4G移動通信關鍵技術及其展望研究

高兵　　遲美德

摘 要：隨著社會經濟的發展，科技的不斷進步，移動互聯網技術越來越成熟，也越來越受到人們的關注。在新興通信技術的不斷改進推動下，3G通信技術已近成為社會的主流通信技術，但是隨著移動數據使用用戶的不斷增加，人們對于移動通信技術的要求越來越高，由此產生了4G移動通信技術，它要比3G移動通信的傳輸速率更快也更高。因此，本文將主要介紹4G移通信技術的特點以及當前存在的問題。

關鍵詞：4G移動通信；4G技術；網絡協議

1 引言

當前3G移動通信技術的格局已經基本形成，人們也普遍在使用3G移動通信技術。由于使用移動互聯網技術的人越來越多，社會節奏的不斷加快，移動通信技術在人們的日常生活中以及工作中的作用越來越大，3G 移動通信技術已經不能滿足于人們的日常使用和工作需求，人們對于移動通信技術提出了新的挑戰。從上世紀 80 年代第一代移動通信技術誕生至今，經歷三次重大科技改革以后，3G 移動通信技術成為人們主要使用的通信技術。當前第四代移動與通信技術的技術征集已經基本形成，也已經開始了推廣使用。如何提高 4G移動通信技術的發展，提高普及使用率是當前 4G 移動通信技術面臨的一項問題，但不得不承認的是 4G 終將取代3G移動通信技術，成為社會主流。

2 4G移動通信技術的概念

目前，在通信行業內對4G移動通信技術沒有統一的科學定義，一般依靠功能性描述作為4G移動通信技術的界定。4G移動通信技術首先具有在任何地點和時間以可能的方式無障礙地接入通信網絡。其次，4G移動通信用戶具有選擇業務、應用和網絡的自由。第三，4G移動通信技術可以實現移動電子商務的綜合性業務。最后，4G移動通信技術可以適應其它網絡、體系和系統，開展物聯網的業務。4G 無線的使用費用要低于 3G 無線通信費用，其次換可以即成為無線局域網盒蜂窩信號，可以實現廣播電視的播放和衛星實時定位功能。4G 通信技術整合了各種不同通信技術，可以利用不同無線技術進行數據傳輸，與傳統的移動通信技術相比 4G 最大的優勢在于他的傳輸速率和通話質量。

3 4G移動通信技術的關鍵技術

3.1正交頻分復用（OFDM）技術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。

3.2智能天線技術（SA）SA技術為波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束調節等功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。SA技術成形波束可在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內要的信號，既能改善信號質量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發信機來實現射頻信號的收發，同時，通過基帶數字信號處理器，對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現上行波束賦形。

3.3軟件無線電技術（SDR）軟件無線電是 4G移動通信技術的微電子技術基礎，以開放性的平臺，方便的升級和重配置構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，允許多方運營的介入。

3.4IPv6 技術IPv6 具有巨大的網絡地址的空間方便為通信網絡的所有設備提供一個全球惟一的地址；IPv6 方便實現自動配置，獲得一個全球惟一的路由地址；IPv6 服務質量高于傳統的 IPv4，便于形成基于服務級別的系統；IPv6 具有移動性，移動通信設備應用 IPv6 技術可以實現位置變化時通信質量不變。

3.5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

4 4G移動通信技術的特點

目前，4G通信會使我們可以更加自由自在的溝通信息，改變我們現在的生活方式和工作方式。4G通信將具有下面的特征。

4.1通信速度較快。4G通信給人印象最深刻的特征應該是它具有比 3G快得多的無線通信速度。3G數據傳輸速率可達到2Mbps，而 4G數據傳輸速率可以達到 10Mbps 至 20Mbps，甚至最高可以達到每秒高達 100Mbps 速度傳輸無線信息。在需要傳送海量數據時，4G通信可以迅速完成，不需要用戶長時間等待。

4.2更寬的網絡頻譜。為了取得更快的數據傳輸速度，通信營運商必須在3G通信網絡的基礎上，進行大幅度的改進通信網絡的帶寬。未來的每個4G信道將占有 100MHz的頻譜，比 3G的帶寬增加20倍。

4.3具有靈活的通信方式及兼容性。目前，4G通信將使我們不僅可以隨時隨地通信，雙向下載傳遞資料、圖畫、影像，還可以像信用卡一樣用于購物和提取現金。另外，4G移動通信技術的兼容性更好，不但具備全球漫游、接口開放的功能，還具有向下兼容各網絡實現互聯的特點。

4.4提供各種增值服務。3G 移動通信系統主要是以 CDMA 為核心技術，而4G移動通信系統技術則以 OFDM技術為基礎和核心，利用 OFDM人們可以實現例如無線區域環路（WLL）、數字音訊廣播（DAB）等方面的無線通信增值服務。

4.5實現高質量的多媒體通信。4G通信能滿足高速數據和高分辨率多媒體服務的需要，它包括語音、數據、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，是一種真正意義上的“多媒體移動通信”。3D視頻技術也將會應用到 4G通信上，可以在 4G手機上看立體的視頻。

5 4G移動通信技術研究展望

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。