4G移動通信系統的技術及趨勢

摘要：近幾年來在通信技術的發展過程中，移動通信的發展潛力可以說是最大的，具有非常廣闊的市場前景。隨著移動通信的不斷更新換代，3G移動通信也逐漸無法滿足社會現階段的需求，因此廣大開發商們在此基礎上逐漸開始了對4G移動通信系統的探索和研究。基于此，文章主要針對4G移動通信系統的技術及趨勢進行了探討。

關鍵詞：4G移動通訊；通信系統；移動網絡

中圖分類號：TN828 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）26-0004-02

移動通信技術給世界帶來的變化是非常巨大的，可以說在人們的生活中掀起了一場革命性的變化。在社會經濟水平不斷提高的今天，人們進行信息的交流以及傳播時逐漸對通訊技術提出了更高的要求，更加強烈地去追求那些具有更高效率、更高品質的通訊方法，這就成為了現代通訊技術水平提高和通訊系統更迭的一個巨大助力。而之前3G移動通信技術的出現給人們帶來了意想不到的體驗，但是由于其自身存在的一些技術缺陷并不能確保信息的快速交流和傳播，因此在此基礎上我們進行了4G移動通信系統的研究和開發，以期可以更好地彌補3G技術存在的不足，盡可能地滿足人們越來越多的通信需求。

1 4G移動通信系統具有的主要特點

4G移動通信系統主要是將3G技術和WLAN結合起來，能夠快速傳輸具有高質量的視頻和圖像的技術，而且其視頻圖像的質量并不亞于高清晰度電視，同時可以為人們提供更多更加便捷的業務，能夠真正地實現無線網絡、局域網、電視衛星以及廣電通訊等的無縫銜接，確保這些技術能夠相互兼容。另外4G移動通信網絡充分體現出了移動和無線接入網以及IP網絡之間的不斷融合進步的現狀，由此我們可以認為4G移動通信系統就是一個全IP網絡。過去2G、3G移動通信讓人們直接感受到了現代社會信息化發展的氛圍，而未來的4G移動通信技術將會在真正意義上實現人們之間的溝通自由，并且必然會為現階段的社會形態帶來巨大的變革。它的特點主要包括下述六點：（1）具有更加快捷的通信速度。4G系統的下載速度能夠達到100Mbps，相當于現階段使用的ADSL的200倍、3G通信系統的50倍，而且能夠以20Mbps的速度上傳；（2）具有更寬的網絡頻譜，每個4G信道所占有的頻譜大約達到了100MHz，是現在W-CDMA3G網絡的大約20倍；（3）具有更加靈活的通信方式。由于4G移動電話具有的功能不僅僅是語音數據的傳輸，相比于過去的手機更像是一臺小型的掌上電腦，因此擁有4G移動通信功能的手機再也不是單純意義上的電話機了；（4）具有更為良好的技術基礎。4G移動通信的基礎性技術都得到了巨大的突破，例如無線接入技術、智能天線技術、OFDM技術以及軟件無線電等，這對于提高系統頻率的使用效率有著重大的意義；（5）4G移動通信費用的降低必然會受到人們的廣泛歡迎。通信運營商們都考慮要在3G通信技術的基礎上直接進行引入，這就大幅度降低了通信公司的運營成本；（6）解決了與不同系統之間的兼容性問題。4G通信系統的功能更加豐富，可以從3G直接平穩的過渡，具有全球漫游、終端多樣化以及接口開放等眾多特點。用戶能夠在高速移動的過程中根據實際需要接入系統，并且傳送數據的速度更加快捷。

2 現階段4G移動通信系統發展中面臨的主要問題

目前通信領域中普遍承認了4G移動通信系統在未來的巨大發展潛力。不過4G移動通信系統仍然存在許多問題，主要表現在下述三個方面：（1）世界通信制式還未統一成為4G通信技術面臨的重要問題之一。雖然4G通信系統具有的兼容性要遠優于3G通信系統，但是在目前全世界通信制式并沒有統一標準的情況下，對4G移動通信系統的發展提出了一個巨大的考驗。而這一問題只有依靠世界各地各大通信廠商之間的良好溝通和協調才能夠得以解決。（2）4G移動通信系統的容量還需要進一步擴大。4G通信系統最為顯著的特點就是具有超高的傳輸速度，不過由于通信系統容量過小，其高速傳輸在現階段也只是理想狀態下能夠實現。而在未來的發展中只有不斷地增加通信系統具有的容量，才能夠真正地實現4G移動通信系統的高速傳輸。（3）網絡基礎設施的更新速度無法得到切實保證。到目前為止，全球范圍內都已經面向3G移動通信系統建立了無線基礎設施，雖然4G通信系統和3G通信之間的兼容問題已經得到了初步解決，但是仍然會受到現有網絡設施更新速度慢的限制。因此只有切實保證網絡設施的更新速度，才能夠實現4G移動通信系統的全面應用。

3 4G 移動通信系統中采用的關鍵技術

3.1 MIMO+OFDM技術

雖然早在20世紀初就提出了MIMO技術，但是直到20世紀90年代才真正意義上地推動了無線移動通信系統MIMO技術的發展與應用。MIMO系統通過在發射端和接收端采用多天線以及多通道的方式，能夠讓信號在經過多重切割以后，最終實現信號的同步傳送。接收端可以在多重天線的基礎上同時接收各種信號，并且采用DSP重新計算的方法，按照測得的時間差，重新把各個相互分開的信號進行組合，及時準確地將信號進行了還原。而OFDM技術則是一種多載波傳輸技術，其中多載波之間能夠互相實現正交，充分利用的頻率資源，把總帶寬有效地分隔成多個窄帶子載波，進一步提高了頻率選擇性衰減的抵抗力度。而在此基礎上通過結合MIMO技術，可以同時利用空間、時間以及頻率等三種分集技術以及相應的空間資源，不僅提高了通信系統的傳輸效率，同時還能提高頻譜的利用率，確保系統運行的可靠性，而且對于增加對噪聲、干擾等的容限也有一定的作用，目前已經成為了4G移動通信系統發展過程中的一個重要解決方案。

3.2 軟件無線電技術

從根本上來看，軟件無線電技術（Software Radio Technology）就是一種無線電廣播通信技術，通過利用軟件架構起來的一種通信協議。在該技術中主要將硬件功能替換掉，采用軟件編程的方式建立起一個無線電通信平臺，而且在這一平臺上可以同時運用多個軟件系統，更好地實現了通信協議的功能，只需要在不斷應用并更新軟件的基礎上就能夠實現多種終端通信的無線通信技術。軟件無線電技術不僅能夠解決4G移動通信系統中存在的用戶終端復雜化的問題，還可以確保不同的用戶終端都能夠在同一個平臺中進行無阻礙的信息交流，進一步解決了兼容性的問題，為多種通信方式的兼容和傳輸的實現奠定了良好的

基礎。

3.3 智能天線

基于軟件無線電技術，人們進一步提出了智能天線的設計理念，該技術主要是通過采用天線陣以及無線收發機等在無線基站端完成射頻信號的接收以及發射工作，同時結合基帶數字信號處理技術以及相關的計算方法，將接收到的所有信號合并起來，最終形成波束賦形，把軟件無線電技術和數字多波束形成技術巧妙地結合起來。通過形成智能天線波束可以避免其在空間域中出現相互干擾的現象，有效增強了有用信號強度，不僅能夠改善信號的質量，還可以增加系統傳輸的信息容量。另外在智能天線設計概念中主要采用了空分多址技術，由于信號在傳輸方向上存在一定的差別，所以可以有效地把同頻率、同碼道或者同時隙的信號區分開來，確保主波束能夠對準用戶所在方向，自動完成對用戶的跟蹤工作以及環境的監測工作等，最終有效地抑制干擾，增加有效信號提取的準確率。由此我們可以看出，在一些電波傳播較為復雜的環境當中，智能天線技術能夠發揮出巨大的作用。

4 結語

隨著3G移動通信系統的競爭勢頭逐漸減緩，4G移動通信技術也憑借其強大的競爭力逐漸滲入到通信市場中。可以看出，4G移動通信將會作為下一代先進的通信技術，為現階段人們的生活甚至社會形態帶來一次深刻的變革，讓人們能夠更加體會到舒適便捷的信息交流，促進全球信息化進程的快速發展。

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作者簡介：洪泳河（1966—），男，廣東佛山人，廣東省電信工程有限公司二分公司市場部經理，工程師。