4G移動通信系統(tǒng)的特點及關(guān)鍵技術(shù)研究

蔡苗

【摘要】 隨著人們對技術(shù)更新和功能體驗要求的提高，4G移動通信技術(shù)會越來越成為通信領(lǐng)域研究的重點。本文先對3G和4G通信技術(shù)的參數(shù)進行了比較，然后具體探討了4G移動通信系統(tǒng)的特點和關(guān)鍵技術(shù)，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】 4G移動通信系統(tǒng) 特點 關(guān)鍵技術(shù)

4G移動通信技術(shù)是通信歷史上很重要的一次技術(shù)革命，它能夠提供更為快捷的傳輸速度、更為穩(wěn)定的傳輸效率、更優(yōu)質(zhì)的通話質(zhì)量和高強的保密性等，將為人們提供更為人性化的用戶體驗。

一、4G和3G的主要技術(shù)參數(shù)比較

目前公認的第三代移動通信系統(tǒng)標準有CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA三種，其主要缺陷主要表現(xiàn)在三個方面：無法提供動態(tài)范圍內(nèi)的多種速率業(yè)務(wù)；無法完成多業(yè)務(wù)環(huán)境、多頻段的無縫漫游；傳輸速率仍然較低。4G移動通信技術(shù)雖是對3G技術(shù)系統(tǒng)的升級，其主要技術(shù)參數(shù)方面與3G系統(tǒng)技術(shù)相比較仍有很多不同[1]。 二、4G移動通信系統(tǒng)的特點

（1）更好地靈活性。4G移動通信系統(tǒng)利用強大的智能技術(shù)可以自適應(yīng)完成信息資源的有效分配，能夠根據(jù)智能信號處理技術(shù)在不同信道條件下和各種復(fù)雜環(huán)境中進行正常發(fā)送和接受信號，具有良好的適應(yīng)性、智能性和靈活性。（2）數(shù)字寬帶技術(shù)。4G移動通信系統(tǒng)的傳輸信號多采用毫米波的傳輸波段，其產(chǎn)生的較小的蜂窩小區(qū)可以大幅度提升用戶容量，不過由此也會引發(fā)一連串技術(shù)難題。（3）多業(yè)務(wù)融合。4G移動通信系統(tǒng)能夠支持會議電視、高清晰圖像處理、虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)等更為多樣的移動業(yè)務(wù)，可以保證用戶在任何位置都能享受高質(zhì)量的信息服務(wù)；同時其綜合廣播、信息系統(tǒng)、個人通信、娛樂等領(lǐng)域，可以更方便、安全的提供給用戶更為廣泛的應(yīng)用和服務(wù)。（4）更快捷的傳輸速度。相比于3G通信系統(tǒng)的2Mb/s傳輸速度，4G移動通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)多層次的高速率信息傳輸：步行或室內(nèi)的低速移動用戶可獲得的數(shù)據(jù)傳輸速率一般在100Mb/s；中速移動用戶可獲得的數(shù)據(jù)傳輸速率一般在20Mb/s；高速移動用戶可獲得數(shù)據(jù)傳輸速率一般在2Mb/s。（5）更高的組織性和適應(yīng)性。4G移動通信系統(tǒng)是一個具有高度組織性和適應(yīng)能力的網(wǎng)絡(luò)，其能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的自我管理，可以提高用戶在容量和業(yè)務(wù)等方面的滿足程度[2]。

三、4G移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù)

1、以IP為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)。3G移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)不是IP，如WCDMA是以GSM-MAP為基礎(chǔ)；CDMA2000是以ANSI-41為基礎(chǔ)。而4G移動通信系統(tǒng)是一個全面以IP為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)絡(luò)，能夠完成端點之間的IP業(yè)務(wù)傳輸，能夠同已經(jīng)存在的PSTN和核心網(wǎng)共存，主要優(yōu)勢有：低成本的集成網(wǎng)絡(luò)特點；完成不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫連接。其主要解決的難點有：要建立擴展性較高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以滿足多樣接口接入核心網(wǎng)的要求；合理的計費；及時把控制、業(yè)務(wù)和傳輸?shù)裙δ芊蛛x。

2、編碼和調(diào)制。為了確保在較低Eb/N0狀態(tài)下繼續(xù)保持優(yōu)良的性能，4G移動通信系統(tǒng)一般采用級聯(lián)碼、Turbo碼和LDPC等較高級的信道編碼方案，NTT DoCoMo狀態(tài)下的4G實現(xiàn)系統(tǒng)通常會采用Turbo碼的信號編碼方式[3]。4G移動通信系統(tǒng)主要采用多載波調(diào)制技術(shù)，其分為兩種：一種是正交頻分復(fù)用時分多址（OFDM-TDMA），另一種是多載波碼分多址（MC-CDMA）。通常情況下，OFDM-TDMA其調(diào)制方式為高電平式，而MC-CDMA其調(diào)制方式多為QPSK式。高電平式以M-QAM為主要典型，其設(shè)計中經(jīng)常采用自適應(yīng)調(diào)制，會根據(jù)適應(yīng)需要的參數(shù)確定符號速率和電平數(shù)，以此不斷加強系統(tǒng)性能。

3、軟件無線電技術(shù)。軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的BS或移動終端會采用由ADC/DAC模塊、天線模塊、DSP模塊、LNA模塊、多媒體模塊和功率放大器模快等構(gòu)成的模塊化集成結(jié)構(gòu)，其基帶器件和RF都可以采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行編程。軟件無線電技術(shù)擁有更高的適應(yīng)性和靈活性，其能夠支持多種接口方式的基站和多模式手機的連接，能夠支持多種應(yīng)用的可變化QoS，并能夠順利融合多種系統(tǒng)和標準，其在4G移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍有：終端移動過程中的自動配置，如移動終端在移動到不同類型標準的移動系統(tǒng)中時，終端可依照該系統(tǒng)標準進行自動配置以完成服務(wù)；以軟件無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的基站可以實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)間的同時服務(wù)。

4、多址方案和無線接入方式。4G移動通信系統(tǒng)在CDMA、FDMA、OFDM、TDMA等多址方式中最有可能選擇OFDM的多址類型，其主要優(yōu)勢包括：相鄰小區(qū)和用戶間不會發(fā)生干擾；不同信號間無干擾；可以完成較低成本的單波段接收；不受多普勒頻移和多徑衰落問題影響等。較低的功率效率是OFDM的主要缺陷。近年來日本首次采用了VSF-OFCDM的無線接入方式，其屬于多載波CDMA類型，具有對多徑干擾不敏感和高頻譜利用率等優(yōu)點。另外VSF-OFCDM采用了可變性擴頻因子，可以在一般業(yè)務(wù)區(qū)和高密業(yè)務(wù)區(qū)范圍內(nèi)重復(fù)使用。

5、高性能接受機。4G移動通信系統(tǒng)對接受機的要求較高。Shannon定理為我們指出了在帶寬固定的信道中要完成容量為C的可靠性傳輸所需的最小的SNR數(shù)值，因此，在3G系統(tǒng)中如果帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)傳輸速度為2Mbps，那么所要求的SNR要達到1.2dB；而在4G移動通信系統(tǒng)中，要在同等帶寬上完成20Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度，則SNR值至少為12dB，由此可以看出，4G移動通信系統(tǒng)需要更高性能的接收機[4]。

6、MIMO和智能天線技術(shù)。4G移動通信系統(tǒng)利用MIMO和智能天線技術(shù)進行空間分集，可以有效降低多址的干擾影響。MIMO天線系統(tǒng)同時采用4個天線來完成接收和發(fā)射分集，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。智能天線中的基站可以在不同用戶間構(gòu)成一個定向波束，這可以提有效減弱基站發(fā)射功率標準，同時還可以減少小區(qū)內(nèi)其他用戶的多址影響。

四、結(jié)束語

4G移動通信系統(tǒng)相比于3G系統(tǒng)具有更為顯著的優(yōu)勢，在現(xiàn)代移動通信中的應(yīng)用將會越來越廣泛。因此，移動通信技術(shù)開發(fā)和研究人員應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮4G移動通信技術(shù)的優(yōu)勢和特色，在系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)更高的突破，以滿足更高的用戶需求和體驗。

參 考 文 獻

[1] 謝景賢. 4G通信技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[J]. 信息通信. 2012，05（35）：57-58

[2] 孫威. 4G移動通信關(guān)鍵技術(shù)淺析[J]. 科技致富向?qū)? 2011，06（10）：61-62

[3] 郭鑫. 第四代移動通信（4G）關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2011，13（14）：74-75

[4] 弓丞. 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程與展望[J]. 科技資訊. 2010，12（29）：62-63