第四代移動通信技術發展分析

摘要：本文簡重點論述了第四代移動通信系統（4th Generation 4G）的概念及相關技術，并指出其今后的發展趨勢。

關鍵詞：移動通信技術：4G；網絡結構

1、4G移動通信的技術特點

（1）高速率。4G的信息最大傳輸速率超過100Mbit/s，是移動電話數據傳輸速率的1萬倍。（2）靈活性強。（3）兼容性好。目前的移動通信標準有GSM、CDMA和TDMA三大分支，可通過4G標準的演進來解決兼容問題。（4）用戶共存陛。（5）業務多樣性。未來通信中所需的是多媒體通信：個人通信、信息系統、廣播和娛樂等將結合成一個整體。（6）技術基礎較好。（7）自治的網絡結構。4G可自動管理、動態改變自己的結構以滿足系統變化和發展的要求。

2、4G通信系統的關鍵技術

2.1 正交頻分復用（OFDM）調制技術

OFDM是一種無線環境下的高速傳輸技術。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，OFDM技術的主要思想是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，各子載波并行傳輸，盡管總的信道是非平坦的，但每個子信道是相對平坦的。且在各子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道帶寬，大大消除信號波形間的干擾。

2.2 軟件無線電

軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現各類無線電通信系統的一種開放式結構的技術。

2.3 智能天線（SA）

智能天線成形波束可在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，既能改善信號質量又能增加傳輸容量。

2.4 MIMO技術

多輸入多輸出技術（MIMO）是指在基站和移動終端都有多個天線。MIMO技術為系統提供空間復用增益和空間分集增益。

2.5 多用戶檢測技術

4G系統的終端和基站將用到多用戶檢測技術以提高系統的容量。

3、第四代移動通信發展狀況

我國在4G領域也取得了大成果。雖然現在國內并未發放4G牌照，但是中國移動的4G已經在快速的發展，2012年，在工信部以及相關部委的領導下，中國移動在15個城市建設了TD-LTE試驗網，在杭州、深圳、廣州實現了主要城區的全覆蓋，并開展了大規模TD-LTE客戶體驗活動。中國移動真金白銀的投入，給TD-LTE產業鏈吃下了定心丸。2013年中國移動啟動了“雙百”計劃——在國內的4G網絡覆蓋將超過100個城市，4G終端采購將超過100萬部。這意味著TD-LTE在我國的基站數量超過20萬個，網絡覆蓋地市級以上城市，覆蓋人口超過5億，網絡建成后將成為目前全球最大的4G網絡。

4、4G的發展趨勢

從4G的發展前景看，除OFDM和智能天線等核心技術外還包含一些相關技術。

（1）交互干擾抑制和多用戶識別：待開發的交互干擾抑制和多用戶識別技術應成為4G的組成部分。它們以交互干擾抑制的方式引入到基站和移動電話系統，消除不必要的鄰近和共信道用戶的交互干擾，確保接收高質量信號。這種組合將滿足更大用戶容量和覆蓋范圍，大大減少網絡基礎設施的部署，確保服務質量。

（2）可重構性自愈網絡：4G無線網絡中將采用智能處理器，可處理節點故障或基站超載。網絡各部分采用基于知識解答裝置，可糾正網絡故障。

（3）微微無線電接收器：未來4G中要研究的另一重點，它是嵌入式無線電。采用此技術，功耗是采用現有技術的i/10～I/100。

（4）無線接入網（RAN）：4G系統高速度、大容量，低比特或本。4G系統RAN的發展趨勢是電路交換向基于IP分組交換發展，設備分集向網絡分集發展。這種基于IP技術的網絡架構使得在3G、4G、W-LAN、固定網之間漫游得以實現，并支持下一代因特網。

5、第四代移動通信面臨的問題

要使第四代移動通信系統能投入實際應用，就需要對現有的移動通信基礎設施進行更新改造，首先需要解決無線系統中的移動性管理和核心網的移動IP技術等問題，當然還有4G的標準問題。網絡層移動性是4G移動性管理的關鍵，移動I生通常涉及到在不同網段間漫游的移動用戶，數據鏈路層的移動性支持通常限制在同類網絡之間。移動（IP代表了一種簡單而且可以升級的全球移動性方案。但是，對于第四代移動通信系統而言，它缺乏實時位置管理和快速無縫切換機制的支持。要解決這些問題，必須采用新的網絡結構和管理路由優化方案，需要采用高效的發送和切換協議，這些協議必須能很好地解決數據丟失和延遲的問題。另外，移動IP環境下的QoS所使用的綜合業務/RSVP技術（IntSev/RSVP）和區別型業務技術（DifServ）也需解決。

6、結束語

在4G系統中，要開發新的頻譜資源，提供頻譜利用率并選擇合適的傳輸技術，如多載波傳輸方式以及自適應均衡等技術來對抗頻率選擇性衰。利用RAKE接收、跳頻以及Turbo碼等技術來增強系統的性能，提高信干比；提高檢測可用的資源以及信號質量、動態分配頻率資源和信號發射功率、增加移動通信系統容量、降低信號發射功率；提高通信的覆蓋范圍，并支持多媒體通信、無線接入寬帶固定網以及在不同系統之間的漫游等。