關于4G移動通信的核心技術探究

黃榮　王坦

【摘要】 文章結合筆者的工作總結，主要闡述了4G 移動通信技術的特點，從中針對4G移動通信的核心技術進行了探討與研究，并提出了4G 移動通信的發展趨勢，以供大家參考與借鑒。

【關鍵詞】 4G移動通信 特點 核心技術 發展趨勢

近年來，隨著我國通信行業的迅速發展，3G通信技術的發展給用戶帶來了前所未有的體驗，也給用戶帶來了豐富的應用。4G技術是對當前3G技術的一次全新的革新和發展，它融合了3G通信技術的諸多優點，同時提供了更為高速的信息傳輸速度，為用戶的多媒體業務提供了工作平臺，同時具有更好的安全性和保密性，因此，在通信業得到廣泛的應用。本文主要結合筆者的工作實踐，主要論述了4G移動通信的核心技術及發展趨勢。

一、4G 移動通信技術的特點

和3G相比較，4G移動通信技術具有明顯的優勢。總體來說，4G具有以下幾個方面的特點：（1）高速率和數字寬帶技術。對于大范圍高速移動用戶（250km/h），數據速率為 2 Mbit/s；對于中速移動用戶（60km/h），數據速率為20Mbit/s；對于低速移動用戶（室內或步行者），數據速率為100Mbit/s。在4G移動通信系統中，信號以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區也會相應小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時也會引起一系列技術上的難題。（2）良好的兼容性和較強的靈活性。4G 移動通信系統實現全球統一的標準，所有移動通信運營 商的用戶都享受共同的4G服務，從而實現一部手機在全球的任何地點都能進行通信。通過采用智能技術使系統能自適應地進行資源分配，能對通信過程中不斷變化的業務流大小進行相應處理而滿足通信要求，對各種復雜環境下的不同信道進行信號的正常發送與接收，有很強的智能性、適應性和靈活性。（3）多類型用戶共存和多種業務融合。4G移動通信系統能根據動態的網絡和變化的信道條件進行自適應處理，使低速與高速的用戶以及各種各樣的用戶設備能夠互聯互通，從而滿足系統多類型用戶的需求。同時支持更豐富的移動業務，使用戶隨時隨地獲得所需的信息服務。將個人通信、信息系統、廣播和娛樂等功能結合成一個整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務與應用。（4）先進的技術應用。4G移動通信系統具有突破性的技術，如：正交頻分復用、多輸入多輸出系統、多址接入方式、智能天線和空時編碼技術、無線鏈路增強技術、軟件無線電技術、高效的調制解調技術、高性能的收發信機和多用戶檢測技術等。

二、4G 移動通信的核心技術

2.1 正交頻分復用技術（OFDM）

OFDM 技術是將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制在每個子信道上進行傳輸。OFDM 技術具有頻譜利用率高的優點，其頻譜效率比串行系統高近一倍；OFDM技術抗衰落能力強，OFDM通過多子載波傳輸提高了對脈沖噪聲的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技術適合高速數據傳輸，采用自適應調制機制使變化調制方式、信道和加載算法，提高信息傳送的速率；OFDM 技術抗碼間干擾能力強，用循環前綴的方式對抗碼間的干擾。

OFDM是4G關鍵的技術之一，可以結合分集，時空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術，最大限度地提高了系統性能。包 括以下類型：V-OFDM、W-OFDM、F-OFDM、MIMO-OFDM、多帶-OFDM。OFDM中的各個載波是相互正交的，每個載波在一個符號時間內有整數個載波周期，每個載波的頻譜零點和相鄰載波的零點重疊，這樣便減小了載波間的干擾。 由于載波間有部分重疊，所以它比傳統的 FDMA提高了頻帶利用率。

2.2 多輸入多輸出技術（MIMO）

MIMO技術是指在基站和移動終端都有多個天線。MIMO技術為系統提供空間復用增益和空間分集增益。空間復用是在接收端和發射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個子信道發射信號，使容量隨天線數量的增加而線性增加。空間分集有發射分集和接收分集兩類。基于分集技術與信道編碼技術的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領域的研究熱點。MIMO技術可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統的容量及覆蓋范圍。

2.3 軟件無線電技術

軟件無線電技術，就是用現代化軟件來控制傳統的“純硬件電路”的無線通信。軟件無線電技術將硬件、軟件、無線技術有機地結合在一起，組成靈活多樣的多功能系統。它以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設計方法中解放出來。功能的軟件化實現勢必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環節，把數字化處理盡量靠近天線。軟件無線電強調體系 結構的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結構，實現新的功能。軟件無線電采用標準的、高性能的開放式總線結構，以利于硬件模塊的不斷升級和擴展。在設計和應用中，軟件無線電技術有下列優點。（1）靈活性。可任意改變調制方式或更換信道接入方式；可通過軟件升級或使用工具來擴展業務、定義所需增強的業務以及分析無線通信環境、實時環境測試等。（2）集中性。多個信道享有共同的射頻前端與寬帶A/D變換器以獲取每一信道的相對廉價的信號處理性能。（3）模塊化。模塊化的設計，符合開放標準，使得系統便于維修、升級和改造。

2.4 切換技術

切換技術指的是移動終端從一個通信覆蓋區移動到另一個通信覆蓋區，為保持通信業務連續性而改變信道所進行的鏈路偵測、仲裁和建立、斷開等操作的綜合技術。切換是蜂窩移動通信系統中保持用戶移動性的基本技術，是4G實現無縫、可靠漫游的基礎。切換的實現在方式上可分為硬切換、接力切換、軟切換和更軟切換等多種方式。切換的發生時機不僅包括移動終端在不同網絡之間的接入和在不同基站之間的移動，還包括在同一基站的不同扇區或者不同頻率之間的遷移，以及隨著信道變化進行鏈路的更新等情況。

現有的切換控制機制主要有兩種，一種是由智能化移動終端進行端口信號的強度和質量的檢測，由終端的軟件系統進行判決，主動發起和完成切換操作，另一種是由移動用戶臨近的基站監測各通信鏈路的信號狀態，交換網中心根據監測數據完成切換。DSP 和軟件技術是 4G切換技術的關鍵組成，高效智能的切 換算法可以顯著提高系統的切換效率和質量。在4G 中綜合了兩種控制機制的優點，充分發揮終端智能軟件的優勢，實現以軟切換為主，輔助其他切換方式的綜合切換技術。

三、4G 移動通信技術的發展趨勢

據統計，全球的移動通信用戶終端數量高達45億，占地球上總人口的四分之三，移動通信技術實現了人與人的互聯，未來的4G 移動通信技術將實現人與互聯網移動通信與互聯網的互聯3G移動通信技術推動了智能手機和掌上電腦的發展，應用手機和PDA等終端設備上網已經成為用戶的基本需求，而未來的4G移動通信技術將改變現狀用計算機上網的習慣，基于4G網絡的高速數據傳輸效率，未來的移動通信中可視化多媒體化將成為趨勢，更豐富的4G移動通信應用將改變未來人與人、人與物、人與網絡之間的聯通關系，人類將真正進入無線互聯時代。

四、結語

綜上所述，4G移動通信技術作為不遠的未來移動通信的發展趨勢，必然成為影響人們生活的又一重大變革，將對社會發展產生重要影響。因此我們應當抓住機遇、迎接挑戰，爭取在4G移動通信領域掌握先機，專研和開發4G移動通信技術，為未來4G 移動通信的發展和推廣作出應有的貢獻。