摘 要： 隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)多媒體運(yùn)作需要的第四代移動(dòng)通信開始興起。本文簡單介紹了4G概念與4G的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)討論了4G對(duì)人們生活的影響。

關(guān)鍵詞： 4G 移動(dòng)通信 影響

時(shí)代在不斷發(fā)展，科技在不斷進(jìn)步，人類在科技的道路上探索并前進(jìn)著。僅僅從移動(dòng)通信軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)備更新?lián)Q代的速度上，我們就可以感覺到科技發(fā)展的速度如此之快?，F(xiàn)在“3G通信”幾乎成為人們的口頭禪，電視里不斷播放著3G的廣告，大街小巷里也貼滿了3G的宣傳畫，所謂的3G時(shí)代已經(jīng)到來。正當(dāng)人們還在著迷于3G移動(dòng)通信給生活帶來的便利之時(shí)，開發(fā)商們已經(jīng)開始了4G移動(dòng)通信的開發(fā)與研究。

1. 4G概念與特點(diǎn)

隨著用戶對(duì)帶寬的需求的增加，通信技術(shù)的發(fā)展一度出現(xiàn)2.5G和2.75G的中間過渡代。當(dāng)3G移動(dòng)業(yè)務(wù)剛剛邁出腳步，就出現(xiàn)了支持語音、數(shù)據(jù)和視頻三種格式的傳輸技術(shù)高速下行鏈路分組接入技術(shù)。與此同時(shí)，真正意義上的寬帶數(shù)據(jù)速率標(biāo)準(zhǔn)4G概念也開始出現(xiàn)，但目前對(duì)4G通信還沒有精確的定義。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)、互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星系統(tǒng)等，將是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100Mbit/s甚至更高，也是寬帶接入IP系統(tǒng)。簡單而言，4G是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級(jí)高速公路。這種新網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線形式實(shí)現(xiàn)全方位虛擬連接。4G最突出的特點(diǎn)之一，就是網(wǎng)路傳輸速率可以達(dá)到前所未有的100Mbit/s，完全能夠滿足用戶的上網(wǎng)需求。4G系統(tǒng)總的技術(shù)目標(biāo)和特點(diǎn)可以概括為：系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)率、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、更高的頻譜利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的傳輸質(zhì)量、更高的靈活性；支持非對(duì)稱性業(yè)務(wù)，并能支持多種業(yè)務(wù)；體現(xiàn)移動(dòng)與無線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢。

2. 4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

4G通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。4G的概念涵蓋了現(xiàn)有的3G、3G增強(qiáng)型技術(shù)，以及蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和無線接入/無線局域網(wǎng)(WLAN)。與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，4G通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢在于通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度。

2.1 MIMO技術(shù)

MIMO（Multiple-InputMultiple-Out-put），即多輸入多輸出系統(tǒng)。如圖1所示，該技術(shù)是利用多天線來抑制信道衰落。MIMO技術(shù)的空間復(fù)用就是在發(fā)射端與接受端使用多個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)通道發(fā)射信號(hào)，從而使信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增加。也就是說利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。利用MIMO技術(shù)可以提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用增益的算法主要有貝爾實(shí)驗(yàn)室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。目前MIMO技術(shù)領(lǐng)域另一個(gè)研究熱點(diǎn)就是空時(shí)編碼。常見的空時(shí)碼有空時(shí)塊碼、空時(shí)格碼。空時(shí)碼的主要思想是利用空間和時(shí)間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時(shí)間分集，從而降低信道誤碼率。

2.2 OFDM技術(shù)

OFDM（MCM Multi-CarrierModulation），即正交頻分復(fù)用技術(shù)，根據(jù)多徑信道在頻域中所表現(xiàn)出頻率選擇性衰落特性，提出正交頻分復(fù)用的調(diào)制技術(shù)。如圖2所示，正交頻分復(fù)用的基本原理是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸，在頻域內(nèi)將信道劃分為若干互相正交的子信道，每個(gè)子信道均擁有自己的載波分別進(jìn)行調(diào)制，信號(hào)通過各個(gè)子信道獨(dú)立傳輸。在OFDM系統(tǒng)中，在OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔來保證頻域子信道之間的正交性，消除OFDM符號(hào)之間的干擾。

需要注意的是在發(fā)送端實(shí)際發(fā)送1個(gè)OFDM時(shí)域序列的長度為Nd+Nc，Nd是一個(gè)OFDM符號(hào)能夠傳送的頻域符號(hào)數(shù)，加在前面長度為Nc的序列稱為循環(huán)前綴（CyclicPrefix）或防護(hù)間隔（GuardInterval），利用它使得前OFDM符號(hào)對(duì)當(dāng)前OFDM符號(hào)的干擾只影響到循環(huán)前綴部分，不會(huì)對(duì)當(dāng)前OFDM符號(hào)造成影響，這就有效地消除了OFDM符號(hào)之間的干擾（ISI）。引入循環(huán)前綴會(huì)使系統(tǒng)的傳輸效率有所下降，但這是為保證OFDM子載波之間的正交性和消除OFDM符號(hào)間干擾所必須付出的代價(jià)。因?yàn)镺FDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以O(shè)FDM技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。

2.3 SDR技術(shù)

SDR（Softward Defined Radio），即軟件無線電技術(shù)，它采用信號(hào)處理技術(shù)在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，把盡可能多的無線與個(gè)人通信的功能通過可編程軟件來實(shí)現(xiàn)，使其成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號(hào)傳輸與處理的無線電系統(tǒng)。

軟件無線電的核心技術(shù)是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)?？傊?，軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。

2.4 智能天線技術(shù)

智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取基站和移動(dòng)臺(tái)之間各個(gè)鏈路的方向特性。其原理是將無線電的信號(hào)導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向DOA（DirectionofArrinal），旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號(hào)并刪除或抑制干擾信號(hào)的目的。同時(shí)，智能天線技術(shù)利用各個(gè)移動(dòng)用戶間信號(hào)空間特征的差異，通過陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)移動(dòng)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需要。智能天線的核心是智能的算法，而算法決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速度，因此需要選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。

2.5 IPv6協(xié)議技術(shù)

4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。選擇IPv6協(xié)議主要基于以下幾點(diǎn)的考慮：（1）巨大的地址空間：在一段可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂蟪龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球唯一的地址；（2）地址自動(dòng)配置：IPv6支持支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式，無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵；（3）服務(wù)質(zhì)量：IPv6能提供不同水平的服務(wù)；（4）移動(dòng)性：移動(dòng)IPv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址，這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。IPv6可以提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量、改善服務(wù)質(zhì)量，安全性有更好的保證，更好地實(shí)現(xiàn)多播功能。

除了以上關(guān)鍵技術(shù)，還有無線鏈路增強(qiáng)技術(shù)、多用戶檢測技術(shù)、切換技術(shù)、高性能接收技術(shù)等其他技術(shù)業(yè)務(wù)正在研究階段。

3. 4G移動(dòng)通信技術(shù)對(duì)未來生活的影響

就在我們?yōu)?G時(shí)代的光明前景歡欣鼓舞的時(shí)候，就在我們?yōu)?G市場如何全面啟動(dòng)而爭論不休的時(shí)候，第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）已經(jīng)悄然呈現(xiàn)在我們面前，開始為我們勾畫出信息傳輸速度超過3G達(dá)1萬倍的第四代移動(dòng)通訊技術(shù)的藍(lán)圖。

3.1通信速度更快

4G將是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級(jí)高速公路。人們可以在移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行雙向語音通信，而且大大提高了移動(dòng)裝置無線訪問Internet的速率。4G將能夠?yàn)槲覀兲峁┤浺?、遠(yuǎn)程控制和移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)等功能。人們不但可以享受到模擬人耳的位置進(jìn)行立體聲錄音效果，而且手機(jī)和手機(jī)的信息都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，確保其安全性。

3.2網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬

要想使4G通信達(dá)到100Mbps的傳輸，通信營運(yùn)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。據(jù)研究4G通信執(zhí)行官們說，估計(jì)每個(gè)4G信道將占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。

3.3兼容性更加平滑

要使4G通信盡快地被人們接受，還應(yīng)該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下輕易地過渡到4G通信。因此，4G應(yīng)該接口開放，能夠跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并且具備很強(qiáng)的對(duì)2G、3G手機(jī)的兼容性，以完成對(duì)多種用戶的融合，在不同系統(tǒng)間無縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。人們可以低成本地享受到4G移動(dòng)通信為生活所帶來的便利。

3.4智能性能更高

4G的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，具有良好的重構(gòu)性、可伸縮性、自組織性等，用以滿足不同環(huán)境、不同用戶的通信需求。第四代移動(dòng)通信的智能性，不僅表現(xiàn)在4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作具有智能化，更重要的是4G手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多難以想象的功能，例如，4G手機(jī)將能根據(jù)環(huán)境、時(shí)間與其他因素適時(shí)提醒手機(jī)的主人此時(shí)該做什么事。4G手機(jī)可以隨時(shí)隨地讓喜歡體育節(jié)目的人們看到體育比賽之類的各種現(xiàn)場直播。

3.5提供各種增殖服務(wù)

4G通信并不是從3G通信的基礎(chǔ)上經(jīng)過簡單的升級(jí)而演變過來的，它們的核心建設(shè)技術(shù)根本就是不同的。3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)則以O(shè)FDM最受矚目，利用這種技術(shù)人們可以實(shí)現(xiàn)諸如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增殖服務(wù)，將包括圖像、音樂、網(wǎng)頁瀏覽、視頻會(huì)議和其他一些信息服務(wù)。因?yàn)榭紤]到與3G通信的過渡性，所以現(xiàn)在研究得更多的是FDM/FDMA的整合技術(shù)。

3.6實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信

盡管第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)各種多媒體通信，但未來的4G通信能滿足第三代移動(dòng)通信尚不能達(dá)到的在覆蓋范圍、通信質(zhì)量、造價(jià)上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此未來的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也稱為“多媒體移動(dòng)通信”。讓人們的生活在視覺聽覺上都能有更高的升級(jí)感受。

3.7通信費(fèi)用更加便宜

由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級(jí)到4G通信，而且引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對(duì)其他技術(shù)來說，4G通信部署起來就容易迅速得多；同時(shí)在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，通信營運(yùn)商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運(yùn)行者和用戶的費(fèi)用。據(jù)研究人員宣稱，4G通信的無線即時(shí)連接等某些服務(wù)費(fèi)用將比3G通信更加便宜。這是人們最關(guān)注的問題之一，以有限的費(fèi)用，享受更多超值的服務(wù)。

4.結(jié)語

目前4G移動(dòng)通信還處于實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)階段，具體的設(shè)備和技術(shù)還沒有完全成型，后續(xù)的軟件開發(fā)還沒有啟動(dòng)，這都會(huì)給4G的發(fā)展帶來很多難題，有待于人們深入研究。隨著新問題、新要求的不斷出現(xiàn)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)相應(yīng)地調(diào)整、完善和進(jìn)一步發(fā)展。我們相信，在不遠(yuǎn)的將來，人們將會(huì)不受時(shí)間、地點(diǎn)限制，自由地利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)獲取和傳遞信息，從而使人們的學(xué)習(xí)、工作、生活發(fā)生更深刻的變化。

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