1、浅析 4G 移动通信技术的要点和发展趋势摘要：本文通过对 4G 移动通信技术的简述、特点、关键技术、网络结构四个方面对 4G 移动通信技术的要点进行了详细描述，并针对市场规模、技术发展、未来标准等方面对 4G 移动通信技术的发展趋势进行了展望。 关键词：4G 移动；通信技术；要点；发展趋势 中图分类号：E965 文献标识码：A 0 前言 根据国际电信联盟（ITU）的标准，世界上各大电信公司都已经提出了 W-CDMA、TD-CDMA、CDMA2000 等第三代移动通信系统方案，但是 3G 还存在着很多局限性，如不能支持较高的通信速率、不能真正实现不同频段的不同业务环境间的无缝漫游、还不能提供动态
2、范围多速率业务，因为 3G 系统存在以上几个局限性，所以许多通信公司开始着手对 4G 移动通信技术进行研究。 4G 移动通信技术的要点 1.1 4G 简述 二十一世纪初，已经投入使用的 3G 系统 IMT 一 2000 在室内情况下可提供 2Mbits 的速率，车载情况下可提供至少 144kbits 的速率，发展潜力大、市场前景广、覆盖范围大、数据率高等成为当今移动通信系统的发展特点和方向。虽然 3G 系统标准比现有无线技术更强大，但是也面临着标准不兼容、竞争等诸多问题，人们强烈呼吁统一的移动通信标准来解决兼容问题，目前，ITU 已开始研究制定 4G 系统标准，把无线局域网（WLAN）和移动通
3、信系统结合起来，进而产生 4G 技术。4G 技术不仅用来解决兼容问题，还可以实现局域网、WLAN、蓝牙、视卫星通信和广播等无缝衔接，4G 技术具有更高的安全性、灵活性、智能型、还具有更高的服务和传输质量、频谱利用率和数据率。4G 系统应该体现移动与IP 网络、WLAN 不断融合的发展趋势，因此 4G 通信系统应使一个全 IP 的网络1。 1.2 4G 移动通信技术特点 作为一个多功能集成宽带移动通信的系统，4G 比 3G 更接近于个人通信，其主要特点有：速率更高，信息传输速率要从 3G 的 2Mbits 提高到 10Mbits；灵活性强，针对各种不同的复杂环境，4G 可采用智能信号处理技术进行
4、信号的正常收发；业务多样性，4G 能提供个人通信、广播、信息系统、娱乐等各种标准的通信业务；兼容性能更平滑，通过 4G标准的制定可以解决移动通信的兼容问题；自治的网络结构，4G 网络可以动态改变、自动管理自己的结构来满足系统发展变化的要求；技术基础好，4G 将以无线接入、OFDM、软件无线电等突破性技术为基础，提高系统可实现性和频率使用效率；4G 可以利用无线接入技术随时随地的移动接入；用户共存性，根据信道条件和网络的状况，4G 可进行自适应处理，以满足多类型用户的需求；4G 通信费用更加便宜2。 1.3 4G 移动通信技术的关键技术 1.3.1 正交频分复用（OFDM ）调制技术 OFDM
5、是一种无线环境下的高速传输技术，它满足了高信元速率、高传输质量、高数据传输速率等需求。OFDM 技术的主要原理是在频域内把定信道分成许多正交子信道，每个子信道上用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，各个相对平坦的子信道上进行的是窄带传输，信道带宽大于信号带宽，大大消除了信号波形对信号的干扰。OFDM 技术的频谱利用率高比串行系统高近一倍；OFDM 技术将用户信息经由多个子载波进行传输，使 OFDM 的抗衰落能力加强3；除噪声干扰之外，抗码间干扰(ISI)是数字通信系统中最主要的干扰，它是一种与加性的噪声干扰不同的乘性干扰，OFDM 的抗 ISI 能力强；OFDM 自适应调制机制可以使不同的子
6、载波根据不同的噪声背景和信道情况使用不同的调制方式，信道条件差采用抗干扰能力强的调制方式，信道条件好采用效率高的调制方式。1.3.2 软件无线电（SDR）技术 经过一个通用的硬件平台，利用软件加载方式将模块化、标准化的硬件功能实现各类无线电通信系统的开放式结构技术就是软件无线电。软件无线电的核心思想是：构造一个具有标准化、模块化、开放性的通用硬件平台，用软件来完成调制数据格式、加密模式、解调类型、工作频段、通信协议等各种功能，并在尽可能靠近天线的地方使用宽带 AD和 DA 变换器，以研制出具有高度开放性和灵活性的新一代无线通信系统1。其中，主要涉及的技术有数字信号处理(DSP)、现场可编程器件
7、(FPGA)等；软件系统主要包括调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信号流变换软件、信源编码软件等4。SDR 技术是通向未来 4G 移动通信的桥梁。 1.3.3 智能天线(SA)技术 SA 技术被认为是未来移动通信的关键技术，其具有自动跟踪、抑制信号干扰、数字波束调节等功能。SA 技术的基本原理是无线基站端使用基带数字信号处理器，按照一定算法合并各天线链路上接收到的信号并实现上行波束赋形，同时，使用相干无线和天线阵实现射频信号的收发。目前，基于预多波束的波束切换方式和全自适应方式是 SA 技术的两种主要工作方式2。 1.3.4 多输入多输出（MIMO）技术 MIMO 技术指利用多接收、多发射进
8、行空间分集的技术，即在移动终端和基站都有多个天线，MIMO 技术采用分立式多天线对通信链路进行有效分解，分解为很多并行的子信道。MIMO 技术还能够为系统提供空间分集增益和空间复用增益，并提供很高的频谱利用率，改善无线信道的性能，大大提高了无线系统的覆盖范围和容量3。 1.3.5 多用户检测技术 4G 系统的基站和终端将使用多用户检测技术提高系统的容量，多用户检测技术核心思想是综合利用多个用户的码元、信号幅度、时间等信息，对接收到的所有信号及信息进行联合检测。现有的多用户检测算法中存在一些缺陷和不足，算法中幅度、定时、频率等一些参数估计有误时，影响到相关矩阵，进而影响到整个系统性能。多用户检测
9、技术还需要进一步研究。 1.3.6 IPv6 技术 IPv6 技术可以实现巨大的地址空间，可支持有状态和无状态两种地址自动配置的方式，可以提供不同的服务、提高服务质量，在新服务和新功能方面可提供更大的灵活性、移动性强4。 1.4 4G 网络结构 4G 网络结构可分为应用网络层、中间环境层、物理网络层三个层次。4G 网络结构的特征包括：有一个灵活开放的结构、易于扩展；支持现有、将来系统通用接入的基础结构；是一个自适应网络；拥有一个智能化的环境、可满足用户的各种需求；支持网络技术和接入技术各自独立发展；在高速移动中，能够按需接入系统；与 Internet 集成统一。 4G 移动通信技术的发展趋势
10、2.1 市场规模 目前，移动运营商需部署更多的基站，以达到 4G 网络所需要达到的速率要求，多种技术的融合使 4G 的下载速度有着很大的提高，亚洲的韩国、日本以及我国都要在最近两年完成完成 4G 的商业化测试，实现 4G商用。 2.2 4G 移动通信技术的发展 从 4G 移动通信技术的发展前景来看，除了 OFDM、软件无线电、智能天线等关键技术以外，还包括了可重构性自愈网络、多用户识别和交互干扰抑制、无线接入网(RAN)、微微无线电接收器等一些相关技术，这些技术可采用智能处理器处理纠正网络故障、实现了大容量、高速度、低比特成本的目标、确保了高质量信号和服务质量。 2.3 4G 未来标准 201
11、2 年 1 月 18 日，由国际电信联盟无线电通信权贵审核通过的LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced（802.16m）两个 4G 标准，满足了 IMT-Advanced 的要求，其中，我国提出的 TD-LTE Advanced 作为 LTE-Advanced 标准分支之一入选。LTE-Advanced 是 LTE 在版本 8 基础上进一步完善的版本、也是 3GPP 在 Release 10（ R10）以及之后的技术版本，LTE Advanced 技术可以完全兼容 LTE，并实现了宽带的移动业务。802.16m 实际上就是 WiMax（802.16e）的升级版本，其
12、不仅可以兼容未来的 4G 无线网络、提高 VOIP 和数据容量、提高频谱效率、还能节省功耗、增强低时延 QoS。以 LTE 为代表的移动通信技术和以 WiMAX 为代表的宽带无线接入技术之间的界限变得模糊，WiMAX-Advanced 逐步实现移动的宽带业务。WiMAX-Advanced 和 LTE-Advanced 的融合度越来越高，这也是未来固定网络和移动世界的发展趋势。 结束语 目前，4G 通信技术是人类有史以来最为复杂的技术系统，想要广泛的全面实施 4G 通信技术还会遇到一些困难，它的发展将会面临巨大的市场压力。一些经济发达国家积极研究 4G 技术，研究内容主要包括用户切换、网络结构、
13、漫游等移动环境下的技术，以突破 3G 的局限，早日实现由 3G 到 4G 的转换以及移动通信用户的大范围移动，使 4G 通信技术真正应用到人们的生活和工作中。移动通信技术和宽带无线接入的融合将成为 4G 移动通信技术发展的重要趋势，也是各大通信公司努力奋斗的目标。参考文献 1 毕研珍.4G 移动通信技术浅谈J.兰州交通大学：高校园地，2009，3（1）:56-58. 2 李明浩.4G 移动通信技术简析与发展预期J.信息技术，2010（8）:283-284. 3 王金妹.中国移动通信 4G 发展前景分析 J.科技风，2010(7):269. 4 曹连江. 浅谈无线通信技术的发展前景J. 佳木斯教育学院学报,2011(2):412-414.
