4G移動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：4G移動通信技術(shù)能夠利用其穩(wěn)定的傳輸效率、快捷的傳播速度和人性化的智能結(jié)構(gòu)完成更多、更好地服務(wù)。隨著人們對技術(shù)更新和功能體驗(yàn)要求的提高，4G移動通信技術(shù)會越來越成為通信領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。本文先對3G和4G通信技術(shù)的參數(shù)進(jìn)行了比較，然后具體探討了4G移動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：4G移動通信系統(tǒng)；特點(diǎn)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，移動通信技術(shù)經(jīng)歷了從第一代移動通信系統(tǒng)（1G）到現(xiàn)在仍在使用的第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的高度邁進(jìn)。3G通信系統(tǒng)擁有很多高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，其通訊速度也達(dá)到了相當(dāng)?shù)母叨龋瑤Ыo了用戶更多的多元化體驗(yàn)。然而其視頻傳輸速度仍不能滿足現(xiàn)代通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅纱艘l(fā)了對4G移動通信技術(shù)的研究。

一、4G和3G的主要技術(shù)參數(shù)比較

目前公認(rèn)的第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)有CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA三種，其主要缺陷主要表現(xiàn)在三個方面：無法提供動態(tài)范圍內(nèi)的多種速率業(yè)務(wù)；無法完成多業(yè)務(wù)環(huán)境、多頻段的無縫漫游；傳輸速率仍然較低。4G移動通信技術(shù)雖是對3G技術(shù)系統(tǒng)的升級，其主要技術(shù)參數(shù)方面與3G系統(tǒng)技術(shù)相比較仍有很多不同。

二、4G移動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

4G通信技術(shù)所具有的特點(diǎn)和技術(shù)目標(biāo)主要有：更強(qiáng)的安全性、更快捷的傳輸速度、更穩(wěn)定的傳輸效率、更優(yōu)質(zhì)的智能服務(wù)、更優(yōu)良的業(yè)務(wù)質(zhì)量、更好的靈活性、高充分的頻譜利用率等，具體技術(shù)特點(diǎn)為：

（一）更好地靈活性。4G移動通信系統(tǒng)利用強(qiáng)大的智能技術(shù)可以自適應(yīng)完成信息資源的有效分配，能夠根據(jù)智能信號處理技術(shù)在不同信道條件下和各種復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行正常發(fā)送和接受信號，能夠處理通信過程中大小逐步變換的業(yè)務(wù)流以符合通信標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的適應(yīng)性、智能性和靈活性。

（二）數(shù)字寬帶技術(shù)。4G移動通信系統(tǒng)的傳輸信號多采用毫米波的傳輸波段，其產(chǎn)生的較小的蜂窩小區(qū)可以大幅度提升用戶容量，不過由此也會引發(fā)一連串技術(shù)難題。

（三）多業(yè)務(wù)融合。4G移動通信系統(tǒng)能夠支持會議電視、高清晰圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)等更為多樣的移動業(yè)務(wù)，可以保證用戶在任何位置都能享受高質(zhì)量的信息服務(wù)；同時其綜合廣播、信息系統(tǒng)、個人通信、娛樂等行業(yè)，可以更方便、安全的提供給用戶更為廣泛的應(yīng)用和服務(wù)。

三、4G移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù)

（一）以IP為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)。3G移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)不是IP，如WCDMA是以GSM-MAP為基礎(chǔ)；CDMA2000是以ANSI-41為基礎(chǔ)。而4G移動通信系統(tǒng)是一個全面以IP為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)絡(luò)，能夠完成端點(diǎn)之間的IP業(yè)務(wù)傳輸，能夠同已經(jīng)存在的PSTN和核心網(wǎng)共存，主要優(yōu)勢有：低成本的集成網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)；完成不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫連接。其主要解決的難點(diǎn)有：要建立擴(kuò)展性較高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以滿足多樣接口接入核心網(wǎng)的要求；合理的計費(fèi)和鑒權(quán)；及時把控制、業(yè)務(wù)和傳輸?shù)裙δ芊蛛x。

（二）編碼和調(diào)制。為了確保在較低Eb/N0狀態(tài)下繼續(xù)保持優(yōu)良的性能，4G移動通信系統(tǒng)一般采用級聯(lián)碼、Turbo碼和LDPC等較高級的信道編碼方案，NTT DoCoMo狀態(tài)下的4G實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通常會采用Turbo碼的信號編碼方式。[3]

（三）軟件無線電技術(shù)。軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的BS或移動終端會采用由ADC/DAC模塊、天線模塊、DSP模塊、LNA模塊、多媒體模塊和功率放大器模快等構(gòu)成的模塊化集成結(jié)構(gòu)，其基帶器件和RF都可以采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行編程。軟件無線電技術(shù)擁有更高的適應(yīng)性和靈活性，其能夠支持多種接口方式的基站和多模式手機(jī)的連接，能夠支持多種應(yīng)用的可變化QoS，并能夠順利融合多種系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)，其在4G移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍有：終端移動過程中的自動配置，如移動終端在移動到不同類型標(biāo)準(zhǔn)的移動系統(tǒng)中時終端可依照該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動配置以完成服務(wù)；以軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的基站可以實(shí)現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)間的同時服務(wù)。

（四）多址方案和無線接入方式。4G移動通信系統(tǒng)在CDMA、FDMA、OFDM、TDMA等多址方式中最有可能選擇OFDM的多址類型，其主要優(yōu)勢包括：相鄰小區(qū)和用戶間不會發(fā)生干擾；不同信號間無干擾；可以完成較低成本的單波段接收機(jī)；不受多普勒頻移和多徑衰落問題影響等。較低的功率效率是OFDM的主要缺陷。近年來日本首次采用了VSF-OFCDM的無線接入方式，其屬于多載波CDMA類型，具有對多徑干擾不敏感和高頻譜利用率等優(yōu)點(diǎn)。

（五）高性能接受機(jī)。4G移動通信系統(tǒng)對接受機(jī)的要求較高。Shannon定理為我們指出了在帶寬固定的信道中要完成容量為C的可靠性傳輸所需的最小的SNR數(shù)值，因此，在3G系統(tǒng)中如果帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)傳輸速度為2Mbps，那么所要求的SNR要達(dá)到1.2dB；而在4G移動通信系統(tǒng)中，要在同等帶寬上完成20Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度，則SNR值至少為12dB，由此可以看出，4G移動通信系統(tǒng)需要更高性能的接收機(jī)。[4]

（六）無線電增強(qiáng)技術(shù)。主要采用的能夠加強(qiáng)覆蓋和提高容量的無線電增強(qiáng)技術(shù)有：利用多天線技術(shù)，如可以采用多輸入多輸出技術(shù)完成接收和發(fā)射分集，或采用2或4天線完成發(fā)射分集等；利用頻率分集、極化分集、時間分集和空間分集等分集技術(shù)獲取較好的分級性能。

（七）MIMO和智能天線技術(shù)。4G移動通信系統(tǒng)利用MIMO和智能天線技術(shù)進(jìn)行空間分集，可以有效降低多址的干擾影響。MIMO天線系統(tǒng)同時采用4個天線來完成接收和發(fā)射分集，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。智能天線中的機(jī)站可以在不同用戶間構(gòu)成一個定向波束，這可以提有效減弱基站發(fā)射功率標(biāo)準(zhǔn)，同時還可以減少小區(qū)內(nèi)其他用戶的多址影響。

四、結(jié)束語

4G移動通信系統(tǒng)相比于3G系統(tǒng)具有更為顯著的優(yōu)勢，在現(xiàn)代移動通信中的應(yīng)用將會越來越廣泛。因此，移動通信技術(shù)開發(fā)和研究人員應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮4G移動通信技術(shù)的優(yōu)勢和特色，在系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)更高的突破，以滿足更高的用戶需求和體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝景賢.4G通信技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[J].信息通信，2012（35）：57-58.

[2]孫威.4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)淺析[J].科技致富向?qū)В?011（10）：61-62.

[3]郭鑫.第四代移動通信（4G）關(guān)鍵技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（14）：74-75.