試析4G移動通信技術(shù)及其面臨的問題

吳上才

摘 要：隨著我國科技信息技術(shù)的快速發(fā)展，第四代移動通信技術(shù)，即4G技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。它與以往的3G技術(shù)相比，不論是其下載的速度還是上傳的速度，都有了極大的突破，有著明顯的優(yōu)越性。通過對4G移動通信技術(shù)的具體分析，闡述了目前4G技術(shù)發(fā)展面臨的不少問題，并對此一一進(jìn)行闡述，同時(shí)也展望了4G技術(shù)未來的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：4G移動通信技術(shù)；速度；問題；發(fā)展

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0135-02

4G移動通信技術(shù)是將3G技術(shù)與無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高實(shí)效、高質(zhì)量的視頻圖像傳輸。根據(jù)資料顯示，4G技術(shù)投入使用后，下載速度將達(dá)到100 Mbps，其上傳速度也將達(dá)到20 Mbps，而且還可以實(shí)現(xiàn)用戶的無線服務(wù)要求。目前，4G移動通信技術(shù)正處于飛速發(fā)展階段。它不僅可以讓廣大用戶實(shí)現(xiàn)更為便捷、快速、豐富的通信生活，而且用戶還可以結(jié)合自身對4G移動通信技術(shù)的實(shí)際需求情況來計(jì)費(fèi)。由此可見，其計(jì)費(fèi)方式較以往的3G技術(shù)相比靈活性更高。由于其使用價(jià)格與以往的固定寬帶網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用相差不多，所以，4G移動通信技術(shù)具有極大的發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 4G移動通信技術(shù)

4G移動通信技術(shù)屬于無線通訊技術(shù)，它可以向移動中的用戶提供100 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，還可以向靜止中的用戶提供1 Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。4G系統(tǒng)主要是根據(jù)各類業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)終端，通過多媒體實(shí)現(xiàn)與核心網(wǎng)的連接，并且用戶可以通過IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在3G、4G、WLAN和固定網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游。

4G移動通信技術(shù)主要涉及正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)、智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)、軟件無線電技術(shù)（SDR）和基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)，下面就這幾種關(guān)鍵技術(shù)展開深入的分析。

1.1 OFDM

OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，它屬于多載波調(diào)制。OFDM技術(shù)具有眾多優(yōu)勢，它有助于減少信號波形之間的干擾，可以大大提高頻譜利用率，具有較強(qiáng)的抗碼間干擾性能和抗衰落性能，一般應(yīng)用于高速的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)中。

1.2 智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤和數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，它被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號。這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量，又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相關(guān)無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時(shí)，通過基帶數(shù)字信號處理器對各個(gè)天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。目前，智能天線的工作方式主要有兩種，即全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。

移動通信環(huán)境中的多徑傳播嚴(yán)重影響著移動通信的有效性和穩(wěn)定性，多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)一般是在通信鏈路兩端使用多個(gè)天線，發(fā)端將信源輸出的串行碼流轉(zhuǎn)成多路并行子碼流，分別通過不同的發(fā)射天線發(fā)射單元相同的頻率，而接收方則利用多徑信號來分離、尋找、推定原來的子碼流。這相當(dāng)于將頻帶資源再利用，以多個(gè)接收天線來促進(jìn)頻譜利用率，使鏈路的可靠性大大提高。

1.3 軟件無線電技術(shù)（SDR）

軟件無線電（SDR）是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個(gè)通用硬件平臺，利用軟件加載的方式來實(shí)現(xiàn)各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）等先進(jìn)的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求，盡可能多地用軟件來定義無線功能。其軟件系統(tǒng)包括各類無線信令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件和信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件（DSPH）、現(xiàn)場可編程器件（FPGA）和數(shù)字信號處理（DSP）等。

1.4 基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)

4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，它可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接入方案，它可以提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和公用電話交換網(wǎng)（PSTN）兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種窄中接口接入核心網(wǎng)，同時(shí)核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)（CN）協(xié)議、鏈路層是分離獨(dú)立的，在4G通信系統(tǒng)中IPv4協(xié)議將被取代，主要采用全分組方式IPv6技術(shù)。

2 4G移動通信技術(shù)發(fā)展面臨的問題

現(xiàn)今，對4G移動通信技術(shù)的期待者愈來愈多。但是，由于4G移動通信技術(shù)仍然處于發(fā)展、研發(fā)階段，其中面臨著不少問題，要想實(shí)現(xiàn)4G移動通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用仍然需要很長一段時(shí)間。

隨著國產(chǎn)3G標(biāo)準(zhǔn)的出臺、國家“十五”和“863”計(jì)劃的啟動，我國加大力度投入了第四代移動通信技術(shù)的研發(fā)：①4G的相關(guān)白皮書是由華為、大唐移動聯(lián)合中興通訊、科研院所和部分高校共同完成的；②針對4G的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證和4G系統(tǒng)功能測試，并在2011年將我國的自主知識產(chǎn)權(quán)4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提交到國際電信聯(lián)盟，這標(biāo)志著4G TD-LTE時(shí)代的到來。隨著4G移動通信技術(shù)的應(yīng)用，網(wǎng)路速度將大大提升，這對廣大用戶來說是極大的好消息。然而，在4G移動通信技術(shù)發(fā)展的過程中依然面臨著不少問題，具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

2.1 完善關(guān)鍵技術(shù)難度大、時(shí)間長

由于第四代移動通信系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)較多，如上文所述，各關(guān)鍵技術(shù)能否相互兼容，對第四代移動通信系統(tǒng)的完善具有至關(guān)重要的作用，而完善各關(guān)鍵技術(shù)是十分有難度的。因此，真正實(shí)現(xiàn)所有關(guān)鍵技術(shù)融合和完善的過程是極為漫長的，要想完善第四代移動通信系統(tǒng)并不是短期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

2.2 實(shí)現(xiàn)理論速度的難度大

雖然第四代移動通信系統(tǒng)的理論速度較以往3G移動通信技術(shù)來說是十分快的，但終歸是理論速度。在第四代移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣過程中，能否真正實(shí)現(xiàn)4G移動通信技術(shù)的理論速度仍然難以確定。在實(shí)現(xiàn)第四代移動通信系統(tǒng)的過程中，其實(shí)際速度受終端限制，即終端媒介的容量等條件的限制，因此，實(shí)現(xiàn)第四代移動通信系統(tǒng)的理論速度是有很大難度的。endprint

2.3 研發(fā)與應(yīng)用受市場限制

市場是推動科技進(jìn)步的催產(chǎn)素，當(dāng)市場對第四代移動通信系統(tǒng)的建立不熱心或處于觀望態(tài)度時(shí)，該技術(shù)的研發(fā)和推廣必然會受到一定的限制，同時(shí)，該系統(tǒng)的建立和實(shí)施還隨時(shí)面臨被更高效的技術(shù)取代的威脅。

2.4 配套設(shè)施完善難度大

在第四代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用過程中，除了要解決其中所涉及的相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)之外，還必須完善4G移動通信系統(tǒng)的一系列配套設(shè)施，確保在4G移動通信技術(shù)真正投入使用時(shí)，其相關(guān)領(lǐng)域的跟蹤和配合都較為完善。但這就涉及到一系列的技術(shù)、資金、觀念問題，其中包括基礎(chǔ)設(shè)施的更新、改造和舊有設(shè)備的兼容等。

3 4G移動通信技術(shù)的發(fā)展預(yù)測

現(xiàn)如今，3G移動通信技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，也已經(jīng)投入到全面商用化的使用階段。愈來愈多的手機(jī)用戶運(yùn)用著便捷的3G移動技術(shù)，但是仍然可以發(fā)現(xiàn)3G移動技術(shù)存在許多不足和缺陷，它阻礙了用戶進(jìn)一步體驗(yàn)高效、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)需求服務(wù)。4G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)，不僅可以為廣大用戶帶來更多的福音，而且也將會是未來移動通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)。

在4G移動通信的發(fā)展路程中，依然會面臨許多的問題和挑戰(zhàn)，但其帶來的機(jī)遇也是極大的。根據(jù)大量資料可知，全球的TDLTE產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2015年將可實(shí)現(xiàn)1 512億美元，并且將突破9 100萬戶目標(biāo)。由此可見，4G移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將推動4G移動通信技術(shù)逐步替代3G移動技術(shù)，進(jìn)而成為整個(gè)移動通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，為廣大用戶提供更為高效、穩(wěn)定、便捷的信息化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

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〔編輯：白潔〕

Analysis of 4G Mobile Communication Technology and Its Problems

Wu Shangcai

Abstract： With the rapid development of science and technology of Chinas information technology， the fourth generation mobile communication technology， the 4G technology has emerged. Compared with the previous 3G technology， no matter the download speed or upload speed， have been greatly breakthrough， has the obvious superiority. Through the analysis of the specific 4G of the mobile communication technology， describes the many problems currently facing the development of 4G technology， and the one one were described， also looks forward to the future development of 4G technology.

Key words： 4G mobile communication technology； speed； problem； developmentendprint