4G移動(dòng)通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)探討

李長海

【摘 要】當(dāng)今社會(huì)科技的更新?lián)Q代非常快，移動(dòng)通信系統(tǒng)自從出現(xiàn)之后極大的改變了人們的生活和學(xué)習(xí)方式，用戶的需求也日益增加，于是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）應(yīng)運(yùn)而生，與3G相比，它具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠更好地抵御外部干擾，始終保持良好的工作狀態(tài)。本文筆者根據(jù)多年的移動(dòng)通信行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，闡述4G的定義和性能，分析其應(yīng)用過程中所用的關(guān)鍵技術(shù)，包括OFDM、智能天線與多入多出技術(shù)以及軟件無線電技術(shù)，最后提出其發(fā)展的優(yōu)勢(shì)與未來展望。

【關(guān)鍵詞】4G；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展展望

0 引言

2008年，3G移動(dòng)通信技術(shù)的運(yùn)用上升為國際標(biāo)準(zhǔn)， CDMA作為其核心技術(shù)將無線通信與全球的互聯(lián)網(wǎng)通信結(jié)合起來，還能靈活顯示圖片、音視頻等，并且可以運(yùn)用3G智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)召開會(huì)議、瀏覽新聞網(wǎng)頁或者通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)購物的目的。但隨著時(shí)間的推移，3G應(yīng)用受到業(yè)務(wù)類型和通信速率等因素的限制，已不能很好地滿足用戶需求，所以4G應(yīng)運(yùn)而生。4G追求的是更加高效地傳輸速率、更大的服務(wù)范圍以及更豐富的業(yè)務(wù)類型，它的出現(xiàn)，推動(dòng)著無線移動(dòng)通信技術(shù)朝著更加智能化的方向發(fā)展。

1 4G移動(dòng)通信技術(shù)的定義和性能

1.1 4G移動(dòng)通信技術(shù)的定義

4G是一種多功能集成寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，但它不是一項(xiàng)全新開發(fā)出來的技術(shù)，而是在過去的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)和改造的結(jié)果，其主要功能就是提升網(wǎng)絡(luò)效率和豐富功能的。如果說3G是普通公路的話，4G就是一條信息高速公路，將用戶帶入一個(gè)新的無線通信時(shí)代。

1.2 4G移動(dòng)通信技術(shù)的性能

與3G的數(shù)據(jù)傳輸速率相比，4G能提升50倍左右，而且4G具有集約化的特性，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接入方式都能實(shí)現(xiàn)最大程度的優(yōu)化。此外，4G通信技術(shù)一方面能夠整合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，另一方面也能對(duì)當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)的格局重新融合。能為用戶提供高清視頻和圖像信息，充分保證移動(dòng)通信的安全，具有極其廣闊的發(fā)展前景。

2 4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

2.1 OFDM

移動(dòng)通信信道對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)造成極大的影響，如果數(shù)據(jù)傳輸速率大于信道寬度，就會(huì)造成信號(hào)失真，傳輸質(zhì)量大幅下降，而OFDM技術(shù)的應(yīng)用則在一定程度上改善了這類問題。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的頻率和時(shí)間同步是OFDM技術(shù)的主要難點(diǎn)，OFDM技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是可以消除信號(hào)波形之間的干擾，將頻域內(nèi)的給定信道分成各種窄的正交子信道，在不同子信道上面分配傳輸復(fù)合，極大地優(yōu)化了總體的傳輸速率。目前，OFDM技術(shù)也已成為4G移動(dòng)通信技術(shù)的核心之一。

2.2 智能天線與多入多出技術(shù)

隨著個(gè)人移動(dòng)通信需求的增加，頻譜的重要性日漸凸顯。而智能天線技術(shù)則主要是利用信號(hào)在傳播方向上的差異來分隔信號(hào)區(qū)。智能天線的主要功能包括避免信號(hào)干擾、自動(dòng)追蹤以及調(diào)節(jié)數(shù)字波束等，是未來移動(dòng)通信運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線技術(shù)的主要作用是改善信號(hào)質(zhì)量，增加傳輸容量。其基本原理就是在無線基站中使用天線陣實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接受和發(fā)射，并通過基帶數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行合并。

多入多出技術(shù)（MIMO）是利用無線電技術(shù)發(fā)展重要的里程碑，它在一定程度上是智能天線技術(shù)的擴(kuò)展，它使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線分別作為信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)出端和接收端。其信道容量與天線數(shù)量成正比關(guān)系，天線數(shù)量越多信道容量越大。利用多入多出信道可以加倍提高無線信道的容量，在帶寬和天線發(fā)送功率相同的條件下，成倍提高頻譜利用率，MIMO技術(shù)在增大信道容量的同時(shí)也提升了信道的可靠性。

但是MIMO系統(tǒng)容易出現(xiàn)頻率選擇性衰落的問題，解決方案除了均衡技術(shù)就是利用OFDM，但是4G追求的是高頻譜利用率，而OFDM在這方面的能力有限，所以如果采用OFDM+MIMO的方式既能提供更高的傳輸速率還能開發(fā)空間資源。而且OFDM具有極強(qiáng)的抗干擾能力，可以用于寬帶系統(tǒng)，依靠天線來實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。

2.3 軟件無線電技術(shù)

所謂的軟件無線電技術(shù)就是利用軟件來進(jìn)行相應(yīng)的操作，它打破了傳統(tǒng)用硬件支撐技術(shù)平臺(tái)的模式，其開發(fā)和研究的目的就是建立一個(gè)無線電通信平臺(tái)，并且在此平臺(tái)上運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多層次和多模式的無線通信。軟件無線電技術(shù)具有良好的靈活性，可以代替硬件電路實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的功能處理，而且環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，系統(tǒng)升級(jí)便捷，有效降低用戶費(fèi)用。軟件無線電技術(shù)被認(rèn)為是目前唯一可以將不同形式的通信技術(shù)聯(lián)系起來的技術(shù)，因?yàn)樵?G無線通信技術(shù)中，軟件應(yīng)用極其復(fù)雜，如果引進(jìn)軟件無線電技術(shù)，將模擬信號(hào)數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)信道分離、調(diào)制解調(diào)和信道編譯。

3 4G移動(dòng)通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)與展望

3.1 移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

更快的通信速度。研究4G移動(dòng)通信的初衷就是提升移動(dòng)裝置無線訪問的速率，據(jù)專家預(yù)測(cè)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率相當(dāng)于目前手機(jī)的一萬倍。

更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜。要想4G通信達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，必須在3G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大規(guī)模的改造和研究，讓4G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)帶寬高出3G網(wǎng)絡(luò)20倍。

更靈活的通信。4G手機(jī)在功能和外觀上都跟以往的有所區(qū)別，會(huì)更加智能化，通信不受時(shí)間和空間的限制，并且可以雙向下載和傳送圖像和視頻資料，或者是聯(lián)網(wǎng)打游戲，受定位系統(tǒng)的影響，用戶會(huì)更多地感受到地圖所帶來的安全和便利。

更高的智能性，4G通信設(shè)備對(duì)于菜單和滾動(dòng)操作的依賴性會(huì)大大降低，而且可以通過環(huán)境、時(shí)間或者是其他的設(shè)定因素適時(shí)提醒用戶應(yīng)該做什么事情，可以在手機(jī)上了解電影院票房資料，購買自己滿意的位置，還可以在線觀看各種比賽的現(xiàn)場直播。

更平滑的兼容性。4G通信要在最短的時(shí)間內(nèi)被廣大用戶所接受，除了考慮其強(qiáng)大的功能之外，還有通信基礎(chǔ)，目的是讓用戶花最少的錢過渡到4G時(shí)代?；谶@樣的考慮，4G通信必須具備全球漫游、與多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、多樣化的終端等特點(diǎn)。

提供多種增殖服務(wù)。與3G通信的核心技術(shù)不同，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)是以O(shè)FDM為核心，利用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無限區(qū)域環(huán)路、數(shù)字視頻廣播以及數(shù)字音訊廣播等方面的無線通信增殖服務(wù)。

3.2 4G移動(dòng)通信發(fā)展的未來展望

目前的移動(dòng)通信基本上實(shí)現(xiàn)了人與人之間的互聯(lián)，3G移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用將智能手機(jī)用戶量帶上了新的發(fā)展臺(tái)階，但是發(fā)展到一定階段，已不能更好地滿足用戶日益增加的需求。所以，4G移動(dòng)通信應(yīng)該抓住機(jī)遇，依靠3G技術(shù)形成的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，用更加安全和智能化的技術(shù)以及更人性化的服務(wù)去迎合用戶的需要。當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭良好，根據(jù)全球通訊系統(tǒng)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，4G移動(dòng)通信技術(shù)將隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)物資的流動(dòng)和互聯(lián)網(wǎng)溝通。

4 結(jié)語

4G技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用很好地滿足了用戶對(duì)通信的需求，帶給用戶更加舒適的上網(wǎng)體驗(yàn)，也推動(dòng)了全球的信息化進(jìn)程。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，移動(dòng)通信企業(yè)不能將其單純看作是對(duì)手機(jī)功能的開發(fā)和拓展，而應(yīng)該用科學(xué)的眼光正確地看待4G移動(dòng)通信技術(shù)的內(nèi)涵，并且扎實(shí)推進(jìn)4G通信技術(shù)的應(yīng)用，真正為客戶服務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

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

[責(zé)任編輯：朱麗娜]