4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)及其展望探究

黃靜　朱欣遠

【摘要】 近年來，隨著我國通信行業(yè)的迅速發(fā)展，4G通信技術(shù)在各行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。4G移動通信技術(shù)是3G移動通信技術(shù)的升級，其通信技術(shù)具有傳輸速度高、安全性高、技術(shù)保障能力強、更有人性化等方面的優(yōu)點，成為移動通信行業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)，滿足了用戶的基本需求。文章結(jié)合筆者的工作實踐，闡述了4G移動通信技術(shù)的概念和特征，在此基礎(chǔ)上，針對4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)進行了探討，并提出了其技術(shù)的展望，以供通信人員參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】 4G 移動通信技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢

隨著我國通信業(yè)的發(fā)展，3G通信技術(shù)的發(fā)展給用戶帶來了前所未有的體驗，也給用戶帶來了豐富的應(yīng)用，但3G通信系統(tǒng)的無線傳輸模式的傳輸速率和數(shù)據(jù)格式的限制制約了無線通信技術(shù)的發(fā)展，不能滿足人們對無線通信的需求，因此人們提出了4G無線通信技術(shù)。4G技術(shù)是對當(dāng)前3G技術(shù)的一次全新的革新和發(fā)展，它融合了3G通信技術(shù)的諸多優(yōu)點，同時提供了更為高速的信息傳輸速度，為用戶的多媒體業(yè)務(wù)提供了工作平臺，同時具有更好的安全性和保密性，因此，在通信業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

一、4G移動通信技術(shù)的定義

目前，在通信行業(yè)內(nèi)對4G移動通信技術(shù)沒有統(tǒng)一的科學(xué)定義，一般依靠功能性描述作為4G移動通信技術(shù)的界定。 4G移動通信技術(shù)首先具有在任何地點和時間以可能的方式無障礙地接入通信網(wǎng)絡(luò)。其次，4G移動通信用戶具有選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的自由。第三， 4G移動通信技術(shù)可以實現(xiàn)移動電子商務(wù)的綜合性業(yè)務(wù)。最后，4G移動通信技術(shù)可以適應(yīng)其它網(wǎng)絡(luò)、體系和系統(tǒng)，開展物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。

二、4G移動通信技術(shù)的特征

目前，4G 通信會使我們可以更加自由自在的溝通信息，改變我們現(xiàn)在的生活方式和工作方式。4G通信將具有下面的特征。

2.1 通信速度較快

4G通信給人印象最深刻的特征應(yīng)該是它具有比3G快得多的無線通信速度。3G數(shù)據(jù)傳輸速率可達到2Mbps，而4G數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以達到每秒高達100Mbps速度傳輸無線信息。在需要傳送海量數(shù)據(jù)時，4G通信可以迅速完成，不需要用戶長時間等待。

2.2 更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜

為了取得更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，通信營運商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進行大幅度的改進通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬。未來的每個4G信道將占有100MHz的頻譜，比3G的帶寬增加20 倍。

2.3 具有靈活的通信方式及兼容性

目前，4G 通信將使我們不僅可以隨時隨地通信，雙向下載傳遞資料、圖畫、影像，還可以像信用卡一樣用于購物和提取現(xiàn)金。另外，4G移動通信技術(shù)的兼容性更好，不但具備全球漫游、接口開放的功能，還具有向下兼容各網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)的特點。

2.4 提供各種增值服務(wù)

3G移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動通信系統(tǒng)技術(shù)則以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)和核心，利用OFDM人們可以實現(xiàn)例如無線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等方面的無線通信增值服務(wù)。

2.5 實現(xiàn)高質(zhì)量的多媒體通信

4G通信能滿足高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，它包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，是一種真正意義上的“多媒體移動通信”。3D視頻技術(shù)也將會應(yīng)用到4G通信上，可以在 4G手機上看立體的視頻。

三、4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G系統(tǒng)針對各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)，通過多媒體接入連接到基于IP的核心網(wǎng)中?；贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實現(xiàn)在 3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游。4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。其中，物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能；中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等；而應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層是直接為應(yīng)用進程提供服務(wù)的。其作用是在實現(xiàn)多個系統(tǒng)應(yīng)用進程相互通信的同時，完成一系列業(yè)務(wù)處理所需的服務(wù)。

四、4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)

4.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

OFDM 技術(shù)是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個子信道上進行傳輸。OFDM 技術(shù)具有頻譜利用率高的優(yōu)點，其頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍；OFDM技術(shù)抗衰落能力強，OFDM通過多子載波傳輸提高了對脈沖噪聲的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技術(shù)適合高速數(shù)據(jù)傳輸，采用自適應(yīng)調(diào)制機制使變化調(diào)制方式、信道和加載算法，提高信息傳送的速率；OFDM 技術(shù)抗碼間干擾能力強，用循環(huán)前綴的方式對抗碼間的干擾。

4.2 智能天線技術(shù)（SA）

SA技術(shù)為波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。SA技術(shù)成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，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干無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的收發(fā)，同時，通過基帶數(shù)字信號處理器，對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。

4.3 軟件無線電技術(shù)（SDR）

軟件無線電是4G移動通信技術(shù)的微電子技術(shù)基礎(chǔ)，以開放性的平臺，方便的升級和重配置構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，允許多方運營的介入。

4.4 IPv6 技術(shù)

IPv6具有巨大的網(wǎng)絡(luò)地址的空間方便為通信網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備提供一個全球惟一的地址； IPv6 方便實現(xiàn)自動配置， 獲得一個全球惟一的路由地址； IPv6服務(wù)質(zhì)量高于傳統(tǒng)的IPv4， 便于形成基于服務(wù)級別的系統(tǒng)； IPv6具有移動性， 移動通信設(shè)備應(yīng)用 IPv6 技術(shù)可以實現(xiàn)位置變化時通信質(zhì)量不變。

4.5 多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）

MIMO技術(shù)是指在基站和移動終端都有多個天線。MIMO技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益。空間復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個子信道發(fā)射信號，使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加?？臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?；诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領(lǐng)域的研究熱點。MIMO技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。

五、4G 移動通信技術(shù)的展望

據(jù)統(tǒng)計，全球的移動通信用戶終端數(shù)量高達45億，占地球上總?cè)丝诘乃姆种?，移動通信技術(shù)實現(xiàn)了人與人的互聯(lián)，未來的4G 移動通信技術(shù)將實現(xiàn)人與互聯(lián)網(wǎng)移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)3G移動通信技術(shù)推動了智能手機和掌上電腦的發(fā)展，應(yīng)用手機和PDA等終端設(shè)備上網(wǎng)已經(jīng)成為用戶的基本需求，而未來的4G移動通信技術(shù)將改變現(xiàn)狀用計算機上網(wǎng)的習(xí)慣，基于4G網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)傳輸效率，未來的移動通信中可視化多媒體化將成為趨勢，更豐富的4G移動通信應(yīng)用將改變未來人與人、人與物、人與網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)通關(guān)系，人類將真正進入無線互聯(lián)時代。

六、結(jié)語

綜上所述，4G移動通信技術(shù)作為不遠的未來移動通信的發(fā)展趨勢，必然成為影響人們生活的又一重大變革，將對社會發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此我們應(yīng)當(dāng)抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，爭取在4G移動通信領(lǐng)域掌握先機，專研和開發(fā)4G移動通信技術(shù)，為未來4G 移動通信的發(fā)展和推廣作出應(yīng)有的貢獻。

參 考 文 獻

[1] 孔麗南. 4G概念移動通信關(guān)鍵技術(shù)淺析[J]. 黑龍江科技信息，2011（19）

[2] 郭鑫. 第四代移動通信（4G）關(guān)鍵技術(shù)[J]. 信息技術(shù)，2011（11）