第四代移動(dòng)通信技術(shù)研究

徐海燕　劉靜偉

摘要：隨著我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信的發(fā)展速度也越來(lái)越快。目前第四代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)全面展開，它是在第三代移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其技術(shù)安全性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更智能，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的相互聯(lián)通。文章主要對(duì)第四代移動(dòng)通信技術(shù)的概念、技術(shù)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并對(duì)它的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，全面了解第四代移動(dòng)通信技術(shù)，以保證它更好的為人民服務(wù)。

關(guān)鍵詞：第四代移動(dòng)通信；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)也有了很大的發(fā)展，人們的日常生活已經(jīng)離不開通信。其中移動(dòng)通信技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展?jié)摿σ沧畲蟮耐ㄐ偶夹g(shù)，它的通信標(biāo)準(zhǔn)有CDMA、TDMA和GSM3種類型，在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了第一代、第二代、第三代和現(xiàn)在正在強(qiáng)力開發(fā)的第四代移動(dòng)通信，第四代移動(dòng)通信技術(shù)主要解決前幾代移動(dòng)通信技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)不兼容問(wèn)題，并且對(duì)所有的移動(dòng)通信用戶都適合，實(shí)現(xiàn)了電視衛(wèi)星通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、藍(lán)牙通信、廣播通信等的相互兼容和無(wú)縫聯(lián)接。

2第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)介

第四代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)稱4G，也稱分布網(wǎng)絡(luò)或者寬帶接入技術(shù)，它主要是將第三代通信技術(shù)做一定的升級(jí)，將第三代移動(dòng)通信技術(shù)和WLAN技術(shù)有機(jī)的合并在一起，它的數(shù)據(jù)傳輸能力超過(guò)2Mb/s，影像服務(wù)的質(zhì)量達(dá)到150Mb/s，并能傳輸高質(zhì)量的三維圖像。它能實(shí)現(xiàn)電視衛(wèi)星通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、藍(lán)牙通信、廣播通信等的相互兼容和無(wú)縫聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信、IP網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、全球定位、遠(yuǎn)程控制等。第四代移動(dòng)通信技術(shù)是多功能的、智能的移動(dòng)通信，為人們帶來(lái)了很大的方便，成為移動(dòng)通信系統(tǒng)的熱門研究方向。

3第四代移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)

隨著第四代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，它的特點(diǎn)主要有以下幾種。（1）數(shù)據(jù)傳輸速度快，能夠達(dá)到100Mbps，頻譜比較寬，它的寬度是CDMA網(wǎng)絡(luò)頻譜寬度的20倍，達(dá)到100MHz。（2）能根據(jù)通信信道的實(shí)際情況和各種業(yè)務(wù)的需要，對(duì)信道和資源機(jī)型動(dòng)態(tài)分配，智能檢測(cè)和恢復(fù)故障，這樣4G網(wǎng)絡(luò)就會(huì)是一個(gè)完全自適應(yīng)和智能化的網(wǎng)絡(luò)。（3）4G系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫漫游，它集合了廣播電視網(wǎng)、衛(wèi)星通訊網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，用一部手機(jī)實(shí)現(xiàn)了全球的通信。（4）有機(jī)的將個(gè)人通信、信息傳送以及娛樂(lè)等業(yè)務(wù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了多媒體移動(dòng)通信。（5）運(yùn)用多網(wǎng)絡(luò)和多協(xié)議并存、開放的接口以及網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)多度等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不同用戶終端之間的互通，因此，它的兼容性很強(qiáng)。

4第四代移動(dòng)通信的結(jié)構(gòu)

第四代移動(dòng)通信是核心網(wǎng)技術(shù)的接入，它有IP和APM兩種技術(shù)，目前應(yīng)用最廣泛的是基于IP的核心網(wǎng)技術(shù)，它能夠?qū)⒉煌挠芯€網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)接和融合，保證通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1中，核心網(wǎng)有多種功能，而不是單純的只作為移動(dòng)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了有線和無(wú)線的接入，并且它們接入點(diǎn)也可以通過(guò)有線和無(wú)線來(lái)實(shí)現(xiàn)。除此之外，網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的互聯(lián)可以通過(guò)熱點(diǎn)通信或者網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)重疊等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第四代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)劃分為3個(gè)層次，分別為物理層、中間層和應(yīng)用層。這3層之間相互服務(wù)和合作，來(lái)保證通信網(wǎng)絡(luò)的暢通。物理層主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的接入，并選擇路由線路，中間層是對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)路協(xié)議進(jìn)行屏蔽，避免它們之間相互影響，應(yīng)用層主要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換、服務(wù)質(zhì)量映射等。這三者相互之間的接口是開放式的，能對(duì)各種業(yè)務(wù)和服務(wù)進(jìn)行新的擴(kuò)展。

5第四代移動(dòng)通信的技術(shù)分析

第四代通信技術(shù)包括多個(gè)方面：正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFMD）、多輸入多輸出技術(shù)（MINO）、基于IP的核心網(wǎng)、智能天線、無(wú)線定位、切換技術(shù)、軟件無(wú)線電、多用戶切換等技術(shù)，下面逐一進(jìn)行介紹。

5.1OFMD

由于高頻段的高速移動(dòng)傳輸可能會(huì)造成某些頻率衰減的現(xiàn)象，因此可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)來(lái)進(jìn)行控制，在第四代移動(dòng)通信技術(shù)中主要采用OFMD。它主要是將給定的信道進(jìn)行分割，分為多個(gè)正交的子信道，然后對(duì)每一個(gè)子信道進(jìn)行載波調(diào)制，并實(shí)現(xiàn)并行傳輸，這樣雖然整個(gè)信道不平坦，但是各個(gè)子信道是平坦的，這樣就實(shí)現(xiàn)了頻率的選擇性。子信道在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)的寬度比信道的帶寬小，可以消除波形的干擾。OPMD能對(duì)傳輸負(fù)荷進(jìn)行自適應(yīng)分配，對(duì)整個(gè)信道的傳輸速度進(jìn)行優(yōu)化。因此，OPMD技術(shù)不僅能夠消減載波間的相互干擾，還能防止頻率的選擇性衰減，頻譜的利用率會(huì)有很大的提高。

5.2MIMO

MINO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通信的新突破，它是一種對(duì)多天線技術(shù)的分集，在多天線的收發(fā)兩端同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)傳輸通道的擴(kuò)展，進(jìn)而提高傳輸速率。MINO能夠通過(guò)對(duì)角度的擴(kuò)展來(lái)較少空間的相關(guān)性，保證信道之間的相互獨(dú)立，并且信道的傳輸能力能夠隨天線數(shù)而線性增加，保證通信能力成倍增加。因此，MINO技術(shù)能夠降低碼間的相互干擾，實(shí)現(xiàn)空間的分集，增強(qiáng)頻譜的利用效率和信道的容量。它和OFMD是相互補(bǔ)充的。

5.3基于IP的核心網(wǎng)絡(luò)

第四代移動(dòng)通信技術(shù)的核心是基于IP的核心網(wǎng)絡(luò)，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫聯(lián)接，對(duì)不同的用戶提供端對(duì)端的服務(wù)，并能對(duì)不同的用戶進(jìn)行無(wú)限接入，兼容性很強(qiáng)。它采用的開放式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了各種接口之間的無(wú)礙接入。它能分離核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、無(wú)線接入?yún)f(xié)議等，還能實(shí)現(xiàn)它們之間的兼容，因此使用更加靈活，不會(huì)受到接入?yún)f(xié)議或者方式不同的影響。對(duì)于第四代移動(dòng)通信技術(shù)利用地址長(zhǎng)度為128位的IPV6協(xié)議，解決了地址欠缺的問(wèn)題。IPV6能對(duì)無(wú)線和有線地址進(jìn)行自動(dòng)的分配和控制，并且服務(wù)質(zhì)量也有了很大的提高，這樣網(wǎng)絡(luò)的管理更加方便、高效、安全。

5.4智能天線技術(shù)

根據(jù)移動(dòng)通信的環(huán)境特性和智能天線的工作原理，智能天線技術(shù)發(fā)展起來(lái)，它是根據(jù)利用各個(gè)用戶和基站間傳輸鏈路空間的不同，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理以及相關(guān)的軟件處理，產(chǎn)生特定性能的天線波束，減少信道上存在的信號(hào)干擾，使頻譜利用率得到提高。它主要利用了相位之間的相互關(guān)系來(lái)對(duì)各種干擾進(jìn)行抑制。除此之外，它還能分析信號(hào)之間的空間特征，對(duì)用戶的位置進(jìn)行精確定位。因此，這種技術(shù)可以環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜的情況下進(jìn)行電波傳輸。

第四代移動(dòng)通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的移動(dòng)定位。所謂移動(dòng)定位就是能夠?qū)σ苿?dòng)用戶終端的位置進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和計(jì)算，它分為3種定位方式：基于移動(dòng)終端、基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和混合型定位。其中移動(dòng)終端定位是最常用的定位技術(shù)，它能實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的通信，并能實(shí)現(xiàn)定位和跟蹤，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的無(wú)縫連接，為高質(zhì)量的移動(dòng)通信提供了一定的保障。

5.6切換技術(shù)

第四代移動(dòng)通信的切換技術(shù)指的是移動(dòng)終端設(shè)備在不同的通信覆蓋區(qū)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，能夠保證信道轉(zhuǎn)變和通信的連接和暢通，這樣就需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)、建立和斷開相應(yīng)的鏈路，實(shí)現(xiàn)平滑聯(lián)接的綜合技術(shù)。它是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，它的組成主要有軟件技術(shù)和DSP技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)切換的質(zhì)量和切換效率，并能實(shí)現(xiàn)其智能性，因此，在第四代移動(dòng)通信中應(yīng)該根據(jù)各種終端設(shè)備的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以軟切換為主，實(shí)現(xiàn)通信的順利切換。

5.7軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電能夠聯(lián)系各種通信技術(shù)，它是3G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)相互連接，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化硬件單元，將軟件加載到相關(guān)硬件中，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電信號(hào)之間的通信，這種技術(shù)是一種開放性的結(jié)構(gòu)，不同的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，如實(shí)現(xiàn)信道的相互分離、信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、信道的編譯等，它建立了一個(gè)具有多種功能、多種層次、多種模式、多種通路的無(wú)線電通信，實(shí)現(xiàn)了各種系統(tǒng)和平臺(tái)之間的兼容問(wèn)題。

5.8多用戶檢測(cè)

第四代移動(dòng)通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶的檢測(cè)，它通過(guò)平衡技術(shù)，來(lái)消除不同用戶中的ISI和MAI，它能夠利用多址干擾的所有用戶信號(hào)來(lái)檢測(cè)單個(gè)用戶的信號(hào)，增強(qiáng)了抗干擾能力，降低了功率控制精度，從而顯著提高系統(tǒng)的可用容量。

6結(jié)語(yǔ)

綜上可得，第四代移動(dòng)通信技術(shù)是一種先進(jìn)的通信技術(shù)，文章通過(guò)對(duì)其的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析和研究看出，這一新技術(shù)擁有強(qiáng)大的生命力，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)、通信以及多媒體技術(shù)的相互融合，特別是在移動(dòng)通信設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦、車載終端設(shè)備等的應(yīng)用更加的廣泛，也給人們帶來(lái)了很大的便利。目前已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)話題，今后，第四代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)有更大的發(fā)展，為人們開拓更加便利、個(gè)性、安全的通信技術(shù)。