第四代移動通信技術及其應用淺析

畢俊輝

摘 要 第四代移動通信技術俗稱4G，是第三代移動通信技術3G技術的升級。第四代移動通信技術有更高的傳輸速度，可提供更安全的技術保障，具備更智能的、人性化的結構從而實現移動通信的互聯互通。文章簡述第四代移動通信技術的關鍵技術，分析第四代移動通信技術的特點，在此基礎上為第四代移動通信技術的發展前景進行展望。

關鍵詞 第四代移動通信；4G；發展趨勢

中圖分類號：F493 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0001-01

移動通信技術的出現使用戶可以在信號覆蓋區域內任意位置并且運動的情況下進行通信，這較有線通信已給人們生活和社會發展帶來了深刻的影響。但隨著人們通信需求的增大，移動通信技術自身也在發生著變革，到目前已經發展到了第四代。第一代基于模擬技術實現，僅能提供語音通信；第二代采用數字技術實現，在改善語音通信質量的同時可附帶低速率的數據傳輸服務；第三代沿用了第二代的核心技術，提高了數據傳輸的速度，實現了可視業務和多媒體業務。第四代將會有怎樣的進步是當下關注的熱點，本文將做進一步的分析。

1 第四代移動通信的概念與關鍵技術

至今還沒有一個準確的科學的含義來定義第四代移動通信技術，我們只能從功能和所使用的技術來界定它。4G技術集3G和WLAN于一身，在提供高質量語音通信的同時實現了高速度的數據、多媒體傳輸，其速度比目前家用寬帶速度快20倍，可以滿足所有用戶的無線網絡服務需求；4G技術基于IP核心網具有網絡融合性，可以兼容其他網絡、系統實現不同網絡間的無縫鏈接。第四代移動通信技術主要采用了以下技術。

1）正交頻分復用技術（OFMD）。OFMD（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是第四代通信的核心技術，作為多載波調制技術（MCM）中的一類，其運行機制大體為：信道被劃分成多個正交子信道，高速數據信號被轉換成并行的低速數據流后調制在所有子信道上傳輸。該技術的優點為：頻譜的效率高于串行系統，具有更強的抗衰力，消除了信號間的干擾適合高速數據傳輸。

2）智能天線技術。智能天線（Smart Antenna，SA），也被稱為自適應陣列天線。SA大致由三部分構成，天線陣、波束形成算法和波束形成網絡。SA通過滿足一定標準的算法來調整每個元件信號的相位和加權振幅，以調整天線陣列的形狀從而抑制干擾信號同時加強主體信號強度。SA還具有數字波束調節和自動追蹤等智能化功能，能夠有效的解決匱乏的頻率資源、提高數據傳輸速率、擴展系統容量、保證通信質量。

3）基于全IP的核心網絡。第四代移動通信技術具有一個基于全IP的核心網絡，從而使不同網絡之間可以做到無縫的互聯互通。它的核心網絡可以提供端對端的IP服務、獨立于任何具體的無限接入方案從而兼容其他已有的PSTN和核心網。開放式的結構使得其核心網能夠無礙的被各種空中接口接入。基于全IP后的核心網能夠實現核心網絡協議、鏈路層與無線接入方式和協議的分離。IP能夠與多種無限接入協議相兼容從而提升了設計核心網絡的靈活性，不再受限于選定哪種無限接入方式與協議。第四代移動通信技術采用了IPV6協議，地址長度為128位，較IPV4的地址空間增大了296倍，不會再為沒有足夠的地址而困擾。IPV6還支持自動控制，具有有狀態和無狀態兩種地址自動配置方式。有狀態配置機制，需要額外的服務器為DHCP協議的改進和擴展，提升了網絡管理的方便性。無狀態地址自動配置時需要進行地址節點配置，通過鄰居發現機制獲得局部連接地址，局部連接地址獲得后通過即插即用機制不需要任何干預即可獲得一個唯一的路由地址。IPV6還能提供高質量的服務、具有更好的安全性和移動性能。

4）軟件無線電技術。軟件無線電（Software Defined Radio，SDR）是一種可以將各種通信技術聯系在一起的技術。其理念是盡量使數字化后的模擬信號接近于天線，使D/A和A/D轉換器靠近RF前段，通過DSP技術來完成調制解調、信道分離和信道編譯碼等工作。軟件無線電能夠建立一個運行各種軟件系統的平臺，以此來建立多層次、多通路和多模式的無線通信，從而做到各種平臺和系統間的兼容。

5）MIMO技術。MIMO（Multiple Input Multiple Out put，MIMO）通過在接收端和發射端都設置多副天線，將多接受與多發送天線相結合來提高每個用戶的通信效率與質量。在天線發射功率和帶寬不變的情況下，通過MIMO信道能使無線信道容量成倍增長、頻譜利用率成倍提高。MIMO技術實質上是提升了系統的空間分集和空間復用能力。MIMO技術特點是能夠有效的利用存在的多徑傳播和隨機衰弱來大幅度提高傳輸速率，將通信系統中存在的多徑衰落因素有效的轉變為提升通信性能的因素，因此實現在占用有限的信號寬帶的前提下大幅提升無線通信性能。

2 第四代移動通信技術的主要優勢

通過對4G核心技術的分析可以總結出以下優點。

1）網絡速度快。使用4G時通過移動終端下載文件的速度最快將達到100Mbps，這是使用3G網絡時速度的數倍。

2）系統容量大。增大的傳輸頻寬使得4G系統的儲存量較3G系統提升了10倍之多。

3）更好的信號覆蓋性能。4G具有相當于3G20多倍的信道頻譜，同時支持高速可變速傳輸，大大的提升了信號覆蓋性。

4）全球無縫漫游。全球將采用統一的第四代移動通信標準，這將各類主機、網絡和媒體無縫的融合在了一起，從而做到一部移動終端在全球任何時間、地點的無礙通信。

5）更智能化。由于采用了智能的信號處理技術，第四代移動通信系統能對各種不同條件的復雜環境進行數據的接收與發送，提升了系統的適應性和靈活性。

6）更真實的影像多媒體業務。第四代移動通信技術支持150Mb/s的高清影像多媒體業務，可以實現移動終端間實時的高清的視頻圖像傳輸。

3 第四代移動通信技術的應用

第四代移動通信技術的種種優點注定了其將創造出前所未有的完美的新無限世界，它將帶來許多難以想象的應用的誕生。

首先是電信行業方面的應用：移動可視電話，移動終端之間在信號覆蓋范圍內進行實時的視頻語音通話；數據傳輸：語音通話的同時實現雙向文件、圖像、視屏傳輸，不限時間地點接入互聯網進行高速下載和上傳；移動電視，持有一臺移動終端隨時接入服務器播放視頻音頻，不受移動速度的影響。

在其他行業中的應用：移動銀行，通過手機實時進行銀行交易業務、獲得網上金融服務；車載移動終端娛樂系統，通過車載終端在4G環境中使用導航、緊急呼叫、視頻會議、聯網獲取娛樂資源等很多豐富多彩的車載應用。射頻測量，4G所具有的高頻譜帶寬正好可以滿足射頻測量技術要求精度更高、速度更快的需求。通過4G網絡還可以提供很多應急服務如災害預警與救援等。

4 結束語

4G目前已在國內開始運營，雖然普及率還不高，但4G的諸多優點注定其將取代以往的移動通信技術。在這種趨勢下，通信行業應該抓住機會，仔細分析預測第四代移動通信技術的發展趨勢，大力推進其推廣與發展。

參考文獻

[1]王相平.IPv6技術——新一代網絡技術[M].北京：電子工業出版社，2008.endprint