4G通信技術(shù)綜述

鄭莉 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司有線所

4G通信技術(shù)綜述

鄭莉 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司有線所

本文概述了第四代移動(dòng)通信技術(shù)的概念、關(guān)鍵技術(shù)及主要優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)要介紹了目前4G通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行討論。

第四代移動(dòng)通信 通信技術(shù) 優(yōu)勢(shì) 發(fā)展與挑戰(zhàn)

1 4G通信技術(shù)的概念

移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展到目前為止經(jīng)歷了三個(gè)階段，每一代的發(fā)展都有關(guān)鍵的技術(shù)支撐。第一代移動(dòng)通信技術(shù)是頻分多址技術(shù)，第二代是時(shí)分多址和碼分多址技術(shù)，第三代是頻帶變寬、數(shù)據(jù)傳輸加快，無(wú)線應(yīng)用開(kāi)始普及。但第三代的數(shù)據(jù)傳輸速率仍然不能滿足人們的使用需求，第四代通信技術(shù)由此誕生。

4G通信是指能夠傳輸一定質(zhì)量要求的圖像信息和視頻，滿足用戶對(duì)于無(wú)線通信等的需求，在價(jià)格方面，4G的計(jì)費(fèi)方式更加人性化，用戶可根據(jù)自身流量的使用情況進(jìn)行相應(yīng)服務(wù)的訂購(gòu)，相比3G更加有優(yōu)勢(shì)。4G的不同體現(xiàn)在其通信終端的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型上，如WiFi、超寬帶無(wú)線電等，其終端的智能程度更高，多媒體應(yīng)用更廣泛。

2 4G通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 正交頻分復(fù)用技術(shù)

正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）的核心是將頻域劃分為若干個(gè)正交的子信道，在每個(gè)子信道上分別使用不同的子載波進(jìn)行調(diào)制傳輸，用以達(dá)到減少信號(hào)之間的干擾的目的。由于移動(dòng)通信中最有特點(diǎn)的是多徑干擾和多徑時(shí)延擴(kuò)展，對(duì)于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求其速率要小于信道的相關(guān)帶寬，否則會(huì)引起信號(hào)的失真和質(zhì)量。OFDM技術(shù)的出現(xiàn)能夠解決上述問(wèn)題，成為4G通信的核心技術(shù)之一。

2.2 多輸入多輸出天線技術(shù)和智能天線

多輸入多輸出天線技術(shù)（MIMO）在不增加帶寬、不改變天線的發(fā)送功率的前提下，通過(guò)增加天線矩陣的規(guī)模，即增加天線的數(shù)量，來(lái)提高信道容量，改善頻譜利用率。MIMO技術(shù)能夠增加空間分集增益，使通信系統(tǒng)的誤碼率減小，具體算法主要有：ZF算法、ML算法、MMSE算法等，應(yīng)用MIMO技術(shù)還能對(duì)抗多徑衰落。

智能天線是通過(guò)無(wú)線基站的天線陣和收發(fā)信機(jī)來(lái)對(duì)各個(gè)天線鏈路上的信號(hào)進(jìn)行算法合并，其主要有兩種方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。通過(guò)波束在空間范圍內(nèi)的相互干擾抑制實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)目的信號(hào)的傳輸需求。

2.3 軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電是指在一個(gè)指定的硬件平臺(tái)上，使用軟件來(lái)處理信號(hào)，不同的軟件具有不同的功能，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理和優(yōu)化。軟件無(wú)線電技術(shù)在4G通信系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，能夠利用軟件無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行信道的分離，調(diào)制所需信號(hào)等。通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)無(wú)線電通信平臺(tái)，能夠進(jìn)行多種模式下的通信過(guò)程，保證了不同系統(tǒng)間的通信交流。

3 4G通信技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)傳輸速率加快

4G通信發(fā)起的最初的目的就是為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，相比于前三代的移動(dòng)通信技術(shù)，第四代移動(dòng)通信做到了提高無(wú)線通信和無(wú)線訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。第一代只提供語(yǔ)音服務(wù)，第二代的數(shù)據(jù)傳輸速率只有9.6kb/s，最高時(shí)才有32kb/s，第三代時(shí)達(dá)到了2Mb/s，而現(xiàn)如今的4G移動(dòng)通信可以將數(shù)據(jù)傳輸速率提高至10Mb/s-20Mb/s，最高時(shí)有100Mb/s。

3.2 擴(kuò)寬頻譜帶寬

4G移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的高數(shù)值促使4G網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬要超出3G網(wǎng)絡(luò)很多，只有這樣才能保證其數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅度提升。

3.3 靈活性提高

由于4G通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，只能終端的發(fā)展迅速，手機(jī)已經(jīng)不能簡(jiǎn)單的用電話來(lái)定義，4G手機(jī)更趨近于一臺(tái)小型電腦，將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳和下載，實(shí)現(xiàn)之間的通信操作，這是我們能隨時(shí)隨地獲取想要信息，進(jìn)行通信，4G給我們帶來(lái)的通信靈活程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出前三代。

3.4 通話費(fèi)用便宜

4G通信在數(shù)據(jù)流量上更加保證了用戶的自主選擇性，通過(guò)用戶自身的使用需求，在這方面產(chǎn)生的費(fèi)用價(jià)格有所降低，既保證了使用的方便流暢，也能為用戶節(jié)省資金，吸引更多的使用者。

4 4G通信技術(shù)的發(fā)展歷史

4G通信時(shí)代在2010年開(kāi)始，世界發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的制定。早在2000年美國(guó)就推出了4G Access網(wǎng)絡(luò)，第一階段的落實(shí)是構(gòu)建移動(dòng)電話基地臺(tái)軟件，第二階段是建立智能天線系統(tǒng)。愛(ài)立信在2000年也開(kāi)始研發(fā)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，并聯(lián)合加利福尼亞大學(xué)進(jìn)行合作研發(fā)。中國(guó)從2002年開(kāi)始，進(jìn)行蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線傳輸鏈路技術(shù)的項(xiàng)目研究。經(jīng)過(guò)全世界通信行業(yè)的不斷努力，4G時(shí)代的到來(lái)是必然趨勢(shì)。

5 4G通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

4G通信技術(shù)雖然已經(jīng)投入使用，但其未來(lái)的發(fā)展仍然充滿挑戰(zhàn)。其中，通信容量受到限制，原因是隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅度提高，通信系統(tǒng)的容量是有上限的，用戶數(shù)量越多，則速度就會(huì)減慢，100Mb/s只是理論上的速度，實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

6 總結(jié)

4G時(shí)代的不足和挑戰(zhàn)加快了5G時(shí)代的到來(lái)，未來(lái)通信前景會(huì)更加美好。

[1]張海軍,李欣.4G通信技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2014(3):74-75

[2]鄭威,劉揚(yáng).4G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展研究[J].信息通信,2015(4):250-250.