4G移动通信系统的特点及关键技术研究

蔡苗

【摘要】 随着人们对技术更新和功能体验要求的提高，4G移动通信技术会越来越成为通信领域研究的重点。本文先对3G和4G通信技术的参数进行了比较，然后具体探讨了4G移动通信系统的特点和关键技术，以期为相关技术人员提供参考。

【关键词】 4G移动通信系统 特点 关键技术

4G移动通信技术是通信历史上很重要的一次技术革命，它能够提供更为快捷的传输速度、更为稳定的传输效率、更优质的通话质量和高强的保密性等，将为人们提供更为人性化的用户体验。

一、4G和3G的主要技术参数比较

目前公认的第三代移动通信系统标准有CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA三种，其主要缺陷主要表现在三个方面：无法提供动态范围内的多种速率业务；无法完成多业务环境、多频段的无缝漫游；传输速率仍然较低。4G移动通信技术虽是对3G技术系统的升级，其主要技术参数方面与3G系统技术相比较仍有很多不同[1]。 二、4G移动通信系统的特点

（1）更好地灵活性。4G移动通信系统利用强大的智能技术可以自适应完成信息资源的有效分配，能够根据智能信号处理技术在不同信道条件下和各种复杂环境中进行正常发送和接受信号，具有良好的适应性、智能性和灵活性。（2）数字宽带技术。4G移动通信系统的传输信号多采用毫米波的传输波段，其产生的较小的蜂窝小区可以大幅度提升用户容量，不过由此也会引发一连串技术难题。（3）多业务融合。4G移动通信系统能够支持会议电视、高清晰图像处理、虚拟现实业务等更为多样的移动业务，可以保证用户在任何位置都能享受高质量的信息服务；同时其综合广播、信息系统、个人通信、娱乐等领域，可以更方便、安全的提供给用户更为广泛的应用和服务。（4）更快捷的传输速度。相比于3G通信系统的2Mb/s传输速度，4G移动通信系统可以实现多层次的高速率信息传输：步行或室内的低速移动用户可获得的数据传输速率一般在100Mb/s；中速移动用户可获得的数据传输速率一般在20Mb/s；高速移动用户可获得数据传输速率一般在2Mb/s。（5）更高的组织性和适应性。4G移动通信系统是一个具有高度组织性和适应能力的网络，其能够实现对结构的自我管理，可以提高用户在容量和业务等方面的满足程度[2]。

三、4G移动通信系统的主要技术

1、以IP为基础的核心网。3G移动通信系统的网络基础不是IP，如WCDMA是以GSM-MAP为基础；CDMA2000是以ANSI-41为基础。而4G移动通信系统是一个全面以IP为基础的核心网络，能够完成端点之间的IP业务传输，能够同已经存在的PSTN和核心网共存，主要优势有：低成本的集成网络特点；完成不同网络间的无缝连接。其主要解决的难点有：要建立扩展性较高的网络结构，以满足多样接口接入核心网的要求；合理的计费；及时把控制、业务和传输等功能分离。

2、编码和调制。为了确保在较低Eb/N0状态下继续保持优良的性能，4G移动通信系统一般采用级联码、Turbo码和LDPC等较高级的信道编码方案，NTT DoCoMo状态下的4G实现系统通常会采用Turbo码的信号编码方式[3]。4G移动通信系统主要采用多载波调制技术，其分为两种：一种是正交频分复用时分多址（OFDM-TDMA），另一种是多载波码分多址（MC-CDMA）。通常情况下，OFDM-TDMA其调制方式为高电平式，而MC-CDMA其调制方式多为QPSK式。高电平式以M-QAM为主要典型，其设计中经常采用自适应调制，会根据适应需要的参数确定符号速率和电平数，以此不断加强系统性能。

3、软件无线电技术。软件无线电技术为基础的BS或移动终端会采用由ADC/DAC模块、天线模块、DSP模块、LNA模块、多媒体模块和功率放大器模快等构成的模块化集成结构，其基带器件和RF都可以采用适当的方法进行编程。软件无线电技术拥有更高的适应性和灵活性，其能够支持多种接口方式的基站和多模式手机的连接，能够支持多种应用的可变化QoS，并能够顺利融合多种系统和标准，其在4G移动通信系统中的应用范围有：终端移动过程中的自动配置，如移动终端在移动到不同类型标准的移动系统中时，终端可依照该系统标准进行自动配置以完成服务；以软件无线电技术为基础的基站可以实现多个网络间的同时服务。

4、多址方案和无线接入方式。4G移动通信系统在CDMA、FDMA、OFDM、TDMA等多址方式中最有可能选择OFDM的多址类型，其主要优势包括：相邻小区和用户间不会发生干扰；不同信号间无干扰；可以完成较低成本的单波段接收；不受多普勒频移和多径衰落问题影响等。较低的功率效率是OFDM的主要缺陷。近年来日本首次采用了VSF-OFCDM的无线接入方式，其属于多载波CDMA类型，具有对多径干扰不敏感和高频谱利用率等优点。另外VSF-OFCDM采用了可变性扩频因子，可以在一般业务区和高密业务区范围内重复使用。

5、高性能接受机。4G移动通信系统对接受机的要求较高。Shannon定理为我们指出了在带宽固定的信道中要完成容量为C的可靠性传输所需的最小的SNR数值，因此，在3G系统中如果带宽为5MHz，数据传输速度为2Mbps，那么所要求的SNR要达到1.2dB；而在4G移动通信系统中，要在同等带宽上完成20Mbps的数据传输速度，则SNR值至少为12dB，由此可以看出，4G移动通信系统需要更高性能的接收机[4]。

6、MIMO和智能天线技术。4G移动通信系统利用MIMO和智能天线技术进行空间分集，可以有效降低多址的干扰影响。MIMO天线系统同时采用4个天线来完成接收和发射分集，其结构图如图1所示。智能天线中的基站可以在不同用户间构成一个定向波束，这可以提有效减弱基站发射功率标准，同时还可以减少小区内其他用户的多址影响。

四、结束语

4G移动通信系统相比于3G系统具有更为显著的优势，在现代移动通信中的应用将会越来越广泛。因此，移动通信技术开发和研究人员应当充分发挥4G移动通信技术的优势和特色，在系统的关键技术上实现更高的突破，以满足更高的用户需求和体验。

参 考 文 献

[1] 谢景贤. 4G通信技术的创新与发展[J]. 信息通信. 2012，05（35）：57-58

[2] 孙威. 4G移动通信关键技术浅析[J]. 科技致富向导. 2011，06（10）：61-62

[3] 郭鑫. 第四代移动通信（4G）关键技术[J]. 中国新技术新产品. 2011，13（14）：74-75

[4] 弓丞. 移动通信系统的发展历程与展望[J]. 科技资讯. 2010，12（29）：62-63