4G移动通信关键技术探讨

郝钰

摘要：文章主要介绍了4G移动通信技术及其特点，并且根据其特点，探讨了4G的关键支撑技术。通过这些技术，能够加快4G移动通信技术发展和使用的步伐，并且也能够促进整个通信行业的发展。

关键词：4G移动通信；FDM技术；智能天线；MIMO技术；SDR技术

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0122-02

1 4G移动通信

4G移动通信建立在3G移动通信的基础上，它能够利用移动信号来传送高质量、高速度的数据和视频，方便移动用户的接收和使用。而实现4G移动通信，必然需要很多先进技术。要开发和研究这些技术，我们首先要了解整个4G移动通信的特点。

2 4G移动通信的特点

在构建中的4G通信技术主要有这些特点：一是高度智能化；二是保证信号的性能和质量及其覆盖能力；三是高速数据传输能力；四是移动中的安全可靠性；五是用户不受限制接入网络。根据这些特点，4G移动通信发展了几种关键的技术作为支撑。

3 4G移动通信的关键技术

4G移动通信的关键技术主要包括六个：一是OFDM技术；二是智能天线；三是MIMO技术；四是SDR技术；五是多用户检测技术；六是Ipv6技术。

3.1 OFDM技术

OFDM技术其实就是正交频分复用技术，它是4G移动通信系统中的核心技术，也是多载波调制技术的一种。这种技术在近些年来越来越受到通信行业的青睐，与它本身所具有的优势密切相关，具体来说包括：

3.1.1 频谱的运行效率较高。通常情况下，正交频分复用的信号中相邻的两个子载波之间是相互重叠的关系，这样的组合，使其频谱的利用率甚至能够接近Nyquist的最大值。同时，也加快了其运行的效率，一般OFDM信号的频谱会比串行系统的高将近1倍。

3.1.2 抗衰落能力较强。OFDM技术抗衰落能力主要体现在抵抗脉冲噪音和信道上，利用的原理就是将用户的信息以多个子载波的方式进行传输，这样就能够增加每个子载波上的信号时间，比单载波的信号要强很多倍，故而能够提高整个系统的抵抗力。

3.1.3 利于高速数据的传输。OFDM的各个子载波能够根据信道和噪声的情况自行进行调制。当信道较好时，子载波就会使用效率较高的调制。而在信道条件较差的情况下，子载波会调制成抗干扰能力较强的方式。与此同时，OFDM技术还采用了算法，能够在条件较好的信道上高速传送数据。这两种技术使得OFDM更加有利于高速数据的传输，且效率更高。

3.1.4 抗ISI能力强。ISI就是码间干扰，这是整个通信系统中的一种主要乘性干扰，这种干扰主要出现在传输信道的频带较为有限的时候。在4G移动通信中，OFDM采用了先进的循环前缀技术，这种技术能够抵抗码间干扰，保证数据传输的稳定性和安全性。

3.2 智能天线

3.2.1 智能天线的工作原理。智能天线是4G移动通信技术的一个特点。它依据信号传输方向的不同，采用先进的SDMA技术，将同一频率、同一时间、同一码道的信号区分开来，之后自动将信号的覆盖区域改变。在这个过程中，主波束会自动对准用户的方向，跟踪用户的使用情况，并且监测其周围的环境，对一些干扰信号进行零陷和旁瓣，这样就能够保证每一个用户的上行和下行链路信号的质量，同时能够使移动用户充分利用信号，方便其生活和工作。

3.2.2 智能天线的工作方式。根据目前通信技术的发展，智能天线的工作方式主要有两种：一种是全自适应，另一种是基于预多波束的波束切换。

全自适应智能天线系统虽然存在着数据量大、计算量大、收敛速度慢等各种缺点，同时在4G的实际信道中，经常会因为信道的时速变化较大，并且干扰较多，而难以对移动用户的信号进行跟踪和检测。但是这种智能天线从理论上将是最好的一种工作方式。

基于预多波束的波束切换方式在工作时，能够预先在全空域范围内覆盖已经计算好的波束，这些波束对应着不同的主瓣方向。在信号接收的过程中，可以挑选其中一个主瓣方向作为其工作模式，这种方式的实用性较强，也是未来4G智能天线发展的主要方向。

3.3 MIMO技术

MIMO技术采用分立式多天线，将整个通信链进行空间分集，之后转化成多个并行的子信道，但是这种技术需要足够的天线，才能够实现多发射、多接收，这样就能够提高整个容量。同时，由于MIMO的发射天线和接收天线两者之间互不相关，这样就保证了整个系统抵抗衰落和噪音的能力。另外，在无线信号的带宽受到限制的时候，MIMO技术能够提高数据传输的速度和质量，保证整个系统的容量。

3.4 SDR技术

SDR技术其实就是软件无线电技术，这种技术是近些年才被引入4G中的，它的主要目的是建立一个开放、标准、模块化的硬件通信平台，然后将利用这种软件处理数据、加密模式、通信协议等等，最终是4G系统实现“任何人能够在任何地点通过任何形式进入网络”这种理想化的通讯模式。

通信专家构想中的SDR系统中，包括各种软件，比如信息流变换、信源编码、信道纠错编码、调制解调算法等。这样的系统能够满足不同种类产品的要求，减少硅芯片的容量，同时开放的模式能够保证多方运营，是未来的4G中的主要技术之一。

3.5 多用户检测技术

多用户检测技术是基于4G系统终端以及基站上建立起来的一种提高系统容量的技术。它能够将一个信道中的所有用户的信号集中起来，然后通过各种信号处理方式，对用户接收到的信号进行处理，使用户的信号处于最佳的状态。同时多用户检测技术还具有一定的抗干扰及抗远近效应的能力，这样就能够保证系统的容量，以及频谱资源的有效充分利用。当前，4G系统主要的多用户检测技术研究的主要方向有空时二维信号检测和处理、功率控制技

术等。

3.6 Ipv6技术

根据当前3G技术中，编址不合理、空间资源浪费的状况，4G移动通信技术引入了先进的Ipv6编址技术。这种技术与3G相比具有以下优势：

3.6.1 巨大的编制空间。通信技术的专家们希望未来的Ipv6技术能够在一定时间内，为整个4G移动通信系统提供足够的编址空间，节省资源。

3.6.2 自动控制技术。自动控制技术是Ipv6的一个主要的特性，通过这种技术，能够自动配置有状态和无状态这两个地址。在配置无状态地址时，在没有认为干预的情况下，系统可以根据这个地址的节点利用邻居机制，为其获得唯一的地址。

3.6.3 安全可靠。在Ipv6的报头中，会设置一个20多位长的字段，这是其主要的协议优势。在传输信息时，IP地址流会交给各节点来处理，这样就能够保证4G协议的安全可靠性。

3.6.4 移动安全性好。4G移动系统的关键就是“移动”，在移动中，既要保证信号的灵活性，又要保证IP地址的安全性。根据这些要求，Ipv6技术采用了一对一的方式，即每一个用户的移动设备对应着一个固定的IP地址。在设备移动的过程中，通过转交地址的方式，来了解其通信节点，保证移动设备的安全性。

4G移动通信的各种技术与3G相比，都更加先进安全完善，通过这些技术，能够促进4G移动通信的早日应用，推动整个通信行业的发展，同时更加方便人们的生活。

参考文献

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[2]尚帅.第四代移动通信系统（4G）关键技术及其安全威胁综述[J].保密科学技术，2011，（3）：50-53.

[3]许志鹏.4G移动通信关键技术浅析[J].科技与生活，2009，（12）：26.

（责任编辑：吴 涛）