4G移动通信关键技术及其展望探究

黄静　朱欣远

【摘要】 近年来，随着我国通信行业的迅速发展，4G通信技术在各行业中得到了广泛的应用与推广。4G移动通信技术是3G移动通信技术的升级，其通信技术具有传输速度高、安全性高、技术保障能力强、更有人性化等方面的优点，成为移动通信行业的主导技术，满足了用户的基本需求。文章结合笔者的工作实践，阐述了4G移动通信技术的概念和特征，在此基础上，针对4G移动通信关键技术进行了探讨，并提出了其技术的展望，以供通信人员参考借鉴。

【关键词】 4G 移动通信技术 网络结构 关键技术 发展趋势

随着我国通信业的发展，3G通信技术的发展给用户带来了前所未有的体验，也给用户带来了丰富的应用，但3G通信系统的无线传输模式的传输速率和数据格式的限制制约了无线通信技术的发展，不能满足人们对无线通信的需求，因此人们提出了4G无线通信技术。4G技术是对当前3G技术的一次全新的革新和发展，它融合了3G通信技术的诸多优点，同时提供了更为高速的信息传输速度，为用户的多媒体业务提供了工作平台，同时具有更好的安全性和保密性，因此，在通信业得到广泛的应用。

一、4G移动通信技术的定义

目前，在通信行业内对4G移动通信技术没有统一的科学定义，一般依靠功能性描述作为4G移动通信技术的界定。 4G移动通信技术首先具有在任何地点和时间以可能的方式无障碍地接入通信网络。其次，4G移动通信用户具有选择业务、应用和网络的自由。第三， 4G移动通信技术可以实现移动电子商务的综合性业务。最后，4G移动通信技术可以适应其它网络、体系和系统，开展物联网的业务。

二、4G移动通信技术的特征

目前，4G 通信会使我们可以更加自由自在的沟通信息，改变我们现在的生活方式和工作方式。4G通信将具有下面的特征。

2.1 通信速度较快

4G通信给人印象最深刻的特征应该是它具有比3G快得多的无线通信速度。3G数据传输速率可达到2Mbps，而4G数据传输速率可以达到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以达到每秒高达100Mbps速度传输无线信息。在需要传送海量数据时，4G通信可以迅速完成，不需要用户长时间等待。

2.2 更宽的网络频谱

为了取得更快的数据传输速度，通信营运商必须在3G通信网络的基础上，进行大幅度的改进通信网络的带宽。未来的每个4G信道将占有100MHz的频谱，比3G的带宽增加20 倍。

2.3 具有灵活的通信方式及兼容性

目前，4G 通信将使我们不仅可以随时随地通信，双向下载传递资料、图画、影像，还可以像信用卡一样用于购物和提取现金。另外，4G移动通信技术的兼容性更好，不但具备全球漫游、接口开放的功能，还具有向下兼容各网络实现互联的特点。

2.4 提供各种增值服务

3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以OFDM技术为基础和核心，利用OFDM人们可以实现例如无线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB）等方面的无线通信增值服务。

2.5 实现高质量的多媒体通信

4G通信能满足高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，它包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去，是一种真正意义上的“多媒体移动通信”。3D视频技术也将会应用到4G通信上，可以在 4G手机上看立体的视频。

三、4G的网络结构

4G系统针对各种不同业务的接入系统，通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在 3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。其中，物理网络层提供接入和路由选择功能；中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等；而应用网络层是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务。

四、4G移动通信关键技术

4.1 正交频分复用（OFDM）技术

OFDM 技术是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。OFDM 技术具有频谱利用率高的优点，其频谱效率比串行系统高近一倍；OFDM技术抗衰落能力强，OFDM通过多子载波传输提高了对脉冲噪声的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技术适合高速数据传输，采用自适应调制机制使变化调制方式、信道和加载算法，提高信息传送的速率；OFDM 技术抗码间干扰能力强，用循环前缀的方式对抗码间的干扰。

4.2 智能天线技术（SA）

SA技术为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，被认为是未来移动通信的关键技术。SA技术成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器，对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。

4.3 软件无线电技术（SDR）

软件无线电是4G移动通信技术的微电子技术基础，以开放性的平台，方便的升级和重配置构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，允许多方运营的介入。

4.4 IPv6 技术

IPv6具有巨大的网络地址的空间方便为通信網络的所有设备提供一个全球惟一的地址； IPv6 方便实现自动配置， 获得一个全球惟一的路由地址； IPv6服务质量高于传统的IPv4， 便于形成基于服务级别的系统； IPv6具有移动性， 移动通信设备应用 IPv6 技术可以实现位置变化时通信质量不变。

4.5 多输入多输出技术（MIMO）

MIMO技术是指在基站和移动终端都有多个天线。MIMO技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益，已成为该领域的研究热点。MIMO技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。

五、4G 移动通信技术的展望

据统计，全球的移动通信用户终端数量高达45亿，占地球上总人口的四分之三，移动通信技术实现了人与人的互联，未来的4G 移动通信技术将实现人与互联网移动通信与互联网的互联3G移动通信技术推动了智能手机和掌上电脑的发展，应用手机和PDA等终端设备上网已经成为用户的基本需求，而未来的4G移动通信技术将改变现状用计算机上网的习惯，基于4G网络的高速数据传输效率，未来的移动通信中可视化多媒体化将成为趋势，更丰富的4G移动通信应用将改变未来人与人、人与物、人与网络之间的联通关系，人类将真正进入无线互联时代。

六、结语

综上所述，4G移动通信技术作为不远的未来移动通信的发展趋势，必然成为影响人们生活的又一重大变革，将对社会发展产生重要影响。因此我们应当抓住机遇、迎接挑战，争取在4G移动通信领域掌握先机，专研和开发4G移动通信技术，为未来4G 移动通信的发展和推广作出应有的贡献。

参 考 文 献

[1] 孔丽南. 4G概念移动通信关键技术浅析[J]. 黑龙江科技信息，2011（19）

[2] 郭鑫. 第四代移动通信（4G）关键技术[J]. 信息技术，2011（11）