閆麗莉 許海琨

摘 要：信息時代下的通信技術(shù)飛速發(fā)展，尤其是近幾年來，通信技術(shù)不斷普及和創(chuàng)新，人們對于更快、更有效的網(wǎng)絡(luò)信息的需求日益增長。從技術(shù)方面講，盡管4G條件下單用戶的容量已經(jīng)接近香農(nóng)限，但在多用戶條件下無線系統(tǒng)容量還有提升的空間。學(xué)術(shù)界提出過小波多址等新的多址方式，但是產(chǎn)業(yè)界對采用完全革新性的技術(shù)還持保留態(tài)度。本文從通信技術(shù)的發(fā)展階段出發(fā)，對每個階段的技術(shù)簡要分析，最后對5G通信系統(tǒng)展望。

關(guān)鍵詞：第四代移動通信系統(tǒng)；第五代移動通信系統(tǒng)；WLAN

移動通信技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了四個發(fā)展階段，每個發(fā)展階段都代表著科技和觀念的創(chuàng)新。第一代起源于20世紀80年代，主要采用模擬和頻分多址（FDMA）技術(shù)。第二代（俗稱2G通信）起源于90年代初，主要采用時多分址（TDMA）和碼多分址（CDMA）技術(shù)。第三代移動通信系統(tǒng)（3G）可以提供更寬的頻帶，不僅能傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供更方便的快捷無線應(yīng)用。然而，第三代移動通信系統(tǒng)仍舊基于地面標準不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)，盡管其傳輸速率可高達2Mb/s，但仍無法滿足多媒體通信的需求。因此，第四代移動通訊系統(tǒng)（4G）應(yīng)運而生。

1 4G通信技術(shù)的概念

到底什么是4G技術(shù)呢？目前，普遍描述是：4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mb/s的速率下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下，計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G覆蓋面更廣，很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。

4G與3G之間的主要區(qū)別在于終端設(shè)備的類型、網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)以及構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)類型。終端設(shè)備除了手機之外還應(yīng)當包括頭戴式話機、PDA終端、膝上機、手表話機、電視機、游戲機、DVD、零售機、甚至寵物機等等。凡是人所能構(gòu)想的和能夠識別IP地址的無線電收發(fā)信機。另外，4G是由多種技術(shù)組成的，包括彼此似乎不相干的技術(shù)，如Wi-Fi、超快帶無線電、便攜式電腦、軟件無線電等技術(shù)構(gòu)成的高速全球通網(wǎng)絡(luò)。與3G手機相比，4G手機的功能更強大，應(yīng)用更廣泛。4G手機智能化程度更高，通話只是最基本的功能之一，更多的功能體現(xiàn)在多媒體應(yīng)用方面。

2 4G通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）

OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。因此可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負荷，這樣可優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統(tǒng)中由于各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。

2.2 智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術(shù)

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)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關(guān)無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個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。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。

多入多出天線MIMO（Multiple-Input Multiple-output）系統(tǒng)，該技術(shù)最早由馬可尼于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端無線數(shù)量，相對于普通的SISO（Single-Input Single-Output）系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO（Single-Input Multiple-output）系統(tǒng)和MISO（Multiple-Input Single-Output）系統(tǒng)。

2.3 軟件無線電技術(shù)

軟件無線電技術(shù)是利用數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)無線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。軟件無線電技術(shù)被認為是可以將不同形式的通信技術(shù)有效聯(lián)系在一起的唯一技術(shù)。在4G移動通信系統(tǒng)中，軟件將會變得非常繁雜。應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，一個移動終端就可以實現(xiàn)其在不同系統(tǒng)和平臺之間暢通無阻的使用。

3 4G通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

4G網(wǎng)絡(luò)幾乎是個全IP的核心網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)能夠接入衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、藍牙技術(shù)系統(tǒng)、2G和3G通信系統(tǒng)、數(shù)字音頻視頻系統(tǒng)、無線WALN系統(tǒng)等?？梢?G通信系統(tǒng)比3G更加復(fù)雜，功能也更加齊全，與此同時對于高新科技水平的要求也更高。雖然，4G通信系統(tǒng)具有很多的優(yōu)勢，但也面臨著挑戰(zhàn)：標準難以統(tǒng)一、技術(shù)難以實現(xiàn)、容量受到限制、市場難以消化和設(shè)施難以更新。因此，5G通信系統(tǒng)因運而生。

4 第五代移動通信系統(tǒng)（5G）

第五代移動通信將提供更高素的接入速率、更寬的帶寬、更靈活的配置及組網(wǎng)方式。5G可能需要從2GHz～6GHz的頻段中選取2000MHz的頻譜資源。從技術(shù)方面講，在5G中，會支持多種無線技術(shù)，芯片需要支持可配置的多模方式。采用軟件無線電需支持智能無線識別配置，節(jié)約電能。天線技術(shù)上，5G將采用更多空間分集方式，天線根數(shù)和種類也更多。不同應(yīng)用的天線類型不同，例如室內(nèi)采用微帶天線、車聯(lián)網(wǎng)上可以采用陣列天線等形式，接收機需能自動識別天線類型和頻段。無線通信的增益是通過分集和復(fù)用達到的，但兩者是負相關(guān)的，即提升分集增益會降低復(fù)用增益。分集技術(shù)有多載波、多天線、協(xié)同通信，增加分集的數(shù)目可以提升分集增益。例如，增加載波的密度；增加天線數(shù)，引入極化天線；采用中繼、或終端協(xié)同收發(fā)的情況。

從組網(wǎng)方面講，5G的核心網(wǎng)將會延續(xù)扁平化的趨勢。另外，隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，核心網(wǎng)與運營商的云計算中心相連，核心網(wǎng)設(shè)備將計算分發(fā)給分布式的云計算網(wǎng)絡(luò)，合并計算結(jié)果。即核心網(wǎng)設(shè)備具有云計算的MapReduce功能，此外，核心網(wǎng)還有虛擬化功能，無線接入網(wǎng)提交邏輯需求，核心網(wǎng)將邏輯需求轉(zhuǎn)換成物理單元執(zhí)行。考慮到5G時代，承載語音的GSM，承載數(shù)據(jù)的CDMA，承載多媒體的OFDM技術(shù)仍然運行，這些技術(shù)還繼續(xù)占有一定頻段；新的技術(shù)例如物聯(lián)網(wǎng)、遠程控制、遠程識別、人機交互等，可以說，5G接入網(wǎng)會成為一個具有層次結(jié)構(gòu)的異構(gòu)網(wǎng)。

從應(yīng)用方面講，5G是個異構(gòu)的、自組織、自適應(yīng)、自配置的智能化網(wǎng)絡(luò)，可以承載多種不同的應(yīng)用。5G的終端也是多種多樣，有嵌入在機器中的，有人隨身攜帶的，也有放置于室內(nèi)或車內(nèi)，有室內(nèi)小基站作為中繼再接入5G網(wǎng)絡(luò)中。

隨著技術(shù)的發(fā)展，5G將有更廣闊的應(yīng)用場景，也將為我國移動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和升級提供新的機遇。

參考文獻

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