第四代移動通信系統的關鍵技術與實際應用探析

摘要：本文就第四代移動通信系統的關鍵技術、應用優勢及當前實際應用進行了論述，以供同仁參考。

關鍵詞：4G移動通信系統；關鍵技術；應用優勢；實際應用

一、前言

第四代移動通信與第三代移動通信相比，將在技術和應用上有質的飛躍。4G將適合所有的移動通信用戶，最終實現商業無線網絡、局域網、藍牙、廣播、電視衛星通信的無縫銜接并相互兼容。但不容置疑的是，4G系統是繼第3代移動通信系統以后的又一次無線通信技術的演進，它將是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。本文就第四代移動通信系統的關鍵技術、應用優勢及當前實際應用進行了論述，以供同仁參考。

二、第四代移動通信系統關鍵技術

（1）正交頻分復用（OFDM）。OFDM技術實際上是多載波調制方式的一種。它的主要思想是：將信道分成若干個正交子信道，把高速數據信號流轉換成并行的低速的子數據流，再調制在子信道上進行傳輸，從而減少子信道之間的相互干擾，使信道均衡變得相對容易。

（2）SA智能天線技術。智能天線的原理是利用信號在各傳輸方向上的特點及差異，將同頻率、同時隙或者同碼道的信號區分開，動態地變更信號的覆蓋區域，使主波束對準用戶方向，而旁瓣或零陷則瞄準干擾信號的方向，并自動地跟蹤用戶和監測環境的變化，從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。這種技術被認為是未來移動通信的關鍵技術。

（3）軟件無線電（SDR）技術。在4G系統中，軟件無線電，是一種通訊裝置，其實體層至更高階通訊協定層的作業主要是由軟體定義，是采用數字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協議部分全部由軟件編程來完成。軟體無線電技術能夠將類比訊號的數位化過程盡可能與天線的距離接近，即讓A/D及D/A轉換器盡可能靠近RF前端，并利用DSP進行通道分離、調變解調變，以及通道編解碼等工作。透過建立無線電通訊平臺，并于平臺上運作各種軟體系統，如此可以實現多通道、多層次與多模式的無線通訊。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數字/模擬”轉換器，盡早地完成信號的數字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現。

（4）多用戶檢測技術。多用戶檢測技術的原理是：把同時占用同個信道的所有用戶的信號都當作有用信號來處理，利用用戶的時間、碼元、信號幅度以及相位等信息進行聯合檢測，主要取決于捕捉到的能量、相位的影響和碼跟蹤差錯，從而得出單個用戶的信號。多用戶檢測一般需要知道很多附加信息，才對接收信號進行處理，通過取消小區間干擾來改進性能，以達到更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統容量的目的。

（5）IPV6技術。IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和不足而提出的，同時它還在許多方面提出了改進，例如路由方面、自動配置方面。經過一個較長的IPv4和IPv6共存的時期，IPv6最終會完全取代IPv4。因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。

（6）MIMO多重輸入與多重輸出技術。MIMO技術則是利用多組天線（通常為2×2天線，即2天線發送和2天線接收，在后期的研發中會支持更多的多組天線）同時傳送、接收資料并合成訊號，因此不僅衰減過的訊號也可以達成傳輸的目的，也可以保持一定的傳輸速率。同時MIMO還可以利用環境中的反射波來組合訊號，因此就算是處下障礙物多的環境也能擁有穩定快速的訊號傳輸。MIMO技術的特性就是在相同時間內，能在相同的無線電通道內傳輸和接收兩個或多個不同的數據串流，因此系統在每個訊息通道內傳送的數據率將能提高兩倍以上。

三、第四代移動通信系統的應用優勢

與傳統的通信技術相比，4G通信技術最明顯的優勢在于通話質量及數據通信速度。如果說現在的3G能為人們提供一個高速傳輸的無線通信環境的話，那么4G通信將是一種超高速無線網絡。從用戶角度而言，4G移動通信系統具有比3G更優越的特點。

（1）在無縫漫游方面，4G移動通信系統要求實現全球統一的標準，能使各類實體之間進行“無縫連接”。若標準不統一，各種移動通信系統將彼此互不兼容，給用戶帶來諸多不便。標準的統一也是4G開發需要解決的一大問題。

（2）在數據通信速率方面，4G移動通信系統能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網快2000倍，上傳的速度也能達到50Mbps，這對用戶來說是個讓人振奮的消息。數據通信速度的高速化是一個很大優點。

（3）在通信費用方面，這是用戶十分關注的部分，由于技術的先進性和更扁平化的網絡架構使成本投資的大大減少，在維護方面，4G采用自動獲知配置信息實現自動配置和利用eNode B與UE間自動測量的結果對網絡進行調整，大大減少了網絡優化和維護成本，未來的4G通信費用要比目前的通信費用低。而且，計費方式將更加靈活機動，用戶完全可以根據自身的需求確定所需的服務。

（4）更低的延遲，4G通信采用更加扁平化的網絡架構并將媒體面和控制面分開技術，降低通信延遲。控制面延遲小于100ms，媒體面延遲小于5ms。用戶在開機注冊和切換畫面時更流暢。

（5）多種頻譜靈活使用，提高頻譜利用率。4G通信支持1.4MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz的帶寬，支持上行和下行成對或非成對的頻譜，針對用戶的需求靈活分配帶寬，用戶可以根據自己的需求定制帶寬。

（6）在移動終端設備方面，4G系統終端的智能性更高，表現在終端設備的設計和操作具有智能化，更重要的是，4G手機可以實現許多目前難以想像的功能。

四、當前第四代移動通信技術的實際應用

（1）高智能終端 4G手機的功能，已不能簡單劃歸“電話機”的范疇，未來4G手機應該算得上是一臺小型電腦。而且4G手機從外觀和式樣上，將有更驚人的突破。可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個性為前提，任何一件你能看到的物品都有可能成為4G終端。未來的4G通信將使人們不僅可以隨時隨地通信，更可以雙向下載傳遞資料、圖畫、影像，當然更可以和從未謀面的陌生人網上聯線對打游戲。第四代移動通信的智能性更高，不僅表現在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化，例如對菜單和滾動操作的依賴程度將大大降低，更重要的是4G手機可以提供多樣化的智能服務。

（2）高質量的多媒體通信盡管第三代移動通信系統也能實現各種多媒體通信，但未來的4G通信能滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋范圍、通信質量、造價上支持的高速數據和高分辨率多媒體服務的需要，第四代移動通信系統提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數據、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此未來的第四代移動通信系統也稱為“多媒體移動通信”。人們下載一部65 分鐘的高清片，只要10秒鐘；在網上看高清視頻，不用擔心畫面卡或聲像不同步；與互聯網對手同玩賽車，幾乎感覺不到時延。還有4G時代的多屏業務，可以根據用戶偏好推送節目，通過專業的技術使視頻自動適應不同屏幕大小和分辨率，在切換屏幕時也不用重新登陸，實現無縫鏈接。無論在什么地方，無論使用何種屏幕，都能夠得到同樣、無縫地體驗和服務，回家路上用手機觀看球賽，進家門便可直接轉到電視上觀看。

五、結束語

目前我國在4G領域也取得很大成果。各大通信設備生產廠商和電信運營商正在驗證相關標準和測試設備，在不久的將來我國將是實現4G全網絡覆蓋。