周文慧

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關(guān)于4G移動通信系統(tǒng)特點及技術(shù)要點分析

周文慧

廣東怡創(chuàng)科技股份有限公司，廣東 廣州510627

4G技術(shù)是用更高的傳輸速度、更穩(wěn)定的傳輸效率、更強的靈活性、更人性化的智能結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)移動通信的互聯(lián)與互通，是3G技術(shù)的升級。目前，在通信行業(yè)內(nèi)對4G移動通信沒有統(tǒng)一的科學(xué)定義，隨著人們對用戶體驗要求的提高，4G移動通信系統(tǒng)與技術(shù)成為移動通信領(lǐng)域的研究熱點。研究結(jié)合筆者的工作實踐，提出了3G通信系統(tǒng)的局限性，闡述了4G移動通信技術(shù)的概念，在此基礎(chǔ)上，對4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作了簡單介紹，針對4G移動通信技術(shù)要點進行了探討。

4G；移動通信系統(tǒng)；特點；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；技術(shù)要點

隨著我中國通信業(yè)的發(fā)展，3G通信技術(shù)的發(fā)展給用戶帶來了前所未有的體驗，也給用戶帶來了豐富的應(yīng)用，但3G通信系統(tǒng)的無線傳輸模式的傳輸速率和數(shù)據(jù)格式的限制制約了無線通信技術(shù)的發(fā)展，不能滿足人們對無線通信的需求，因此人們提出了4G無線通信技術(shù)。4G技術(shù)是對當(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，同時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，同時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。

1 4G移動通信系統(tǒng)的特點

4G移動通信技術(shù)在很多國家和地區(qū)已經(jīng)投入商用，其高速數(shù)據(jù)傳輸速率、高抗干擾能力和更好的兼容性，將使用戶擁有更好的移動通信體驗。不同的文獻對于4G移動通信的特點有不同的側(cè)重，但目前已有如下共識：（1）高數(shù)據(jù)傳輸速率：4G技術(shù)比3G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率有了大幅度提高，最低可達2Mb/s（高速移動物體），最高可達 100Mb/s（低速運動，如步行）。（2）系統(tǒng)頻譜更寬：要想實現(xiàn)上述高數(shù)據(jù)傳輸速率，4G移動通信的系統(tǒng)帶寬應(yīng)達到100MHz，是3G標(biāo)準(zhǔn)WCDMA的20倍。（3）兼容性高：4G的移動通信系統(tǒng)可在全球的各個區(qū)域進行覆蓋，按照全球的統(tǒng)一保準(zhǔn)制定，可與無線、固定網(wǎng)絡(luò)、3G通信等進行無縫對接，因此所有4G移動通信的運營商用戶均可享受共同的業(yè)務(wù)服務(wù)，并可在全球的任意地點進行通信。（4）高度智能化：4G移動通信網(wǎng)絡(luò)采用智能技術(shù)，能夠根據(jù)時變的業(yè)務(wù)流大小、系統(tǒng)容量和信道條件，進行動態(tài)的自適應(yīng)的信道分配與管理，在應(yīng)用上具有較強的靈活性、自適應(yīng)性和智能性。（5）融合多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：4G移動通信系統(tǒng)提供形式多樣、種類豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，比如視頻業(yè)務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和智能化業(yè)務(wù)。依托4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，個人通信、服務(wù)及娛樂得以整合，為用戶提供前所未有的體驗。

2 3G通信系統(tǒng)的局限性

目前，經(jīng)ITU認(rèn)可的第三代移動通信系統(tǒng)（3G）標(biāo)準(zhǔn)有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。雖然3G和2G相比，3G移動通信系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但是3G還是存在著很多不盡人意的地方。概括地說，3G的局限性主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）不能支持較高的通信速率：3G雖然標(biāo)稱能達到2Mbit/s的速率，但平均速率只能達到384kbit/s。盡管目前3G增強型技術(shù)在不斷發(fā)展，但其傳輸速率還有差距。（2）不能提供動態(tài)范圍多速率業(yè)務(wù)：由于3G空中接口主流的3種體制WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA所支持的核心網(wǎng)不具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以難以提供具有多種QoS及性能的多速率業(yè)務(wù)。（3）不能真正實現(xiàn)不同頻段、不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游：由于采用不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境，需要移動終端配置有相應(yīng)不同的軟、硬件模塊，而3G移動終端目前尚不能實現(xiàn)多業(yè)務(wù)環(huán)境的不同配置。由于3G系統(tǒng)存在以上的局限性，因此目前有很多公司已經(jīng)開始著手4G通信系統(tǒng)的研究。本文主要對4G的技術(shù)特點、可能采用的關(guān)鍵技術(shù)以及4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了概述。

3 4G與3G的主技術(shù)參數(shù)比較

4G移動通信系統(tǒng)是3G移動通信系統(tǒng)的升級，其中很多關(guān)鍵技術(shù)都沿用了3G很多的關(guān)鍵技術(shù)，但同時4G也采用了很多新的技術(shù)，4G系統(tǒng)與3G系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)比較，見表1，對兩系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)特性進行對比。

表1 4G系統(tǒng)與3G系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)比較

4 4G移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。在4G移動通信系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)不同業(yè)務(wù)需要的接入系統(tǒng)，通過多媒體接入系統(tǒng)與 IP 核心網(wǎng)進行連接，該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)2G、3G、4G、WLAN和固網(wǎng)之間的平滑切換。如圖1所示。

5 4G通信系統(tǒng)技術(shù)要點

（1）正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)：OFDM技術(shù)是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個子信道上進行傳輸。OFDM技術(shù)具有頻譜利用率高的優(yōu)點，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，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(shù)適合高速數(shù)據(jù)傳輸，采用自適應(yīng)調(diào)制機制使變化調(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，用循環(huán)前綴的方式對抗碼間的干擾。（2）軟件無線電：軟件無線電是利用數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)傳統(tǒng)上由硬件電路來完成的無線功能的技術(shù)，通過加載不同的軟件，可實現(xiàn)不同的硬件功能。其核心技術(shù)是用寬頻帶的無線接收機來代替原來的窄帶接收機，并將寬帶的模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬變換器盡可能靠近天線，從而使通信電臺的功能盡可能多地采用可編程軟件來實現(xiàn)。軟件無線電技術(shù)能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現(xiàn)各種應(yīng)用的可變QoS。（3）智能天線技術(shù)（SA）：SA技術(shù)為波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。SA技術(shù)成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，既能改善信號質(zhì)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(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的收發(fā)，同時，通過基帶數(shù)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(xiàn)上行波束賦形。（4）多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)：MIMO（多輸入多輸出）是指利用多發(fā)射和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，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高系統(tǒng)容量。MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。（5）基于IP的核心網(wǎng)：4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組方式傳送數(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。IPv6具有許多的優(yōu)點，如：有巨大的地址空間；支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式；能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量；更具有移動性。

6 結(jié)語

將各種媒體資源都開放接入的4G系統(tǒng)，將成為一個能滿足未來市場需求的新一代移動通信系統(tǒng)，在徹底理解和掌握4G技術(shù)內(nèi)核的前提下，充分釋放出其關(guān)鍵技術(shù)特色，克服其發(fā)展面臨的困難，創(chuàng)造出適應(yīng)中國行業(yè)特色的移動通信技術(shù)，我們應(yīng)該相信，4G移動通信的出現(xiàn)將給人們的溝通帶來更多的便捷。

[1]陳語,任栩蝶.4G移動通信技術(shù)要點分析及發(fā)展趨勢探究[J].電子制作,2014(7):156.

About 4G Mobile Communication Systems Features and Analysis Techniques

Zhou Wenhui

Guangdong Yi Chong Technology Co.,Ltd.，Guangdong Guangzhou 510627

4G technology with higher transmission speeds，more stable transmission efficiency，more flexibility，more humane intelligent structure to achieve interconnection and interoperability of mobile communications，upgrade 3G technology.Currently，in the communications industry for 4G mobile communications is no uniform definition of science，as people improve the user experience requirements，4G mobile communication systems and mobile communications technology has become a hot research field.Combining practice author points out the limitations of 3G communication systems，describes the concept of 4G mobile communication technology，on this basis，on the 4G system network architecture made a brief introduction for 4G mobile communication techniques are discussed.

4G；a mobile communication system；characteristics；network structure；Techniques

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1009-6434(2016)07-0008-02