4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景

姚志剛

【摘要】 目前，隨著我國(guó)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信用戶數(shù)量不斷增多。在移動(dòng)通信業(yè)務(wù)中，4G移動(dòng)通信技術(shù)由于具有傳輸率高、通信方式靈活、智能化程度高和覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，從而在人們生活和工作中得到了廣泛的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要地闡述了4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系，從中總結(jié)了4G移動(dòng)通信技術(shù)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上針對(duì)4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用建筑了分析與研究，最后提出了移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】 4G移動(dòng)通信 通信技術(shù) 體系結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需求量不斷增多，主要包括動(dòng)態(tài)高速率傳輸業(yè)務(wù)、無(wú)縫漫游業(yè)務(wù)服務(wù)，但這些需求在基于3G移動(dòng)通信技術(shù)背景下還未能實(shí)現(xiàn)。而4G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)，將4G移動(dòng)通信系統(tǒng)與MIMO網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可以達(dá)到lOOMbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不同類型的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)之間的無(wú)縫連接。。

一、4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)被人們稱為廣帶接入分布式網(wǎng)絡(luò)，主要包括無(wú)線局域網(wǎng)、有線寬帶接入網(wǎng)、廣域廣播網(wǎng)和3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等，使用4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端用戶能夠在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下自由切換，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系如圖1所示。

由圖1所示，4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠使終端用戶在2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、寬帶網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游。在不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間，即使用戶跨越了不同頻帶，4G移動(dòng)通信依然可以提供高效的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，用戶可以在任意環(huán)境以寬帶連接的方式接入到互聯(lián)網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)個(gè)人定位、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

二、4G移動(dòng)通信技術(shù)特點(diǎn)

2.1 傳輸速率高

4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高，與其他移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，第一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)僅能提供語(yǔ)音通話服務(wù)；第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率僅有9.6Kbps；第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)2Mbps； 4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高達(dá)lOOMbps/s，4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率是目前手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的10000倍。

2.2 通信方式靈活

4G移動(dòng)通信手機(jī)的功能已經(jīng)不僅僅是“電話通信”，語(yǔ)音通話只是4G移動(dòng)通信手機(jī)功能的其中之一。因此，4G移動(dòng)通信手機(jī)可以說(shuō)是一臺(tái)小型掌中電腦，4G移動(dòng)通信手機(jī)在外形設(shè)計(jì)方面也具有較大突破，任何物品都有可能是4G移動(dòng)通信終端，因此目前仍然沒(méi)有對(duì)4G移動(dòng)通信手機(jī)制定統(tǒng)一名稱。4C移動(dòng)通信環(huán)境下，人們可以隨時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)雙向網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞、影像交互、聯(lián)機(jī)游戲等。

2.3 智能化程度高

4G移動(dòng)通信技術(shù)具有較強(qiáng)的智能性，4G移動(dòng)通信技術(shù)的智能化應(yīng)用不僅體現(xiàn)在功能操作和外觀設(shè)計(jì)方面，4G移動(dòng)通信技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)目前很多無(wú)法設(shè)想的功能。例如，4G移動(dòng)通信手機(jī)能夠根據(jù)用戶定位信息提醒用戶處理相關(guān)事宜，或者在此位置避免做出哪些行為等，同時(shí)，4G移動(dòng)通信手機(jī)可以當(dāng)做掌中筆記本電腦使用，來(lái)觀看直播體育賽事等節(jié)目。

2.4 多媒體通信質(zhì)量高

4G移動(dòng)通信技術(shù)可以充分彌補(bǔ)3G移動(dòng)通信技術(shù)的現(xiàn)有不足，4G移動(dòng)通信技術(shù)提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多媒體通信服務(wù)可以將語(yǔ)音信息、圖像信息和視頻信息等利用寬頻信道進(jìn)行傳輸，4G移動(dòng)通信技術(shù)的誕生不僅是由于眾多用戶的實(shí)際需求，更是因?yàn)楹Ａ慷嗝襟w數(shù)據(jù)信息的日益增多。4G移動(dòng)通信技術(shù)可以容納海量移動(dòng)通信用戶，改善網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

三、4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用探討

3.1 OFDM技術(shù)

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要以O(shè)FDM技術(shù)（正交頻分復(fù)用）為核心，OFDM技術(shù)本質(zhì)是多載波調(diào)制技術(shù)之一。OFDM技術(shù)日益受到通信領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的關(guān)注，主要是因?yàn)镺FDM技術(shù)擁有以下優(yōu)勢(shì)：

第一，具有較高的頻譜利用率。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜效率高出其他串行系統(tǒng)1倍，由于OFDM信號(hào)的相鄰子載波形成重疊，由此，頻譜利用率幾乎可以達(dá)到極限。

第二，具有較強(qiáng)的抗衰落能力。利用0FDM技術(shù)可以將用戶信息置于不同子載波進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，使子載波信號(hào)與相同速率的單載波信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)，因此，OFDM技術(shù)有良好的抗噪聲和抗衰落能力。

第三，具有較高的傳輸速率。OFDM技術(shù)的自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制可以使多路子載波根據(jù)自己所在信道的實(shí)際情況選擇不同的調(diào)制方式。當(dāng)傳輸信道情況良好時(shí)，可以采用高效率的信號(hào)調(diào)制方式；當(dāng)傳輸信道情況較差時(shí)，可以選擇抗干擾、抗噪聲能力強(qiáng)的信號(hào)調(diào)制方式。

3.2 智能天線技術(shù)

4G移動(dòng)通信的智能天線技術(shù)選擇的是SDMA技術(shù)（空時(shí)多址技術(shù)），利用不同信號(hào)在傳輸信道上傳輸方向不同的差異性，將頻率相同、時(shí)隙相同和碼道相同的傳輸信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，改變傳輸信號(hào)的覆蓋范圍，以主波束與用戶相對(duì)，零陷與干擾信號(hào)方向相對(duì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境變化的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為終端用戶提供優(yōu)質(zhì)的傳輸信號(hào)，真正消除和抑制干擾噪聲信號(hào)。通過(guò)智能天線技術(shù)可以有效改善信號(hào)質(zhì)量，增加數(shù)據(jù)傳輸容量。

3.3 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)采用分立式多天線技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)空間分集，將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信鏈路分解成為多個(gè)并行的通信子信道，從而提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的數(shù)據(jù)容量。信息理論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和發(fā)射天線之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)，MIMO技術(shù)可以提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的抗干擾、抗噪聲和抗衰落能力，以此獲得巨大的數(shù)據(jù)傳輸容量。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸信道中，利用MIMO技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率、擴(kuò)充傳輸容量。

3.4 軟件無(wú)線電技術(shù)

在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，如果想要實(shí)現(xiàn)用戶在任何環(huán)境下可以隨時(shí)接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信方式，必須保證用戶移動(dòng)通信終端接口可以適應(yīng)不同類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，才能使用戶在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行業(yè)務(wù)切換、實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游。由此可見(jiàn)，在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，軟件應(yīng)用程序?qū)?huì)越來(lái)越復(fù)雜，通信領(lǐng)域?qū)＜姨岢隼密浖o(wú)線電技術(shù)，軟件無(wú)線電技術(shù)是近幾年來(lái)的新型技術(shù)，是以數(shù)字信號(hào)處理為技術(shù)核心，以無(wú)線電微電子技術(shù)作為技術(shù)支撐。軟件無(wú)線電技術(shù)概念的提出受到了移動(dòng)通信領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注，其內(nèi)在的市場(chǎng)價(jià)值更是受到了通信運(yùn)營(yíng)商的廣泛關(guān)注。

3.5 多用戶檢測(cè)技術(shù)

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶終端和信號(hào)基站都需要利用多用戶檢測(cè)技術(shù)來(lái)提高移動(dòng)通信系統(tǒng)容量。多用戶檢測(cè)技術(shù)的思想理念是：將同一時(shí)間內(nèi)占用傳輸信道的全部用戶的信號(hào)均作為有用信號(hào)，不再將其作為噪聲干擾進(jìn)行處理，利用各種信息技術(shù)對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)多用戶信號(hào)的聯(lián)合檢測(cè)。多用戶信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是基于傳統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)之上實(shí)現(xiàn)的，利用造成噪聲干擾的用戶信號(hào)實(shí)施檢測(cè)，以此降低移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)于功率控制準(zhǔn)確度的要求，有效利用傳輸信道的信息資源，擴(kuò)充系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量。

四、4G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

目前，全球移動(dòng)通信用戶數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了45億人次，占全球總?cè)丝跀?shù)量的70010，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了人與人之間的溝通互聯(lián)，4G移動(dòng)通信技術(shù)將可以實(shí)現(xiàn)人與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端的互聯(lián)。

隨著3G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)和平板電腦的產(chǎn)生，這些智能化終端設(shè)備基本已經(jīng)滿足了用戶的網(wǎng)絡(luò)需求，4G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用將徹底改變?nèi)藗儸F(xiàn)有的上網(wǎng)模式，集可視化、多媒體化和數(shù)字化于一體，通過(guò)高速的數(shù)據(jù)傳輸效率轉(zhuǎn)變?nèi)伺c人之間、人與網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)通關(guān)系，將真正步入高速無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。