第四代移动通信技术的发展观望.doc

1、第四代移动通信技术的发展观望摘要：在 3G 通信技术应用普及并蓬勃发展的时候，通信行业应该具有前瞻意识和危机意识，应该紧跟国际通信技术发展的先进水平，着眼于突破技术高点、实现标准控制，积极推进 4G 移动通信技术的研究和开发工作。本文简述了 4G 移动通信技术的概念和特点，在此基础上，对4G 移动通信技术发展趋势进行了分析及预测。 关键词：4G 移动通信技术；智能网；网络结构；关键技术；发展趋势 中图分类号：TN915.5 文献标识码：A 文章编号： 引言 各类移动终端设备（包括手机、笔记本、平板电脑、POS 机甚至包括车载电脑）是当前 IT 领域内发展速度最快的板块，其发展趋势是高性能、低功

2、耗、小型化和无线互联。可以确定，高速数据通信能力和无线网络互联能力是移动终端设备性能评价的重要方面，因此，无线通信技术的进步对移动终端设备发展的意义就显得非同一般。第四代移动通信技术 (fourth-generation，4G)的出现对移动终端设备产业的发展带来了前所未有的新机遇，包括 Microsoft 、Intel 和 Apple Inc 在内的各大电子高科技企业已纷纷把目光投向移动通信领域。本文对 4G 的相关知识和技术热点进行了介绍、分析，结合移动终端设备技术的发展现状及相关数据进行讨论，最后对未来技术的发展进行了展望。 1、4G 移动通信技术概述 1.1 4G 的产生和演进 第一代移

3、动通信没有国际性标准，以模拟技术为主，只提供话音业务；第二代移动通信主要有两大国际标准 GSM 和 CDMA，已经全数字化，除话音外，可传输低速的数据业务，可以漫游；第三代移动通信主要有WCDMA、CDMA2000 和 TD-SCDMA 三大主流国际标准，将无线通信与多媒体技术结合到一起，能够比较快速地处理声音、音乐、图像、视频流等多种形式的数据，并提供与互联网连接的多种信息服务。 已经被国际电信联盟接纳为候选方案的，被认为是移动通信向 4G 演进的最主要的技术标准主要有 WiMAX、LTE 和 UMB 这 3 种。所谓的移动通信是指在移动用户之间或者是移动和固定用户之间的通信技术。随着电子技

4、术和计算机网络技术的不断发展，移动通信技术也得到了发展。目前移动通信已经成为人类不可缺少的通信方式。 1.2 4G 的概念 第四代移动通信技术可称为宽带接入和分布网络, 具有超过 2Mbit/s 的非对称数据传输能力。它包括宽带无线固定接入, 宽带无线局域网( WLAN) , 移动宽带系统和互操作的广播网络。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带网络中提供无线服务,可以在任何地方宽带接入互联网( 包括卫星通信和平流层通信) , 能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外, 4G 将是多功能集成的宽带移动通信系统, 也是宽带接入 IP 系统, 即 4G 将是多种无线技

5、术的综合系统。它融合了现有 3G 的增强技术, 集 3G 网络技术和无线 LAN 系统为一体。 2、4G 移动通信的关键技术 2.1 调制与编码技术 4G 移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G 移动通信系统采用更高级的信道编码方案、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低 Eb/N0 条件下保证系统足够的性能。 2.2 OFDM 技术 最适 4G 系统的多址方法是 OFDM 技术，该技术的思想是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用 1 个子载波进行调制，并

6、且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间的干扰。2.3 软件无线电技术 为了实现无缝接入和透明业务, 用户终端必须是可多模、多频带操作, 而且必须能自动进行模式识别, 并可在用户和网络指示下或根据用户业务及 QoS 要求, 自适应地进行模式切换以及相应的一系列操作。目前, 对可配置终端的研发主要基于软件无线电技术, 软件无线电技术被认为是可以将不同形式的通信技术有效联系在一起的唯一技术。软件无线电是计算机与数字信号处理技术高度发展及军事通信迫切要求的产物。所谓软件无线电就是利用软件来实现无线电通信系统中的各种功能, 是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台,利用软件加载方式来

7、实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。通过下载不同的软件程序, 在硬件平台上可以实现不同的功能, 用以实现在不同的系统中利用单一的终端进行漫游,它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。 2.4 智能天线 智能天线的主要作用是抑制信号的干扰可以自动的进行跟踪和数字波束的调节等。可以满足数据中心和移动 IP 网络的性能要求。这种智能天线技术即改善了信号的质量又增加了传输的容量。 2.5 高性能的接收机 香农定理给出了在带宽为 BW 的信道中实现容量为 C 的可靠传输所需要的最小 SNR。按照香农定理可以计算出对于 3G 系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为 2Mb/s 所

8、需的 SNR 为 l.2dB；而对于 4G 系统要在5MHz 的带宽上传输 20Mb/s 的数据则所需要的 SNR 为 12dB。可见对于 4G系统由于速率很高对接收机的性能要求也要高得多。 2.6 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。在功率带宽受限无线信道中，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。 3、4G 的发展趋势 3.1 市场规划 （1）用户市场 2012 年 1 月份中国移动移动用户数增至 6.5544 亿，其中包括 53

9、94万 3G 用户。 中国联通的移动用户数升至 2.0289 亿，其中 3G 用户数为4307 万。 中国电信的移动用户数为 1.2925 亿，其中 3G 用户为 3870 万。TD-LTE 已经获得了国际运营商的大力支持。在正在举行的 2012 世界移动通信大会 GTI 峰会上，参会的运营商联合发布了 GTI 行动宣言，确定到2014 年使全球 TD-LTE 基站达到 50 万个，终端超过 100 款，覆盖人口超过 20 亿人的目标。 由于 4G 是多种技术的融合，能提供较高速率的数据流量，4G 的下载速度将比以往的系统性能有着较大飞跃。因此，可以说，4G 技术支持的终端必将是多模式、多频段

10、、支持多业务的智能终端，融合和共存是其发展趋势，可以预测，4G 将拥有庞大的用户市场。 （2）未来的移动终端设备 可以预计，未来的移动终端设备具备多种功能于一身。例如移动电话，将带有投影功能，拥有这部手机就相当于随身携带了一部电视和投影仪，开会时，无需电脑就能即刻演示 PPT，晚上回到家时，它能随时在每一面墙上播放存储在手机中的视频。又例如平板电脑，可能整合了语音控制功能，操作过程可以实现全语音控制，由于使用于高速率的 4G 通信技术下，可以流畅地和对方视频通话、接收电视节目、作为监控输出终端等。移动计算机将在 4G 移动通信技术主持下，实现更多综合运用功能。 （3）通信设备 为了达到 4G

11、网络所需要达到的速率要求，现在的移动运营商必须部署更多的基站。具专业人士估算，为达到 10 倍于 3G 的速率，4G 至少需要 3 倍于现有基站的数量。有消息表明，2013 年，中国移动计划进一步扩大 TD-LTE 网络的建设规模，在超过 100 个以上的城市进行设备采购和网络建设工作，预计基站规模达 20 万个，覆盖 3 亿人口。 4G 网络首先是原有基站上与 TD-SCDMA 等共享共用，在此基础上按需规划新增基站。共享共用成为重要工作之一，共享设备需要一定的条件。带宽要求：目前功放模块一般最多支持 30MHz，故共功放要求 TD 与LTE 工作在最大不超过 30MHz 的相邻频段内，即

12、LTE（20MHz）+TD（10MHz） 。 信号峰均比要求：TD 和 LTE 均为高峰均比（PAR）系统，共用后信号PAR 将进一步增加，对功放的线性度提出了更高要求。 功率要求：如果 LTE 也采用 8 通道的智能天线模式，根据目前 LTE中 20W 功率输出要求理论计算，共功放后要求每通道总输出功率达到 8W左右，以同时满足 TD-SCDMA 和 TD-LTE 要求，这对设备的散热设计构成一定的挑战。前端滤波器、LNA 一般可以做到上百 MHz 带宽，能完全实现跨频段共用。 3.2 商用时间 此前韩国、日本都表示，在 2010 年左右实现 4G 商用;日本在第 18届 WPSF 大会上建

13、议 4G 技术规范出台时间在 2010 年。我国工信部也曾透露，将于 2013 年开放国内 4G 牌照。第十四届高交会于 2012 年 11 月 21日在深圳闭幕，工业和信息化部 TD-LTE 专题馆成为本届展会的一大亮点，同期还举办了 TD-LTE 产业发展论坛。记者采访获悉，中国已形成较为完备的 TD-LTE 产业链，4G 发展正在提速。在深圳，由深圳移动建设的4GLTE 网至年底就将覆盖 90%以上的主城区，达到目前 3G 网络覆盖水平。值得一提的是，2012 年 12 月，移动将在香港推出 4G 商用网络，中国迈入 4G 时代的序幕已正式拉开。而业内人士指出，2013 年将成为内地 4G商用准备的关键之年。 参考文献： 1谢显忠.基于 TDD 的第四代移动通信技术M.电子工业出版社.2005. 2袁晓超.4G 通信系统关键技术浅析J.中国无线电期刊，2005.