4G的演进方向及其关键技术对比分析.doc

1、4G 的演进方向及其关键技术对比分析摘要：目前，移动通信高速发展，全球 4G 竞争激烈。本文针对目前 3G 的四个标准 WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、WiMax 着手，阐述了各自相应的 4G 演进标准。并对其关键技术进行对比分析。 关键字：演进、关键技术、4G 中图分类号： TN929.5 文献标识码： A 文章编号： 一、演进方向 4G 是第四代移动通信的简称，是集 3G 与 WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像，且图像传输质量与高清电视不相上下。4G 系统能够以100Mbps 的速度下载，比拨号上网快 2000 倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无

2、线服务的要求。 同属 3GPP 阵营的 TD-SCDMA 和 WCDMA 的演进方向为 LTE，而属于3GPP2 阵营的 CDMA2000 则向着 UMB 的方向演进。由于 UMB 提前出局，CDMA 向 LTE 演进。WiMax 则继续着自己的步伐，向着 WiMax（802.16m）演进。 图 1：4G 演进图 二、关键技术 目前对 4G 通信系统的描述主要有以下几方面： (1)建立在新频段上的无线通信系统，基于分组数据的高速率传输，承载大量的多媒体信息，具有非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、QoS 机制、很低的比特开销等功能； (2)真正的全球统一通信系统，基于全新网络体制的系，能使

3、各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游； (3)融合数字通信、数字音/视频接收和因特网接入的崭新的系统，用户能够自由的选择协议、应用和网络，让 ASP 及内容提供商能提供独立于操作的业务及内容。 下面将分别介绍几种 4G 通信系统中的关键技术。 2.1OFDM 技术 第四代移动通信以 OFDM 为核心技术。OFDM 是基于物理层的一种多载波调制技术。其核心思想是将信道分成若干个正交子信道，每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了

4、符号间干扰。 2.2MIMO 技术 多天线收发技术(MIMO)可以大大增加无线通信系统的性能，它利用空间中增建的传输信道，在发送端和接收端能够多天线(或天线阵列)同时发送信号。由于各发射天线同时发送的信号占用同一频带，所以并未增加带宽，因而能成倍的地提高系统的容量和频谱利用率。 2.3 智能天线技术 自适应阵列智能天线，利用基带数字信号处理技术，通过先进的算法处理对基站的接收和发射波束进行自适应赋形，从而降低干扰。其有优点是：能够提高输入信号的信噪比，能识别不同入射方向的直射波和发射波，具有较强的抗多径衰落和同信道干扰的能力；增强了系统抗频率选择性衰落的能力；智能天线自适应调节天线增益，可以很

5、好地解决远近效应的问题。同时可以降低系统的整体造价，具有一定经济效益，可广泛应用到未来的移动通信系统中。 2.4 软件无线电技术 所谓软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用的硬件平台，利用软件加载的方式来实现各种类型的无线电通信系统，是一种具有开放式结构的新技术，使无线通信系统具有软件可移植性和功能可编程性，使系统互联和功能升级非常方便。 2.5 切换技术 切换技术应用于移动终端在不同小区，不同频率之间的通信或者信号降低信道选择等情况，是提高移动通信可靠性的关键技术。切换技术主要有软切换和硬切换。在 4G 中，软切换将广泛使用，并朝着软硬切换结合的方向发展。 2.6 多用户检测

6、技术 4G 移动通信系统是基于码分多址的 CDMA 技术，多址干扰问题是宽带CDMA 通信系统的一个主要干扰。多用户检测技术是充分利用造成多址干扰的所有信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有很强的抗干扰性能，解决了远近效应的问题。这样就更加有效地利用了链路频谱资源。2.7 高性能的接收技术 为了实现 4G 移动通信系统性能指标，需要高性能的接收机。根据Shannon 定理，对于现有的 3G 系统，如果信道带宽 5MHz，数据速率为2Mbs，所需要的信噪比为 1.2dB；如果是 4G 系统，在 5MHZ 的带宽上传输 20Mbs 的数据，则要求的信噪比是 12dB，由于 4G 系统的数据速率

7、较高，对接收机的性能也是一个挑战。 2.8 移动 IPV6 4G 通信系统选择了采用基于 IP 的全分组的方式传送数据流，因此IPv6 技术将成为下一代网络的核心协议。选择 IPv6 协议主要基于两点的考虑，一点是足够的地址空间，另外一点是支持移动性管理，这两点是IPv4 不具备的。除此以外，IPv6 还能够提供较 IPv4 更好 QoS 保证及更好的安全性。 三、对比分析 由于高通停止 UMB 研发，LTE 和 802.16m 两大技术入围 4G 标准备选提案。下面就以 LTE 与 WiMAX 进行比较分析。 3.1 调制技术 为了适应不断变化的无线信道，WiMAX 和 LTE 都采用了多种

8、调制方式，同时都可以根据无线信道质量的变化，动态改变调制方式，以使得传输的性能最优。WiMAX 采用了 BPSK、QPSK、16QAM 和 64QAM 四种调整方式。LTE 标准下行方案包括 OFDMA 和 MC-WCDMA。OFDMA 目前是最有可能采用的物理层技术。而上行包括 SC-FDMA 和 OFDMA 两种接入方式。 3.2ARQ 机制 由于无线移动信道具有时变和多径导致的衰落特点，常有较高的误码率。因此为了减小高层重传，提高正确接收的概率，降低时延，WiMAX和 LTE 都采用前向纠错（FEC）和自动重传请求（ARQ）两种差错控制方法以确保服务质量，而 LTE 更进一步采用了 HA

9、RQ 机制。 3.3 资源调度机制 为了能够高效的利用无线资源，WiMAX 和 LTE 都采用了有效资源调度机制。WiMAX 的 MAC 层支持点对多点的宽带无线接入应用，主要是在上行和下行链路上进行高速传输。 LTE 采用多种资源调度方式来保障网络的高效运行，主要包括以下方面：无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、分组调度、小区间干扰协调、负荷均衡。 3.4 网络结构 WiMAX 的网络结构包括接入网络（ASN）和连接服务网络（CSN） 。ASN的功能是管理空中接口。CSN 可以作为全新的 WiMAX 系统的一个新建网络实体，也可利用部分现有网络设备实现 CSN 功能。LTE 采用由

10、NodeB 构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。 与传统的 3GPP 接入网相比，LTE 减少了 RNC 节点。名义上 LTE 是对3G 的演进，但事实上它对 3GPP 的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的 IP 宽带网结构。 四、总结 WiMAX 最大优势是比 LTE 开发进度领先两年，在向一系列运算设备提供宽频无线接取的竞赛中，第一阶段已被 WiMAX 赢得，且技术已经准备，WiMAX 称得上是已经准备就绪的技术，并在这场 4G 的争夺战中蓄势待发，但未有强大现存基础设备的新市场，即使在许多已发展国家中，LTE 技术已被认为是语音和数据服务的长期统一者，不过 LTE 仍然需要大量试验。LTE 技术在语音网路顶层重叠中，使得利用现有的基础设备传输语音流量成为可能。 从两大阵营的动作可见，未来进入 4G 通信时代将是必然，然而 LTE技术与 WiMAX 技术的市场争夺战也将愈发激烈。 参考文献 1张克平，LTEB3G/4G 移动通信系统无线技术，电子工业出版社，2008 2赵训，3GPP 长期演进(LTE)系统架构与技术规范，人民邮电出版社，2010