)帶來巨大的變革。它的特點主要包括下述六點：（1）具有更加快捷的通信速度。4G系統(tǒng)的下載速度能夠達(dá)到100Mbps，相當(dāng)于現(xiàn)階段使用的ADSL的200倍、3G通信系統(tǒng)的50倍，而且能夠以20Mbps的速度上傳；（2）具有更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜，每個4G信道所占有的頻譜大約達(dá)到了100MHz，是現(xiàn)在W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的大約20倍；（3）具有更加靈活的通信方式。由于4G移動電話具有的功能不僅僅是語音數(shù)據(jù)的傳輸，相比于過去的手機更像是一臺小型的掌上電腦，因此擁有4G移動通信功能的手機再也不是單純意義上的電話機了；（4）具有更為良好的技術(shù)基礎(chǔ)。4G移動通信的基礎(chǔ)性技術(shù)都得到了巨大的突破，例如無線接入技術(shù)、智能天線技術(shù)、OFDM技術(shù)以及軟件無線電等，這對于提高系統(tǒng)頻率的使用效率有著重大的意義；（5）4G移動通信費用的降低必然會受到人們的廣泛歡迎。通信運營商們都考慮要在3G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行引入，這就大幅度降低了通信公司的運營成本；（6）解決了與不同系統(tǒng)之間的兼容性問題。4G通信系統(tǒng)的功能更加豐富，可以從3G直接平穩(wěn)的過渡，具有全球漫游、終端多樣化以及接口開放等眾多特點。用戶能夠在高速移動的過程中根據(jù)實際需要接入系統(tǒng)，并且傳送數(shù)據(jù)的速度更加快捷。

2 現(xiàn)階段4G移動通信系統(tǒng)發(fā)展中面臨的主要問題

目前通信領(lǐng)域中普遍承認(rèn)了4G移動通信系統(tǒng)在未來的巨大發(fā)展?jié)摿?。不過4G移動通信系統(tǒng)仍然存在許多問題，主要表現(xiàn)在下述三個方面：（1）世界通信制式還未統(tǒng)一成為4G通信技術(shù)面臨的重要問題之一。雖然4G通信系統(tǒng)具有的兼容性要遠(yuǎn)優(yōu)于3G通信系統(tǒng)，但是在目前全世界通信制式并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，對4G移動通信系統(tǒng)的發(fā)展提出了一個巨大的考驗。而這一問題只有依靠世界各地各大通信廠商之間的良好溝通和協(xié)調(diào)才能夠得以解決。（2）4G移動通信系統(tǒng)的容量還需要進(jìn)一步擴大。4G通信系統(tǒng)最為顯著的特點就是具有超高的傳輸速度，不過由于通信系統(tǒng)容量過小，其高速傳輸在現(xiàn)階段也只是理想狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)。而在未來的發(fā)展中只有不斷地增加通信系統(tǒng)具有的容量，才能夠真正地實現(xiàn)4G移動通信系統(tǒng)的高速傳輸。（3）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的更新速度無法得到切實保證。到目前為止，全球范圍內(nèi)都已經(jīng)面向3G移動通信系統(tǒng)建立了無線基礎(chǔ)設(shè)施，雖然4G通信系統(tǒng)和3G通信之間的兼容問題已經(jīng)得到了初步解決，但是仍然會受到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施更新速度慢的限制。因此只有切實保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的更新速度，才能夠?qū)崿F(xiàn)4G移動通信系統(tǒng)的全面應(yīng)用。

3 4G 移動通信系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 MIMO+OFDM技術(shù)

雖然早在20世紀(jì)初就提出了MIMO技術(shù)，但是直到20世紀(jì)90年代才真正意義上地推動了無線移動通信系統(tǒng)MIMO技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。MIMO系統(tǒng)通過在發(fā)射端和接收端采用多天線以及多通道的方式，能夠讓信號在經(jīng)過多重切割以后，最終實現(xiàn)信號的同步傳送。接收端可以在多重天線的基礎(chǔ)上同時接收各種信號，并且采用DSP重新計算的方法，按照測得的時間差，重新把各個相互分開的信號進(jìn)行組合，及時準(zhǔn)確地將信號進(jìn)行了還原。而OFDM技術(shù)則是一種多載波傳輸技術(shù)，其中多載波之間能夠互相實現(xiàn)正交，充分利用的頻率資源，把總帶寬有效地分隔成多個窄帶子載波，進(jìn)一步提高了頻率選擇性衰減的抵抗力度。而在此基礎(chǔ)上通過結(jié)合MIMO技術(shù)，可以同時利用空間、時間以及頻率等三種分集技術(shù)以及相應(yīng)的空間資源，不僅提高了通信系統(tǒng)的傳輸效率，同時還能提高頻譜的利用率，確保系統(tǒng)運行的可靠性，而且對于增加對噪聲、干擾等的容限也有一定的作用，目前已經(jīng)成為了4G移動通信系統(tǒng)發(fā)展過程中的一個重要解決方案。

3.2 軟件無線電技術(shù)

從根本上來看，軟件無線電技術(shù)（Software Radio Technology）就是一種無線電廣播通信技術(shù)，通過利用軟件架構(gòu)起來的一種通信協(xié)議。在該技術(shù)中主要將硬件功能替換掉，采用軟件編程的方式建立起一個無線電通信平臺，而且在這一平臺上可以同時運用多個軟件系統(tǒng)，更好地實現(xiàn)了通信協(xié)議的功能，只需要在不斷應(yīng)用并更新軟件的基礎(chǔ)上就能夠?qū)崿F(xiàn)多種終端通信的無線通信技術(shù)。軟件無線電技術(shù)不僅能夠解決4G移動通信系統(tǒng)中存在的用戶終端復(fù)雜化的問題，還可以確保不同的用戶終端都能夠在同一個平臺中進(jìn)行無阻礙的信息交流，進(jìn)一步解決了兼容性的問題，為多種通信方式的兼容和傳輸?shù)膶崿F(xiàn)奠定了良好的

基礎(chǔ)。

3.3 智能天線

基于軟件無線電技術(shù)，人們進(jìn)一步提出了智能天線的設(shè)計理念，該技術(shù)主要是通過采用天線陣以及無線收發(fā)機等在無線基站端完成射頻信號的接收以及發(fā)射工作，同時結(jié)合基帶數(shù)字信號處理技術(shù)以及相關(guān)的計算方法，將接收到的所有信號合并起來，最終形成波束賦形，把軟件無線電技術(shù)和數(shù)字多波束形成技術(shù)巧妙地結(jié)合起來。通過形成智能天線波束可以避免其在空間域中出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，有效增強了有用信號強度，不僅能夠改善信號的質(zhì)量，還可以增加系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑷萘?。另外在智能天線設(shè)計概念中主要采用了空分多址技術(shù)，由于信號在傳輸方向上存在一定的差別，所以可以有效地把同頻率、同碼道或者同時隙的信號區(qū)分開來，確保主波束能夠?qū)?zhǔn)用戶所在方向，自動完成對用戶的跟蹤工作以及環(huán)境的監(jiān)測工作等，最終有效地抑制干擾，增加有效信號提取的準(zhǔn)確率。由此我們可以看出，在一些電波傳播較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，智能天線技術(shù)能夠發(fā)揮出巨大的作用。

4 結(jié)語

隨著3G移動通信系統(tǒng)的競爭勢頭逐漸減緩，4G移動通信技術(shù)也憑借其強大的競爭力逐漸滲入到通信市場中?？梢钥闯?，4G移動通信將會作為下一代先進(jìn)的通信技術(shù)，為現(xiàn)階段人們的生活甚至社會形態(tài)帶來一次深刻的變革，讓人們能夠更加體會到舒適便捷的信息交流，促進(jìn)全球信息化進(jìn)程的快速發(fā)展。

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作者簡介：洪泳河（1966—），男，廣東佛山人，廣東省電信工程有限公司二分公司市場部經(jīng)理，工程師。