第四代移动通信（4G）关键技术

郭鑫

（中国联合网络通信有限公司长春市分公司，吉林 长春 130031）

对于第四代移动通信技术的界定，在通信行业内部有着不同的定义。一般认为第四代移动通信技术采用分布网路以及为广带接入的方式，非对称数据传输能力高达2Mbps，能够传输三维图像，即使用户在高速的移动过程中也可以获得高质量的视频传输服务。第四代无线通信技术与上代技术相比能够实现种类更加丰富的功能，包括无线服务、以宽带的方式接入互联网，并能够提供数据采集、远程控制等功能。

1 第四代移动通信技术的特点

1.1 高速率

能够为移动速度高达每小时250公里的用户提供2Mb/s高速数据传输服务。而对于移动速度为每小时60公里的中等速度的用户，数据的传输速率可以达到每秒20Mb。对于普通的步行以及处在室内的用户，数据传输速率更是高达每秒100Mb。

1.2 以数字宽带技术为主

第四代移动通信系统的传输波段采用毫米波，缩小的蜂窝小区的体积，从而可以极大的增加用户的容量，与此同时也会有一些技术难题需要去进行解决。

1.3 良好的兼容性

第四代移动通信系统在世界范围内采用统一标准，这样全球范围内不同运营商的手机用户可以使用共同的4G服务，从而使任何一部4G手机在全球范围之内都可以随意进行通信。

1.4 较强的灵活性

智能技术在第四代系统通信系统之中被广泛的采用，因此可以对资源进行优化配置，自动对整个系统的业务流量进行动态实时的调节，保证通信质量。能够应对不同的复杂的通信环境，采用智能信号处理技术，保证信号的强度，智能化程度高，灵活性强。

1.5 多种业务的融合

以上代通信技术相比，第四代移动通信技术具有种类更加丰富多样的业务形式，能够传输高质量的视频服务、电视电话会议以及虚拟现实等业务，最终实现用户随时随地都可以及时的获取自己所需要的信息。

1.6 高度自组织、自适应的网络

高度的自组织性以及自适应性是第四代移动通信技术的一大特点，本身拥有很强的自我管理能力，可以依据不同用户的业务进行动态的适应，从而满足不同用户的需求。

2 第四代移动通信关键技术

以上一代通信系统相比，第四代移动通信技术具有更高的复杂程度，需要大量的新兴技术作为它的技术支撑，主要包括以下的一些关键技术。

2.1 接入方式和多址方案

随着多媒体业务的兴起和发展，高质量的、大规模的数据传输对网络传输的速率有了更高的要求，这就对高信元速率以及较长的码元周期的调制解调技术有了很高的要求。在这种背景之下，作为多载波调制技术组成部分的正交频分复用技术应运而生，该技术是第四代无线通信技术的核心技术。正交频分复用技术通过分解需要进行传输的串行数据流成为并行子数据流，然后对其进行调制，可以在无线的环境之中进行高速率的数据传输。

2.2 调制与编码技术

在调制解调方面，第四代移动通信技术进行了创新，采用了多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等。这些新技术的使用，可以有效地对用户移动终端的电池寿命进行延长，同时还可以使频谱利用率有较大的提升。在信道编码方面，第四代移动通信系统也有所改变，采用更加先进的编码方案，进而保证整个系统的性能。

2.3 高性能的接收机

与前代移动通信技术相比，在接收机方面，第四代移动通信系统有着更加高的要求。按照Shannon定理,对于3G系统如果信道带宽为5MHz,数据速率为2Mb/s,所需的信噪比为1.2dB;而对于4G系统,要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据,则所需要的信噪比为12dB。可见对于第四代移动通信系统,由于速率很高,对接收机的性能要求也要高得多。

2.4 智能天线技术

智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线采用了空分多址(SDMA)的技术,利用信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分,动态改变信号的覆盖区域,使主波束对准用户方向,旁瓣或零陷对准干扰信号方向,并能够自动跟踪用户和监测环境变化,为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号,从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量,因此,智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。

2.5 软件无线电技术

软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器,并尽可能多地用软件来定义无线功能,各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性,能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站,能实现各种应用的可变QoS。

2.6 多用户检测技术

多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中,各个用户信号之间存在一定的相关性,这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小,可是随着用户数的增加或信号功率的增大,多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理,因而抗多址干扰能力较差;多用户检测技术在传统检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测,从而具有优良的抗干扰性能,解决了远近效应问题,降低了系统对功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用链路频谱资源,显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展,各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出,在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。

3 结束语

从移动通信技术由第一代发展到现在的三代来看，每次更新换代的间隔大概为十年，因此第四代移动通信系统的时代将的来临将不会太远。目前我国的3G系统建设尚处于起步阶段,随着3G牌照的发放,有可能马上激起3G网络建设的浪潮。尽管第四代移动通信技术有着比3G更强的优越性,可要是把第四代移动通信技术投入到实际应用,还需要对现有的移动通信基础设施进行更新改造,这将会引发一系列的资金、观念等问题,从而在一定程度上减缓第四代移动通信技术正式进入市场的速度。但可以肯定的是,随着互联网高速发展,第四代移动通信技术也会继续高速发展,第四代移动通信系统将会是多功能集成的宽带移动通信系统,是满足未来市场需求的新一代移动通信系统。

[1]张明,张平,张建华.4G无线通信系统的信道特性[J].移动通信,2004(10).