淺析未來4G關鍵技術及挑戰

［摘要］第四代移動通信系統（4G）未來的發展及演進問題成為當前研究的熱點，以OFDM技術、智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術、軟件無線電技術（SDR）為代表的4G技術的三大關鍵技術，要順利地把4G系統投入實際應用，會遇到技術和市場兩方面的挑戰。

［關鍵詞］B/S模式 三層架構 web應用程序

到目前為止，3G各種標準和規范已達成協議并已進入商用。然而我們同時也應該看到，3G系統也有其局限性，如：缺乏全球統一標準；3G所采用的語音交換架構仍承襲了第二代（2G）的電路交換，而不是純IP方式；由于受到多用戶干擾，CDMA難以達到很高的通信速率等。然而針對以上各種缺點，4G移動網絡的根本任務是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個運行網絡（平臺）之間或者多個無線接口之間，建立其最有效的通信路徑，并對其進行實時的定位和跟蹤。在移動通信過程中，移動網絡還要保持良好的無縫連接能力，保證數據傳輸的高質量、高速率。4G移動網絡將基于多層蜂窩結構，通過多個無線接口，由多個業務提供者和眾多網絡運營者提供多媒體業務。其核心網是一個基于全IP的網絡，因此核心網獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業務，能同已有的核心網和PSTN共存。各種針對不同業務的接入系統通過多媒體接入系統連接到基于IP的核心網中，形成一個公共的、靈活的、可擴展的平臺，如圖所示。

一、對4G技術的三大關鍵技術進行探討：

1. OFDM技術

OFDM是4G系統最為合適的多址方案，該技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應地分配傳輸負荷，這樣可優化總的傳輸速率。OFDM技術還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統中由于各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。

2. 智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）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。智能天線成形波束能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發信機來實現射頻信號的接收和發射。同時通過基帶數字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應方式和基于預多波束的波束切換方式。

3. 軟件無線電技術（SDR）

軟件無線電技術被認為是可以將不同形式的通信技術有效聯系在一起的唯一技術。在4G移動通信系統中，軟件將會變得非常繁雜。為此專家們提議引入軟件無線電技術，將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信的橋梁。軟件無線電技術能夠將模擬信號的數字化過程盡可能地接近天線，即將A/D和D/A轉換器盡可能地靠近RF前端，利用DSP進行信道分離、調制解調和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個無線電通信平臺，在平臺上運行各種軟件系統，以實現多通路、多層次和多模式的無線通信。

二、把4G系統投入實際應用，會遇到技術和市場兩方面的挑戰

1. 4G系統所運用的各種核心技術還不完善，這些技術的逐步完善是一個長期的過程。另外移動IP環境下的QoS所使用的綜合業務/RSVP技術和區別型業務技術也是有待解決的重要問題之一。而且這些技術在移動IP平臺上并不是最優的。

2. 4G系統所標稱的最大速度，在實際應用中，很難達到理論值。人們對未來的4G通信的需求是它的通信傳輸速度將會得到極大提升，從理論上說最高可達到100Mbps，但手機的傳輸速度將受到通信系統容量的限制。

3. 4G的發展實施還要受到市場壓力的影響。有專家預測，在10年以后，2G的多媒體服務將進入第三個發展階段，此時覆蓋全球的3G網絡已經基本成形，全球至少有25%以上的人口使用3G系統，到那時，整個行業正在消化吸收第三代技術，利用4G相關技術對3G進行改進與完善的工作也會同時進行，對于4G系統的接受還需要一個逐步過渡的過程。另外在過渡過程中，號稱5G的技術隨時都有可能威脅到4G的盈利計劃。

4. 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4G投入到實際應用，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，從而在一定程度上會減緩4G正式進入市場的速度。

雖然4G系統的發展道路是坎坷的，其中也充滿了變數。但是隨著新技術和新需求的不斷出現，4G必然會取代3G，成為未來移動通信領域的主導技術，4G一定會使我們未來的移動通信事業前景更美好。

參考文獻：

[1]魏紅等，移動通信技術[M]， 北京：人民郵電出版社，2010

[2]季富坤，數據通訊與計算機網絡技術[M]，北京：水利水電出版社，2009

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