4G通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)初探

摘 要：通信系統(tǒng)是完成信息傳輸過(guò)程的系統(tǒng)。我國(guó)在2009年采用了3G技術(shù)，自此3G技術(shù)在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)展。但是由于3G技術(shù)的帶寬和頻率等限制，3G技術(shù)仍然存在著許多問(wèn)題，因此4G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文主要介紹了4G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：智能天線、軟件無(wú)線電、正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和MIMO技術(shù)。

關(guān)鍵詞：4G通信系統(tǒng)；智能天線；軟件無(wú)線電；OFDM；MIMO

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 22-0000-01

一、通信系統(tǒng)的發(fā)展

通信系統(tǒng)是完成信息傳輸過(guò)程的系統(tǒng)。而對(duì)于現(xiàn)代的通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，又分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)兩種。所謂有線通信系統(tǒng)，指電磁波在導(dǎo)引媒體中傳播；無(wú)線通信系統(tǒng)，指電磁波在自由空間傳播。

第一代通信系統(tǒng)（1G）是模擬通信系統(tǒng)，在1980年出現(xiàn)，技術(shù)發(fā)展迅速。第一代通信系統(tǒng)是基于FDMA技術(shù)的。當(dāng)時(shí)具有代表性的第一代通信系統(tǒng)有：英國(guó)的TACS系統(tǒng)、北歐的NMT系統(tǒng)、日本的JTA系統(tǒng)和北美的N-AMPS、AMPS系統(tǒng)。但是第一代通信系統(tǒng)存在著許多固有的缺陷：容量有限、保密性能不好和對(duì)硬件的升級(jí)困難等等，使得逐步被第二代通信技術(shù)所取代。

第二代通信系統(tǒng)（2G）最大的突破就在于變成了數(shù)字通信系統(tǒng)。根據(jù)特點(diǎn)可以分為起源于美國(guó)的基于CDMA技術(shù)的IS95系統(tǒng)和起源于歐洲的基于TDMA的GSM系統(tǒng)[1]。

但是隨著時(shí)代的發(fā)展以及人們的需求，2G也已經(jīng)發(fā)展到了瓶頸。在此情況下，出現(xiàn)了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）。第三代移動(dòng)通信技術(shù)指的是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。我國(guó)在2009年采用了3G技術(shù)，自此3G技術(shù)在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)展。但是由于3G技術(shù)的帶寬和頻率等限制，3G技術(shù)仍然存在著許多問(wèn)題：

（一）提供動(dòng)態(tài)范圍多速率的業(yè)務(wù)十分困難。這是由3G空中接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)核心網(wǎng)的限制所引起的，因此3G網(wǎng)絡(luò)很難提供多種不同速率的業(yè)務(wù)。

（二）通信速率低。CDMA是一種自擾系統(tǒng)，所有移動(dòng)的用戶占用的頻率和帶寬是相同的。而3G采用的正是這種CDMA技術(shù)，所以在系統(tǒng)容量一定的前提下，用戶越多，每個(gè)用戶就越難達(dá)到較高的通信速率。這種限制主要表現(xiàn)在用戶對(duì)于高速的多媒體業(yè)務(wù)的需求上。

（三）不同頻段、不同業(yè)務(wù)之間的無(wú)縫漫游實(shí)現(xiàn)困難。每一個(gè)用戶都有著不同的軟件和硬件模塊，目前3G技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)不同終端對(duì)于多業(yè)務(wù)環(huán)境的不同配置。

二、4G通信系統(tǒng)的概念

傳統(tǒng)的3G技術(shù)不能夠很好地支持無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)也不夠智能化。正是由于3G技術(shù)存在著這樣的技術(shù)難題，4G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。公認(rèn)的4G概念移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該具有以下的五個(gè)特點(diǎn)：

（1）可以支持任意類型的移動(dòng)終端；

（2）可以實(shí)現(xiàn)非常先進(jìn)的移動(dòng)電子商務(wù)[2]；

（3）用戶可以靈活選擇所需網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和業(yè)務(wù)；

（4）可以很方便地采用新技術(shù)到系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中來(lái)；

（5）用戶可以在隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)中。

三、4G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

第四代通信技術(shù)（4G）的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：智能天線、軟件無(wú)線電、正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和MIMO技術(shù)等。下面就對(duì)這四種關(guān)鍵技術(shù)做簡(jiǎn)單介紹：

（一）智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)，通常也被稱為自適應(yīng)天線陣列，是一種基于自適應(yīng)天線原理的移動(dòng)通信技術(shù)。這種技術(shù)不僅提高了系統(tǒng)容量、增大了覆蓋面積、減小了移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率，同時(shí)還改善了信號(hào)干擾比（SINR）。智能天線技術(shù)更適用于具有復(fù)雜電波的條件，在4G技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。常見(jiàn)的智能天線技術(shù)有單入多出（SIMO）、多入單出（MISO）和多入多出（MIMO）等多種方式。

（二）軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)（SDR，Software Defined Radio），在可編程控制的通用的硬件系統(tǒng)上，使用數(shù)字信號(hào)處理手段，使用軟件規(guī)定無(wú)線電臺(tái)的各種功能：前端接收、中頻處理和信號(hào)之間的基帶處理。軟件無(wú)線電技術(shù)的整個(gè)控制臺(tái)的頻帶的協(xié)議，都是由軟件來(lái)規(guī)范定義的。在4G系統(tǒng)中，如果想實(shí)現(xiàn)“用戶可以在隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)中”這種十分理想的通信方式，就必須能讓移動(dòng)終端適合各種不同類型的空中接口，能夠轉(zhuǎn)換不同類型的業(yè)務(wù)，同時(shí)能夠保證在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的無(wú)縫連接。軟件無(wú)線電技術(shù)能夠減少開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，同時(shí)能夠減少硅芯片的容量，減低運(yùn)算器的價(jià)格。

（三）正交頻分復(fù)用技術(shù)

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)即為正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）。正交頻分復(fù)用技術(shù)在實(shí)質(zhì)上是一種多載波調(diào)制技術(shù)。正交頻分復(fù)用技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）適合高速傳輸數(shù)據(jù)。OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制能夠使不同的子載波根據(jù)不同的情況選擇不同的調(diào)節(jié)方式。

（2）較高的頻譜利用率。OFDM的頻譜效率是串行系統(tǒng)的兩倍左右。OFDM的頻譜利用率非常接近乃奎斯特極限。

（3）具有很高的抗碼間干擾能力（ISI）。所謂碼間干擾，就是除噪聲干擾之外，數(shù)字通信系統(tǒng)中最主要的干擾。碼間干擾與其他干擾不同，是一種乘性干擾。OFDM能夠有效確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，采取循環(huán)前綴來(lái)對(duì)抗碼間干擾。

（四）MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)就是采用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，能夠有效將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，因此能夠使得容量得到很大提高。MIMO系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)高數(shù)據(jù)采集速率、提高傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)容量的空間分集技術(shù)。

四、總結(jié)

3G網(wǎng)絡(luò)目前發(fā)展迅速，極大地方便了人們的生活。但是在這個(gè)時(shí)候，4G技術(shù)也已經(jīng)悄然來(lái)到。本文主要介紹了通信系統(tǒng)的發(fā)展，然后綜合分析了4G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。作為下一代移動(dòng)通信技術(shù)，4G通信又將是通信行業(yè)的一個(gè)重要的里程碑，將使信息全球化更進(jìn)一步。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉婷婷，方華麗.淺談4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展[J].科技信息，2013（09）：298.

[2]尚帥.第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）關(guān)鍵技術(shù)及安全威脅綜述[J].Academic Exchanges，2011（03）：50-53.