摘要:本文將3G和4G移動通信技術(shù)的應(yīng)用和利弊進行分析，闡述4G移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，并對4G的發(fā)展方向進行預(yù)測。其中4G關(guān)鍵技術(shù)包括OFDM技術(shù)、智能天線技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、多用戶檢測技術(shù)、IPv6技術(shù)等。

關(guān)鍵詞:4G移動通信 OFDM MUD IPv6

0 引言

自有近代通信以來，人們就一直追求通信的自由。無線通信的大眾化，如第1代移動通信(1G)、第2代移動通信(2G)部分的滿足了人們的這種愿望。但隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的興起，人們對移動通信提出了更高的要求。于是第3代移動通信(3G)引弓待發(fā)，而第4代移動通信(4G)的理論與實踐方面的報道已可謂熱烈。

根據(jù)ITU 的標準，世界各大電信公司聯(lián)盟均己提出了自己的第三代移動通信系統(tǒng)方案，主要有W-CDMA、CDMA2000、TD-CDMA以及我國提出的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA。但3G也存在以下幾方面的局限性:

一是不能支持較高的通信速率。

二是不能提供動態(tài)范圍多速率業(yè)務(wù)。

三是不能真正實現(xiàn)不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游。

由于3G系統(tǒng)以上的局限性，目前，很多公司已經(jīng)開始著手4G移動通信系統(tǒng)的研究。本文主要介紹4G移動通信的技術(shù)特點以及可能采用的關(guān)鍵技術(shù)。

1 4G移動通信技術(shù)特點

①通信速度更快②網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬③通信更加靈活④智能性能更高⑤兼容性能更平滑⑥實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信⑦通信費用更加便宜

2 4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)探討

2.1 正交頻分復(fù)用(OFDM )技術(shù)

2.1.1 頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

2.1.2 抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，這樣在每個子載波上的信號時間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長很多倍，從而使OFDM 對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。

2.1.3 適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM 自適應(yīng)調(diào)制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當信道條件好的時候，應(yīng)采用效率高的調(diào)制方式;而當信道條件差的時候，則應(yīng)采用抗干擾能力強的調(diào)制方式。

2.1.4 抗碼間干擾(ISI)能力強。碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性干擾。

2.2 智能天線技術(shù) 智能天線采用了空時多址(SDMA)的技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域，將主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每個用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。

目前，智能天線的工作方式主要有全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可以達到最優(yōu)，但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)量、計算量大、信道模型簡單、收斂速度較慢，在某些情況下甚至出現(xiàn)錯誤收斂等缺點，實際信道條件下，當干擾較多、多徑嚴重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進行實際跟蹤。

2.3 無線鏈路增強技術(shù) 可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強技術(shù)有:分集技術(shù)，如通過空間分集、時間分集(信道編碼)、頻率分集和極化分集等方法來獲得最好的分集性能;多天線技術(shù)，如采用2或4天線來實現(xiàn)發(fā)射分集，或采用多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)射和接收分集。MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。

2.4 軟件無線電(SDR)技術(shù) 在4G系統(tǒng)中，若要實現(xiàn)“任何人在任何地點以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的理想通信方式，則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并可以在不同類型的業(yè)務(wù)之間進行轉(zhuǎn)換。這就意味著在4G 系統(tǒng)中，軟件將會變得非常復(fù)雜。軟件無線電強調(diào)以開放性最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可升級、可重配置的不同應(yīng)用軟件來實現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計新思路。其中心思想是:構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等各種功能用軟件來完成，并使寬帶A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。在4G眾多關(guān)鍵技術(shù)中，軟件無線電技術(shù)是通向未來4G的橋梁。

2.5 多用戶檢測技術(shù) 4G系統(tǒng)的終端和基站將用到多用戶檢測技術(shù)以提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測技術(shù)的基本思想是:把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當作有用信號，而不是作為噪聲處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進行處理，從而達到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢測。

現(xiàn)有的多用戶檢測算法在計算復(fù)雜度與處理時延問題上存在不足，且算法中一些參數(shù)(頻率、幅度、定時、相位等)估計有誤時，會使得相關(guān)矩陣產(chǎn)生較大偏差，導(dǎo)致整個系統(tǒng)性能急劇下降。另一方面， 當前的MUD算法只考慮了同小區(qū)內(nèi)的干擾，而沒有考慮相鄰小區(qū)間的同頻率用戶干擾。一般的多用戶檢測研究都假設(shè)用戶數(shù)據(jù)是獨立等概率的，沒有考慮信道編碼的影響，現(xiàn)在組合信道編碼和多用戶檢測的研究受到越來越多的重視。

2.6 IPv6技術(shù)

2.6.1 巨大的地址空間。在一段可預(yù)見的時期內(nèi)，它能夠為所有可以想像出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個全球惟一的地址。

2.6.2 自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置方式。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。

2.6.3 服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量(QoS)包含幾個方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，IPv6與目前的IPv4具有相同的QoS，但是IPv6 能提供不同的服務(wù)。

2.6.4 移動性。移動IPv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個移動設(shè)備設(shè)有一個固定的家鄉(xiāng)地址，這個地址與設(shè)備當前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。

3 4G移動通信技術(shù)發(fā)展預(yù)期

3.1 市場規(guī)模

3.1.1 設(shè)備 為了達到4G網(wǎng)絡(luò)所需要達到的速率要求，現(xiàn)在的移動運營商必須部署更多的基站。

3.1.2 用戶市場 由于4G是多種技術(shù)的融合，能提供較高速率的數(shù)據(jù)流量，4G的下載速度將比以往的系統(tǒng)性能有著較大飛躍。

3.2 商用時間 此前韓國、日本都表示，約在2010年左右實現(xiàn)4G商用;日本在第18屆WP8F大會上建議4G技術(shù)規(guī)范出臺時間在2010年。我國也表示，要在2010年前完成4G的商業(yè)化測試。

4 結(jié)束語

3G技術(shù)的風靡全球，也迫使我們不得不重新定位人際傳播，進一步分析人際傳播媒介變化對人際傳播造成的影響。與全球3G大發(fā)展相比，中國3G還處于起步階段。隨著中國移動TD網(wǎng)絡(luò)三期工程的完工，截至2009年底TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國70%以上地市。

真誠的期盼我國3G技術(shù)能快速發(fā)展并為國民提供一條更快，更好的生活享受網(wǎng)絡(luò)。同時也希望早日能由3G轉(zhuǎn)換到4G更好的去服務(wù)人民。

參考文獻:

[1]Ajay R.Mishra 著，中京郵電通信設(shè)計院，無線通信研究所譯.蜂窩網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化基礎(chǔ).北京:機械工業(yè)出版社，2004.

[2]何琳琳，楊大成.4G移動通信系統(tǒng)的主要特點和關(guān)鍵技術(shù).移動通信，2004(2).

[3]劉偉，丁志杰.4G移動通信系統(tǒng)研究進展與關(guān)鍵技術(shù).中國數(shù)據(jù)通信， 2004(2).

[4]袁曉超.4G通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)淺析.中國無線電，2005(12).

[5]陳忠民，田增山.淺談軟件無線電技術(shù)及其在4G中的應(yīng)用.電信快報，2006(1).