黃榮+王坦

【摘要】 文章結(jié)合筆者的工作總結(jié)，主要闡述了4G 移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)，從中針對(duì)4G移動(dòng)通信的核心技術(shù)進(jìn)行了探討與研究，并提出了4G 移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，以供大家參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】 4G移動(dòng)通信 特點(diǎn) 核心技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著我國(guó)通信行業(yè)的迅速發(fā)展，3G通信技術(shù)的發(fā)展給用戶帶來(lái)了前所未有的體驗(yàn)，也給用戶帶來(lái)了豐富的應(yīng)用。4G技術(shù)是對(duì)當(dāng)前3G技術(shù)的一次全新的革新和發(fā)展，它融合了3G通信技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提供了更為高速的信息傳輸速度，為用戶的多媒體業(yè)務(wù)提供了工作平臺(tái)，同時(shí)具有更好的安全性和保密性，因此，在通信業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。本文主要結(jié)合筆者的工作實(shí)踐，主要論述了4G移動(dòng)通信的核心技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。

一、4G 移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)

和3G相比較，4G移動(dòng)通信技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)，4G具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：（1）高速率和數(shù)字寬帶技術(shù)。對(duì)于大范圍高速移動(dòng)用戶（250km/h），數(shù)據(jù)速率為 2 Mbit/s；對(duì)于中速移動(dòng)用戶（60km/h），數(shù)據(jù)速率為20Mbit/s；對(duì)于低速移動(dòng)用戶（室內(nèi)或步行者），數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信號(hào)以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區(qū)也會(huì)相應(yīng)小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時(shí)也會(huì)引起一系列技術(shù)上的難題。（2）良好的兼容性和較強(qiáng)的靈活性。4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng) 商的用戶都享受共同的4G服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點(diǎn)都能進(jìn)行通信。通過(guò)采用智能技術(shù)使系統(tǒng)能自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配，能對(duì)通信過(guò)程中不斷變化的業(yè)務(wù)流大小進(jìn)行相應(yīng)處理而滿足通信要求，對(duì)各種復(fù)雜環(huán)境下的不同信道進(jìn)行信號(hào)的正常發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。（3）多類型用戶共存和多種業(yè)務(wù)融合。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)能根據(jù)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和變化的信道條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，使低速與高速的用戶以及各種各樣的用戶設(shè)備能夠互聯(lián)互通，從而滿足系統(tǒng)多類型用戶的需求。同時(shí)支持更豐富的移動(dòng)業(yè)務(wù)，使用戶隨時(shí)隨地獲得所需的信息服務(wù)。將個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂(lè)等功能結(jié)合成一個(gè)整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。（4）先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)具有突破性的技術(shù)，如：正交頻分復(fù)用、多輸入多輸出系統(tǒng)、多址接入方式、智能天線和空時(shí)編碼技術(shù)、無(wú)線鏈路增強(qiáng)技術(shù)、軟件無(wú)線電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高性能的收發(fā)信機(jī)和多用戶檢測(cè)技術(shù)等。

二、4G 移動(dòng)通信的核心技術(shù)

2.1 正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）

OFDM 技術(shù)是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。OFDM 技術(shù)具有頻譜利用率高的優(yōu)點(diǎn)，其頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍；OFDM技術(shù)抗衰落能力強(qiáng)，OFDM通過(guò)多子載波傳輸提高了對(duì)脈沖噪聲的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技術(shù)適合高速數(shù)據(jù)傳輸，采用自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使變化調(diào)制方式、信道和加載算法，提高信息傳送的速率；OFDM 技術(shù)抗碼間干擾能力強(qiáng)，用循環(huán)前綴的方式對(duì)抗碼間的干擾。

OFDM是4G關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時(shí)空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度地提高了系統(tǒng)性能。包 括以下類型：V-OFDM、W-OFDM、F-OFDM、MIMO-OFDM、多帶-OFDM。OFDM中的各個(gè)載波是相互正交的，每個(gè)載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期，每個(gè)載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)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(tǒng)的 FDMA提高了頻帶利用率。

2.2 多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）

MIMO技術(shù)是指在基站和移動(dòng)終端都有多個(gè)天線。MIMO技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益。空間復(fù)用是在接收端和發(fā)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(gè)子信道發(fā)射信號(hào)，使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加?？臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?；诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時(shí)碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。MIMO技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無(wú)線信道的性能，提高無(wú)線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。

2.3 軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)，就是用現(xiàn)代化軟件來(lái)控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”的無(wú)線通信。軟件無(wú)線電技術(shù)將硬件、軟件、無(wú)線技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，組成靈活多樣的多功能系統(tǒng)。它以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來(lái)。功能的軟件化實(shí)現(xiàn)勢(shì)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(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理盡量靠近天線。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系 結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和全面可編程性，通過(guò)軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無(wú)線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開(kāi)放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級(jí)和擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，軟件無(wú)線電技術(shù)有下列優(yōu)點(diǎn)。（1）靈活性?？扇我飧淖冋{(diào)制方式或更換信道接入方式；可通過(guò)軟件升級(jí)或使用工具來(lái)擴(kuò)展業(yè)務(wù)、定義所需增強(qiáng)的業(yè)務(wù)以及分析無(wú)線通信環(huán)境、實(shí)時(shí)環(huán)境測(cè)試等。（2）集中性。多個(gè)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(duì)廉價(jià)的信號(hào)處理性能。（3）模塊化。模塊化的設(shè)計(jì)，符合開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，使得系統(tǒng)便于維修、升級(jí)和改造。

2.4 切換技術(shù)

切換技術(shù)指的是移動(dòng)終端從一個(gè)通信覆蓋區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)通信覆蓋區(qū)，為保持通信業(yè)務(wù)連續(xù)性而改變信道所進(jìn)行的鏈路偵測(cè)、仲裁和建立、斷開(kāi)等操作的綜合技術(shù)。切換是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中保持用戶移動(dòng)性的基本技術(shù)，是4G實(shí)現(xiàn)無(wú)縫、可靠漫游的基礎(chǔ)。切換的實(shí)現(xiàn)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(fā)生時(shí)機(jī)不僅包括移動(dòng)終端在不同網(wǎng)絡(luò)之間的接入和在不同基站之間的移動(dòng)，還包括在同一基站的不同扇區(qū)或者不同頻率之間的遷移，以及隨著信道變化進(jìn)行鏈路的更新等情況。

現(xiàn)有的切換控制機(jī)制主要有兩種，一種是由智能化移動(dòng)終端進(jìn)行端口信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量的檢測(cè)，由終端的軟件系統(tǒng)進(jìn)行判決，主動(dòng)發(fā)起和完成切換操作，另一種是由移動(dòng)用戶臨近的基站監(jiān)測(cè)各通信鏈路的信號(hào)狀態(tài)，交換網(wǎng)中心根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完成切換。DSP 和軟件技術(shù)是 4G切換技術(shù)的關(guān)鍵組成，高效智能的切 換算法可以顯著提高系統(tǒng)的切換效率和質(zhì)量。在4G 中綜合了兩種控制機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮終端智能軟件的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)以軟切換為主，輔助其他切換方式的綜合切換技術(shù)。

三、4G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球的移動(dòng)通信用戶終端數(shù)量高達(dá)45億，占地球上總?cè)丝诘乃姆种苿?dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人與人的互聯(lián)，未來(lái)的4G 移動(dòng)通信技術(shù)將實(shí)現(xiàn)人與互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)3G移動(dòng)通信技術(shù)推動(dòng)了智能手機(jī)和掌上電腦的發(fā)展，應(yīng)用手機(jī)和PDA等終端設(shè)備上網(wǎng)已經(jīng)成為用戶的基本需求，而未來(lái)的4G移動(dòng)通信技術(shù)將改變現(xiàn)狀用計(jì)算機(jī)上網(wǎng)的習(xí)慣，基于4G網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)傳輸效率，未來(lái)的移動(dòng)通信中可視化多媒體化將成為趨勢(shì)，更豐富的4G移動(dòng)通信應(yīng)用將改變未來(lái)人與人、人與物、人與網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)通關(guān)系，人類將真正進(jìn)入無(wú)線互聯(lián)時(shí)代。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，4G移動(dòng)通信技術(shù)作為不遠(yuǎn)的未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，必然成為影響人們生活的又一重大變革，將對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此我們應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，爭(zhēng)取在4G移動(dòng)通信領(lǐng)域掌握先機(jī)，專研和開(kāi)發(fā)4G移動(dòng)通信技術(shù)，為未來(lái)4G 移動(dòng)通信的發(fā)展和推廣作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 郭鑫. 第四代移動(dòng)通信（4G）關(guān)鍵技術(shù)[J]. 信息技術(shù)，2011（11）

[2] 孔麗南. 4G概念移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)淺析[J]. 黑龍江科技信息，2011（19）