第四代移動通信（4G）關鍵技術

郭鑫

（中國聯合網絡通信有限公司長春市分公司，吉林 長春 130031）

對于第四代移動通信技術的界定，在通信行業內部有著不同的定義。一般認為第四代移動通信技術采用分布網路以及為廣帶接入的方式，非對稱數據傳輸能力高達2Mbps，能夠傳輸三維圖像，即使用戶在高速的移動過程中也可以獲得高質量的視頻傳輸服務。第四代無線通信技術與上代技術相比能夠實現種類更加豐富的功能，包括無線服務、以寬帶的方式接入互聯網，并能夠提供數據采集、遠程控制等功能。

1 第四代移動通信技術的特點

1.1 高速率

能夠為移動速度高達每小時250公里的用戶提供2Mb/s高速數據傳輸服務。而對于移動速度為每小時60公里的中等速度的用戶，數據的傳輸速率可以達到每秒20Mb。對于普通的步行以及處在室內的用戶，數據傳輸速率更是高達每秒100Mb。

1.2 以數字寬帶技術為主

第四代移動通信系統的傳輸波段采用毫米波，縮小的蜂窩小區的體積，從而可以極大的增加用戶的容量，與此同時也會有一些技術難題需要去進行解決。

1.3 良好的兼容性

第四代移動通信系統在世界范圍內采用統一標準，這樣全球范圍內不同運營商的手機用戶可以使用共同的4G服務，從而使任何一部4G手機在全球范圍之內都可以隨意進行通信。

1.4 較強的靈活性

智能技術在第四代系統通信系統之中被廣泛的采用，因此可以對資源進行優化配置，自動對整個系統的業務流量進行動態實時的調節，保證通信質量。能夠應對不同的復雜的通信環境，采用智能信號處理技術，保證信號的強度，智能化程度高，靈活性強。

1.5 多種業務的融合

以上代通信技術相比，第四代移動通信技術具有種類更加豐富多樣的業務形式，能夠傳輸高質量的視頻服務、電視電話會議以及虛擬現實等業務，最終實現用戶隨時隨地都可以及時的獲取自己所需要的信息。

1.6 高度自組織、自適應的網絡

高度的自組織性以及自適應性是第四代移動通信技術的一大特點，本身擁有很強的自我管理能力，可以依據不同用戶的業務進行動態的適應，從而滿足不同用戶的需求。

2 第四代移動通信關鍵技術

以上一代通信系統相比，第四代移動通信技術具有更高的復雜程度，需要大量的新興技術作為它的技術支撐，主要包括以下的一些關鍵技術。

2.1 接入方式和多址方案

隨著多媒體業務的興起和發展，高質量的、大規模的數據傳輸對網絡傳輸的速率有了更高的要求，這就對高信元速率以及較長的碼元周期的調制解調技術有了很高的要求。在這種背景之下，作為多載波調制技術組成部分的正交頻分復用技術應運而生，該技術是第四代無線通信技術的核心技術。正交頻分復用技術通過分解需要進行傳輸的串行數據流成為并行子數據流，然后對其進行調制，可以在無線的環境之中進行高速率的數據傳輸。

2.2 調制與編碼技術

在調制解調方面，第四代移動通信技術進行了創新，采用了多載波正交頻分復用調制技術以及單載波自適應均衡技術等。這些新技術的使用，可以有效地對用戶移動終端的電池壽命進行延長，同時還可以使頻譜利用率有較大的提升。在信道編碼方面，第四代移動通信系統也有所改變，采用更加先進的編碼方案，進而保證整個系統的性能。

2.3 高性能的接收機

與前代移動通信技術相比，在接收機方面，第四代移動通信系統有著更加高的要求。按照Shannon定理,對于3G系統如果信道帶寬為5MHz,數據速率為2Mb/s,所需的信噪比為1.2dB;而對于4G系統,要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數據,則所需要的信噪比為12dB。可見對于第四代移動通信系統,由于速率很高,對接收機的性能要求也要高得多。

2.4 智能天線技術

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能,被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線采用了空分多址(SDMA)的技術,利用信號在傳輸方向上的差別,將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區分,動態改變信號的覆蓋區域,使主波束對準用戶方向,旁瓣或零陷對準干擾信號方向,并能夠自動跟蹤用戶和監測環境變化,為每位用戶提供優質的上行鏈路和下行鏈路信號,從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量,因此,智能天線技術更加適用于具有復雜電波傳播環境的移動通信系統。

2.5 軟件無線電技術

軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實現各種類型的無線電通信系統的一種具有開放式結構的新技術。軟件無線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器,并盡可能多地用軟件來定義無線功能,各種功能和信號處理都盡可能用軟件實現。其軟件系統包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調制解調算法軟件等。軟件無線電使得系統具有靈活性和適應性,能夠適應不同的網絡和空中接口。軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站,能實現各種應用的可變QoS。

2.6 多用戶檢測技術

多用戶檢測是寬帶CDMA通信系統中抗干擾的關鍵技術。在實際的CDMA通信系統中,各個用戶信號之間存在一定的相關性,這就是多址干擾存在的根源。由個別用戶產生的多址干擾固然很小,可是隨著用戶數的增加或信號功率的增大,多址干擾就成為寬帶CDMA通信系統的一個主要干擾。傳統的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理,因而抗多址干擾能力較差;多用戶檢測技術在傳統檢測技術的基礎上,充分利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對單個用戶的信號進行檢測,從而具有優良的抗干擾性能,解決了遠近效應問題,降低了系統對功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源,顯著提高系統容量。隨著多用戶檢測技術的不斷發展,各種高性能又不是特別復雜的多用戶檢測器算法不斷提出,在4G實際系統中采用多用戶檢測技術將是切實可行的。

3 結束語

從移動通信技術由第一代發展到現在的三代來看，每次更新換代的間隔大概為十年，因此第四代移動通信系統的時代將的來臨將不會太遠。目前我國的3G系統建設尚處于起步階段,隨著3G牌照的發放,有可能馬上激起3G網絡建設的浪潮。盡管第四代移動通信技術有著比3G更強的優越性,可要是把第四代移動通信技術投入到實際應用,還需要對現有的移動通信基礎設施進行更新改造,這將會引發一系列的資金、觀念等問題,從而在一定程度上減緩第四代移動通信技術正式進入市場的速度。但可以肯定的是,隨著互聯網高速發展,第四代移動通信技術也會繼續高速發展,第四代移動通信系統將會是多功能集成的寬帶移動通信系統,是滿足未來市場需求的新一代移動通信系統。

[1]張明,張平,張建華.4G無線通信系統的信道特性[J].移動通信,2004(10).