4G移动通信关键技术浅析

吴志芳

【摘要】 移动通信已成为当代通信领域内发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。本文概要介绍4G移动通信系统的主要特点和4G系统中采用的关键技术。

【关键词】 4G 移动通信 OFDM 软件无线电 IPV6版

一、4G概念通信技术特点

目前，业界专业人士对4G概念移动通信系统的共识主要有以下几点：（1）用户可以在任何地点、任何时间以任何方式不受限地接入网络中来；（2）移动终端可以是任何类型的；（3）用户可以自由地选择业务、应用和网络；（4）可以实现非常先进的移动电子商务；（5）新的技术可以非常容易地被引入到系统和业务中来。

根据以上描述，未来的4G系统应具备以下的基本条件。（1）具有很高的数据传输速率。对于大范围高速移动用户（250km/h），数据速率为2Mbit/s；对于中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbbit/s；对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。（2）实现真正的无缝漫游。4G移动通信系统实现全球统一的标准，能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝连接”，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。（3）高度智能化的网络。采用智能技术的4G通信系统将是一个高度自治、自适应的网络。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行结合的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。（4）良好的覆盖性能。4G通信系统应具有良好的覆盖并能提供高速可变速率传输。对于室内环境，由于要提供高速传输，小区的半径会更小。（5）基于IP的网络。4G通信系统将会采用IPv6，IPv6将能在IP网络上实现话音和多媒体业务。（6）实现不同QoS的业务。4G通信系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务。

二、4G概念通信关键技术探讨

（1）正交频分复用（OFDM）技术。第四代移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种。OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多独特的优点：（a）频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍。（b）抗衰落能力强。（c）适合高速数据传输。（d）抗码间干扰（ISI）能力强。（2）智能天线技术。目前，智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大、信道模型简单、收敛速度较慢，在某些情况下甚至出现错误收敛等缺点，实际信道条件下，当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实际跟踪。在基于预多波束的切换波束工作方式下，全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠，接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式，与自适应方式相比它显然更容易实现，是未来智能天线技术发展的方向。（3）MIMO技术。MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。（4）软件无线电（SDR）技术。在4G系统中，若要实现“任何人在任何地点以任何形式接入网络”的理想通信方式，则至少需要保证移动终端能够适合各种类型的空中接口，能够在各类网络环境间无缝漫游，并可以在不同类型的业务之间进行转换。这就意味着在4G系统中，软件将会变得非常复杂。为此，专家们提议引入软件无线电技术，软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术，它以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支持。软件无线电概念一经提出，就受到各方的极大关注，这不仅是因为软件无线电概念新技术先进、发展潜力大，更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的。未来4G技术需要适应不同种类的产品要求，而软件无线电技术则是适应产品多样性的基础，它不仅能减少开发风险，还更易于开发系列型产品。此外，它还减少了硅芯片的容量，从而降低了运算器件的价格，其开放的结构也会允许多方运营的介入。

三、结束语

尽管4G移动通信系统目前还只是一个基本概念，定义仍然还不明确，仍处于实验室研究开发阶段，在其他关键性技术上如：信道编码、高性能接收机技术等方面还不完善。但是，作为新一代移动通信技术，其发展的前景是不可限量的。4G技术的发展和实现，将真正实现我们充满个性化的通信梦想。