4G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展戰(zhàn)略探討

摘 要：本文對(duì)4G通信技術(shù)的定義、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行論述，對(duì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析，最后對(duì)在我國(guó)如何發(fā)展4G移動(dòng)通信進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：4G移動(dòng)通信；LTE；TDD；FDD

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 18-0000-01

一、4G通信概述

（一）4G的定義。4G指的是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，英文全稱為fourth generation of mobile phone mobile communications standards，也是3G之后的延伸。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的角度看，按照ITU（International Telecommunication Union，國(guó)際電信聯(lián)盟）的定義，靜態(tài)傳輸速率達(dá)到1Gbps，用戶在高速移動(dòng)狀態(tài)下可以達(dá)到100Mbps，就可以作為4G的技術(shù)之一。

（二）4G通信的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。未來(lái)的4G通信提供給人們真正的溝通自由，甚至將改變?nèi)藗兊纳罘绞健?G通信具有下面的特征有：（1）通信速度快。無(wú)線蜂窩制式2G標(biāo)準(zhǔn)下的GSM、3G標(biāo)準(zhǔn)下的CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA下行速率分別為384Kbps、3.1Mbps、2.8Mbps和14.4Mbps，上行速率分別為118Kbps、1.8Mbps、2.2Mbps和5.76Mbps，而4G通信的TD-LTE和FDD-LTE的下行速率分別為100Mbps和150Mbps；上行速率分別為50Mbps和40Mbsp。與2G、3G相比，相差懸殊，顯而易見。（2）網(wǎng)絡(luò)頻譜寬。估計(jì)每個(gè)4G信道會(huì)占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。（3）通信靈活。高速傳輸多媒體數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)融合。（4）智能性能高。（5）兼容性好。應(yīng)該考慮到現(xiàn)有通信的基礎(chǔ)，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能很輕易地過(guò)渡到4G通信。（6）高質(zhì)量通信。（7）頻率效率高。主要是運(yùn)用路由技術(shù)（Routing）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

二、4G通信的關(guān)鍵技術(shù)研究

（一）物理層多址方式。LTE的下行采用OFDM技術(shù)提供增強(qiáng)的頻譜效率和能力。OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以消除或減小信號(hào)波形間的干擾，對(duì)多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實(shí)現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。它的應(yīng)用已有近40年的歷史，主要用于軍用的無(wú)線高頻通信系統(tǒng)。LTE上行基于SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，單載波頻分多址接入）技術(shù)。具體采用DFT-S-OFDM（Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，是基于OFDM的一種改進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)是在OFDM的IFFT調(diào)制之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT擴(kuò)展，這樣系統(tǒng)發(fā)射的是時(shí)域信號(hào)，從而可以避免OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻域信號(hào)帶來(lái)的PAPR（Peak-to-Average Power Ratio，峰值/平均功率比）問(wèn)題。

（二）調(diào)制與編碼技術(shù)。調(diào)制：上行鏈路與下行鏈路都支持QPSK（Quadrature Phase Shift Keying， 正交相移鍵控）、16QAM（16 Quadrature Amplitude Modulation，16種符號(hào)的正交幅度調(diào)制）和64 QAM （Quadrature Amplitude Modulation， 相正交振幅調(diào)制）三種調(diào)制技術(shù)。編碼：4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用更高級(jí)的信道編碼方案，如：Turbo碼、級(jí)連碼和LDPC等、自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ）技術(shù)和分集接收技術(shù)等。

（三）高性能接收機(jī)。Shannon（香農(nóng)）定理給出了在帶寬為BW的信道中實(shí)現(xiàn)容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。可以計(jì)算出，對(duì)于3G系統(tǒng)如果信道帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s，所需的SNR為l.2dB；對(duì)于4G系統(tǒng)，要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數(shù)據(jù)，則所需要的SNR為12dB。可見對(duì)于4G系統(tǒng)，由于速率很高，對(duì)接收機(jī)的性能要求也要高得多。

（四）多天線技術(shù)。多天線技術(shù)是指采用下行MIMO和發(fā)射分集的技術(shù)。LTE最基本的多天線技術(shù)配置是下行采用雙發(fā)雙收的2*2天線配置，上行采用單發(fā)雙收的1*2天線配置，現(xiàn)階段考慮的最高要求是下行鏈路MIMO和天線分集支持四發(fā)四收的4*4的天線配置或者四發(fā)雙收的4*2天線配置。MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put，多輸入多輸出）系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。另外，還應(yīng)用了智能天線技術(shù)，具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，既改善了信號(hào)質(zhì)量又能增加了傳輸容量。

（五）軟件無(wú)線電技術(shù)。軟件無(wú)線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D（Analog / Digital， 模擬/數(shù)字）和D/A（Digital /Analog， 數(shù)字/模擬）變換器，并盡可能多地用軟件來(lái)定義無(wú)線功能，各種功能和信號(hào)處理都盡可能用軟件實(shí)現(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類無(wú)線信令規(guī)則與處理軟件、信號(hào)流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無(wú)線電能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口，使得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性。支持采用不同空中接口的多模式手機(jī)和基站，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的可變QoS（Quality of Service， 服務(wù)質(zhì)量）。

（六）基于IP的核心網(wǎng)。移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN（Public Switch Telephone Network，公用電話交換網(wǎng)），兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；同時(shí)核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無(wú)線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)（CN）協(xié)議、鏈路層是分離獨(dú)立的。IP與多種無(wú)線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有很大的靈活性，不需要考慮無(wú)線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。另外，還利用多用戶檢測(cè)技術(shù)增強(qiáng)抗干擾性能。

三、發(fā)展戰(zhàn)略討論

作為4G通信標(biāo)準(zhǔn)的FDD-LTE和TD-LTE，兩者都是LTE的TDD模式。按照雙工方式，F(xiàn)DD-LTE是WCDMA（寬帶碼分多址）的演進(jìn)和發(fā)展；TD-LTE是TD-SCDMA （時(shí)分同步碼分多址）系統(tǒng)的演進(jìn)和發(fā)展。兩者各有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于我國(guó)采用什么標(biāo)準(zhǔn)，引起了各方從不同的角度進(jìn)行了的討論。既要讓我國(guó)主導(dǎo)的TD-LTE價(jià)值得到充分利用，又要兼顧已有資源不浪費(fèi)，且有利于技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和通信科技進(jìn)步。可以說(shuō)，采取單一TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)和FDD-LTE、TD-LTE并存都各有利弊。

4G移動(dòng)通信成為大勢(shì)所趨，目前來(lái)看我國(guó)4G通信發(fā)展速度很快但也存在一些隱憂。對(duì)于4G領(lǐng)跑者中國(guó)移動(dòng)來(lái)說(shuō)，即便牌照2013年內(nèi)發(fā)放，參照3G的發(fā)展速度，全面商業(yè)化TD-LTE的時(shí)間也要1年多，期間及以后投入的增加將影響其近幾年凈利潤(rùn)的增長(zhǎng)。對(duì)于中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通來(lái)說(shuō)，更愿意繼續(xù)完善現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)，自然演進(jìn)到FDD-LTE，若采用TD - LTE標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)增加很多投入，是否仍會(huì)有3G時(shí)代的競(jìng)爭(zhēng)力？如何做好流量經(jīng)營(yíng)，如何更好的化解OTT （Over The Top）在4G時(shí)代給電信運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)的更大的沖擊。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹小龍.淺析4G概念移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2012.