4G移動通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)探討

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摘要：4G技術(shù)指的是用更穩(wěn)定的傳輸效率、更高的傳輸速度、更強(qiáng)的靈活性以及更人性化的智能結(jié)構(gòu)來對移動通信的互聯(lián)與互通進(jìn)行實現(xiàn)，是3G技術(shù)的升級。目前來說，在通信行業(yè)內(nèi)，對于4G移動通信的科學(xué)定義沒有統(tǒng)一，人們對用戶體驗要求逐步的提高，4G移動通信系統(tǒng)與其技術(shù)儼然成為移動通信領(lǐng)域熱點研究。

關(guān)鍵詞：4G 移動通訊；通信系統(tǒng)；移動網(wǎng)絡(luò)

移動通信技術(shù)帶給世界的變化是十分巨大的，我們可以說這項技術(shù)給人們帶來一場革命性的變化。如今，社會經(jīng)濟(jì)水平在不斷的提高，人們進(jìn)行信息的交流和傳播的過程中，對于那些有更高品質(zhì)、更高效率的通訊的方法追求更加強(qiáng)烈。之前的3G移動通信技術(shù)帶給人們不一樣的新鮮體驗，但其自身存在一些技術(shù)缺陷使信息的快速交流和傳播得不到保證，所以在此基礎(chǔ)上我們對4G移動通信系統(tǒng)進(jìn)行研究與開發(fā)，能夠更好地彌補(bǔ)3G技術(shù)存在的不足之處，對人們越來越多的通信需求盡可能的去滿足。

一、4G移動通信系統(tǒng)技術(shù)目標(biāo)與特點

1、更高的傳輸速度

4G移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)頻寬對比3G會有20倍的增加，網(wǎng)絡(luò)頻寬會達(dá)到2～8GHvz，4G移動通信系統(tǒng)中，其上傳速度的上限會有20Mb/s，現(xiàn)在的3G移通通信系統(tǒng)上傳上限僅僅是4G系統(tǒng)的5%，今后對于用戶體驗的提高顯而易見，4G移動通信技術(shù)的信息傳輸在級數(shù)上，要比3G移動通信技術(shù)的信息傳輸級數(shù)高一個等級，對此，有人說：“如果說3G移動通信成就高速傳輸無線移動通信，那么4G移動通信就會成為另外的超高速傳輸?shù)臒o線移動通信”。

2、良好的兼容性

4G移動通信技術(shù)正在快速發(fā)展，接口開放技術(shù)、全球各區(qū)域覆蓋會加大，4G通信系統(tǒng)能夠和無線、3G以及固網(wǎng)無縫的進(jìn)行連接，使所有的移動通信運營商使用用戶能夠享受共同的4G服務(wù)，不僅對3G現(xiàn)有用戶的升級有幫助，4G通信技術(shù)普及的可能性會更大的促進(jìn)，在實現(xiàn)全球漫游的通信目標(biāo)的道路上添磚加瓦。4G通信在不斷高速發(fā)展，會給通信行業(yè)帶來革命性的變化。

3、更高的智能化程度

高速發(fā)展的4G移動通信，會給電子移動終端設(shè)備的服務(wù)產(chǎn)生革命性變革。4G移動通信系統(tǒng)可以稱為分布網(wǎng)絡(luò)和廣域接入，有非對稱不同速率間自動切換的能力，運用智能技術(shù)能夠使它可以自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配，根據(jù)不同業(yè)務(wù)對資源的要求合理的進(jìn)行配置，任何移動辦公都將會在4G技術(shù)的支持之下輕松的完成，今后的4G手機(jī)除了能提供傳統(tǒng)的語言數(shù)據(jù)傳輸之外，多媒體計算機(jī)的所有功能也會具備。另外，4G終端設(shè)備除了4G手機(jī)以外，其他終端的功能也會便得更加智能化。

二、比較4G與3G的主技術(shù)參數(shù)

3G移動通信系統(tǒng)的升級就是4G移動通信系統(tǒng)，其中有許多關(guān)鍵技術(shù)都沿用了3G中的關(guān)鍵技術(shù)，但4G也采用了許多新的技術(shù)，4G系統(tǒng)與3G系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)比較，見表1，對比了兩系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)特性。

三、4G移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1、多址方案與無線接入方式

以O(shè)FDM（正交頻分復(fù)用）作為核心技術(shù)的通信技術(shù)是4G移動通信系統(tǒng)，在無線環(huán)境下的高速傳輸?shù)囊环N技術(shù)，其主要的技術(shù)作用是：把某一個頻分信道分成若干個正交子信道，高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行的低速數(shù)據(jù)流，并將低速數(shù)據(jù)流調(diào)制到每一個子信道上進(jìn)行傳輸，按照接收端使用的相關(guān)技術(shù)能夠技術(shù)分離正交信號，每一個子信道間干擾會減少，每個子信道的信號帶寬不大于劃分時相關(guān)帶寬，帶寬被切分為許多小部分，最大限度對系統(tǒng)性能進(jìn)行提高，以適應(yīng)不同設(shè)計需求，功率與數(shù)據(jù)容量靈活分配，便于提供更高速、靈活和變速綜合的數(shù)據(jù)傳輸。能夠提供比較大的系統(tǒng)容量，有抗頻率選擇性的衰落、頻率擴(kuò)散能力與比較強(qiáng)的抗多徑干擾，適應(yīng)多徑與移動信道的傳播條件，但缺點是其功率和效率不高。

2、調(diào)制與編碼

4G移動通信系統(tǒng)，使用多載波調(diào)制（MCM）技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中速率不太高、多徑干擾沒有非常嚴(yán)重時，根據(jù)合適均衡算法的使用能夠使系統(tǒng)正常工作。但對于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說，數(shù)據(jù)傳輸由于速率比較高，時延擴(kuò)展導(dǎo)致數(shù)據(jù)符號之間的相互重疊，而產(chǎn)生符號之間的干擾（ISI，Inter-Symbol

Interference），對均衡來說有著更高的要求，需要引入十分復(fù)雜的均衡算法，實現(xiàn)其來相對比較困難。當(dāng)信號的帶寬超過與接近信道的相關(guān)帶寬時，對信道來說，依然會導(dǎo)致頻率選擇性的衰落。

3、基于IP的核心網(wǎng)

基于IP的核心網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Σ煌W(wǎng)絡(luò)間的無縫連接進(jìn)行實現(xiàn)，然而這項技術(shù)在3G移動通信系統(tǒng)中是沒有被使用到的，3G所用的CDMA2000是基于ANSI-41，采用這一技術(shù)在4G移動通信系統(tǒng)中，是一種低成本的集成在目前網(wǎng)絡(luò)中是最有

效的方法之一。另外，基于全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，能夠獨立于種種具體的無線接入方案，可以實現(xiàn)端到端的IP業(yè)務(wù)提供。要對全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，還有很多的問題需要解決與改進(jìn)，4G技術(shù)作為一種開放的結(jié)構(gòu)，各種空中接口接入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)要允許，所以說，在設(shè)計IP的核心網(wǎng)時要求有非常大的靈活性，不用考慮無線接入到底采用什么協(xié)議和方式，在4G移動通信系統(tǒng)當(dāng)中，會用IPv6取代IPv4，這就使IP地址的長度變?yōu)?28bit，增大地址空間，提高安全性能，在IPv6網(wǎng)絡(luò)使用中，用戶能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)加密并且校驗IP報文，鑒別與加密選項提供了分組的保密性與完整性，很大程度的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

4、多用戶的檢測技術(shù)

多用戶檢測技術(shù)是寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)，其基站與終端會使用到用戶檢測技術(shù)以對系統(tǒng)容量進(jìn)行提高，在實際的通信系統(tǒng)架構(gòu)之中，各個用戶信號在傳輸過程中難免存在必然的相關(guān)性要進(jìn)行考慮，這也是多用戶檢測技術(shù)存在的根源。假如只有個別客戶用數(shù)據(jù)傳輸，多址的干擾可能性是非常小的，但是根據(jù)全球覆蓋率的影響，用戶數(shù)量不斷的增加或者是信號功率不斷的增大，多址干擾就變成CDMA通信系統(tǒng)中的一個主要干擾。目前來說，3G網(wǎng)絡(luò)所用的檢測是根據(jù)經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，根據(jù)每個用戶的接收信號對擴(kuò)頻碼匹配進(jìn)行處理，所以，抗干擾能力比較差；充分利用多用戶檢測技術(shù)導(dǎo)致多址干擾的所有用戶信號信息對于單個信號檢測，在檢測抗干擾性上更加優(yōu)良，系統(tǒng)對于功率精度控制要求降低。

5、智能的天線技術(shù)

智能天線是能夠?qū)Φ竭_(dá)無線陣列信號進(jìn)行分析的一項技術(shù)，用自適應(yīng)的算法，所發(fā)射的波束靈活的使用，自動跟蹤和數(shù)字波束智能調(diào)節(jié)等一系列功能，根據(jù)現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)、陣列天線技術(shù)，減少干擾與被干擾目的，使得同一信道上發(fā)射與接收的多個不同的用戶之間的信號互不被干擾，頻率利用率的提高，改善系統(tǒng)性能的同時又能增加傳輸容量。由于智能天線具有定向波束功能，信號能夠傳遞的距離更遠(yuǎn)，在質(zhì)量得到保證的同時又能擴(kuò)大覆蓋區(qū)域，直接的使系統(tǒng)成本降低。

結(jié)語：

3G移動通信系統(tǒng)在競爭過程中剛剛趨于平穩(wěn)階段時，4G技術(shù)已經(jīng)伴隨著其自身強(qiáng)大的通信競爭力強(qiáng)勢來臨。4G比較3G而言，至少在以下的幾個方面占據(jù)相當(dāng)大的優(yōu)勢：遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于3G的數(shù)據(jù)傳輸速率與頻譜的帶寬，能夠在很大程度上滿足用戶對于通信的有效性的要求；有良好的兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)任意終端或是任意網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)與互通；其靈活性非常強(qiáng)，在任何環(huán)境中能夠隨時隨地的提供給用戶所需要的各種數(shù)據(jù)甚至是多媒體業(yè)務(wù)；在智能程度上更進(jìn)一層，真正意義上可以達(dá)到智能機(jī)的要求。

總的來說，作為下一代移動通信技術(shù)的4G通信，將會是通信行業(yè)的又

一次重大的革命，能夠從更深層次地帶給人們更加方便與舒適的通信體驗，也將使信息全球化更上一層臺階。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎建波.下一代無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究[J].長沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，（3）.

[2] 李小文，李貴勇，陳賢亮，彭大芹，段紅光，黃俊偉.第三代移動通信系統(tǒng)、信令及實現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[3] 張明，張平，張建華.4G無線通信系統(tǒng)的信道特性[J].移動通信，2004，（10）.