4G移动通信关键技术的应用及发展前景

姚志刚

【摘要】 目前，随着我国通信技术的飞速发展，移动通信用户数量不断增多。在移动通信业务中，4G移动通信技术由于具有传输率高、通信方式灵活、智能化程度高和覆盖范围广等优点，从而在人们生活和工作中得到了广泛的应用。本文简要地阐述了4G移动通信网络体系，从中总结了4G移动通信技术特点，在此基础上针对4G移动通信关键技术的应用建筑了分析与研究，最后提出了移动通信技术的发展前景。

【关键词】 4G移动通信 通信技术 体系结构 关键技术

随着通信技术的发展，人们对于移动通信业务的需求量不断增多，主要包括动态高速率传输业务、无缝漫游业务服务，但这些需求在基于3G移动通信技术背景下还未能实现。而4G移动通信技术的出现，将4G移动通信系统与MIMO网络和无线局域网络相结合，可以达到lOOMbit/s的数据传输率，同时可以实现不同类型的移动通信业务和无线网络与系统之间的无缝连接。。

一、4G移动通信网络体系

4G移动通信系统被人们称为广带接入分布式网络，主要包括无线局域网、有线宽带接入网、广域广播网和3G移动通信网络等，使用4G移动通信系统的终端用户能够在不同网络环境下自由切换，4G移动通信系统网络体系如图1所示。

由图1所示，4G移动通信网络架构能够使终端用户在2G网络、3G网络、无线网络、宽带网络和4G网络之间实现无缝漫游。在不同无线网络平台之间，即使用户跨越了不同频带，4G移动通信依然可以提供高效的无线网络连接服务，用户可以在任意环境以宽带连接的方式接入到互联网中，实现个人定位、远程控制、数据传输等功能。

二、4G移动通信技术特点

2.1 传输速率高

4G移动通信网络传输速率高，与其他移动通信网络相比，第一代移动通信网络仅能提供语音通话服务；第二代移动通信网络的数据传输速率仅有9.6Kbps；第三代移动通信网络的数据传输速率可达2Mbps； 4G移动通信网络传输速率高达lOOMbps/s，4G移动通信网络的传输速率是目前手机网络传输速率的10000倍。

2.2 通信方式灵活

4G移动通信手机的功能已经不仅仅是“电话通信”，语音通话只是4G移动通信手机功能的其中之一。因此，4G移动通信手机可以说是一台小型掌中电脑，4G移动通信手机在外形设计方面也具有较大突破，任何物品都有可能是4G移动通信终端，因此目前仍然没有对4G移动通信手机制定统一名称。4C移动通信环境下，人们可以随时随地进行网络通信，实现双向网络的信息传递、影像交互、联机游戏等。

2.3 智能化程度高

4G移动通信技术具有较强的智能性，4G移动通信技术的智能化应用不仅体现在功能操作和外观设计方面，4G移动通信技术还可以实现目前很多无法设想的功能。例如，4G移动通信手机能够根据用户定位信息提醒用户处理相关事宜，或者在此位置避免做出哪些行为等，同时，4G移动通信手机可以当做掌中笔记本电脑使用，来观看直播体育赛事等节目。

2.4 多媒体通信质量高

4G移动通信技术可以充分弥补3G移动通信技术的现有不足，4G移动通信技术提供的无线网络多媒体通信服务可以将语音信息、图像信息和视频信息等利用宽频信道进行传输，4G移动通信技术的诞生不仅是由于众多用户的实际需求，更是因为海量多媒体数据信息的日益增多。4G移动通信技术可以容纳海量移动通信用户，改善网络通信质量，提高数据传输速率。

三、4G移动通信关键技术应用探讨

3.1 OFDM技术

4G移动通信系统主要以OFDM技术（正交频分复用）为核心，OFDM技术本质是多载波调制技术之一。OFDM技术日益受到通信领域专家学者的关注，主要是因为OFDM技术拥有以下优势：

第一，具有较高的频谱利用率。4G移动通信系统的频谱效率高出其他串行系统1倍，由于OFDM信号的相邻子载波形成重叠，由此，频谱利用率几乎可以达到极限。

第二，具有较强的抗衰落能力。利用0FDM技术可以将用户信息置于不同子载波进行网络传输，使子载波信号与相同速率的单载波信号时间长，因此，OFDM技术有良好的抗噪声和抗衰落能力。

第三，具有较高的传输速率。OFDM技术的自适应调制机制可以使多路子载波根据自己所在信道的实际情况选择不同的调制方式。当传输信道情况良好时，可以采用高效率的信号调制方式；当传输信道情况较差时，可以选择抗干扰、抗噪声能力强的信号调制方式。

3.2 智能天线技术

4G移动通信的智能天线技术选择的是SDMA技术（空时多址技术），利用不同信号在传输信道上传输方向不同的差异性，将频率相同、时隙相同和码道相同的传输信号进行区分，改变传输信号的覆盖范围，以主波束与用户相对，零陷与干扰信号方向相对，实现环境变化的自动监测，为终端用户提供优质的传输信号，真正消除和抑制干扰噪声信号。通过智能天线技术可以有效改善信号质量，增加数据传输容量。

3.3 MIMO技术

MIMO技术采用分立式多天线技术，以此实现空间分集，将一个网络通信链路分解成为多个并行的通信子信道，从而提高网络带宽的数据容量。信息理论已经证明，当不同的接收天线和发射天线之间没有关联关系时，MIMO技术可以提高移动通信系统的抗干扰、抗噪声和抗衰落能力，以此获得巨大的数据传输容量。在无线网络传输信道中，利用MIMO技术可以提高数据传输速率、扩充传输容量。

3.4 软件无线电技术

在4G移动通信系统中，如果想要实现用户在任何环境下可以随时接入无线网络的通信方式，必须保证用户移动通信终端接口可以适应不同类型的无线网络接口，才能使用户在不同网络环境下进行业务切换、实现无缝漫游。由此可见，在4G移动通信系统中，软件应用程序将会越来越复杂，通信领域专家提出利用软件无线电技术，软件无线电技术是近几年来的新型技术，是以数字信号处理为技术核心，以无线电微电子技术作为技术支撑。软件无线电技术概念的提出受到了移动通信领域专家的关注，其内在的市场价值更是受到了通信运营商的广泛关注。

3.5 多用户检测技术

4G移动通信系统用户终端和信号基站都需要利用多用户检测技术来提高移动通信系统容量。多用户检测技术的思想理念是：将同一时间内占用传输信道的全部用户的信号均作为有用信号，不再将其作为噪声干扰进行处理，利用各种信息技术对有用信号进行处理，实现对多用户信号的联合检测。多用户信号检测技术是基于传统信号检测技术之上实现的，利用造成噪声干扰的用户信号实施检测，以此降低移动通信系统对于功率控制准确度的要求，有效利用传输信道的信息资源，扩充系统数据容量。

四、4G移动通信技术的发展前景

目前，全球移动通信用户数量已经超过了45亿人次，占全球总人口数量的70010，移动通信技术的发展实现了人与人之间的沟通互联，4G移动通信技术将可以实现人与互联网、移动终端的互联。

随着3G移动通信技术的发展，智能手机和平板电脑的产生，这些智能化终端设备基本已经满足了用户的网络需求，4G移动通信技术的应用将彻底改变人们现有的上网模式，集可视化、多媒体化和数字化于一体，通过高速的数据传输效率转变人与人之间、人与网络之间的联通关系，将真正步入高速无线互联网时代。