4G移動通信系統的特點及關鍵技術研究

蔡苗

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

【關鍵詞】 4G移動通信系統 特點 關鍵技術

4G移動通信技術是通信歷史上很重要的一次技術革命，它能夠提供更為快捷的傳輸速度、更為穩定的傳輸效率、更優質的通話質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的主要技術參數比較

目前公認的第三代移動通信系統標準有CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA三種，其主要缺陷主要表現在三個方面：無法提供動態范圍內的多種速率業務；無法完成多業務環境、多頻段的無縫漫游；傳輸速率仍然較低。4G移動通信技術雖是對3G技術系統的升級，其主要技術參數方面與3G系統技術相比較仍有很多不同[1]。 二、4G移動通信系統的特點

（1）更好地靈活性。4G移動通信系統利用強大的智能技術可以自適應完成信息資源的有效分配，能夠根據智能信號處理技術在不同信道條件下和各種復雜環境中進行正常發送和接受信號，具有良好的適應性、智能性和靈活性。（2）數字寬帶技術。4G移動通信系統的傳輸信號多采用毫米波的傳輸波段，其產生的較小的蜂窩小區可以大幅度提升用戶容量，不過由此也會引發一連串技術難題。（3）多業務融合。4G移動通信系統能夠支持會議電視、高清晰圖像處理、虛擬現實業務等更為多樣的移動業務，可以保證用戶在任何位置都能享受高質量的信息服務；同時其綜合廣播、信息系統、個人通信、娛樂等領域，可以更方便、安全的提供給用戶更為廣泛的應用和服務。（4）更快捷的傳輸速度。相比于3G通信系統的2Mb/s傳輸速度，4G移動通信系統可以實現多層次的高速率信息傳輸：步行或室內的低速移動用戶可獲得的數據傳輸速率一般在100Mb/s；中速移動用戶可獲得的數據傳輸速率一般在20Mb/s；高速移動用戶可獲得數據傳輸速率一般在2Mb/s。（5）更高的組織性和適應性。4G移動通信系統是一個具有高度組織性和適應能力的網絡，其能夠實現對結構的自我管理，可以提高用戶在容量和業務等方面的滿足程度[2]。

三、4G移動通信系統的主要技術

1、以IP為基礎的核心網。3G移動通信系統的網絡基礎不是IP，如WCDMA是以GSM-MAP為基礎；CDMA2000是以ANSI-41為基礎。而4G移動通信系統是一個全面以IP為基礎的核心網絡，能夠完成端點之間的IP業務傳輸，能夠同已經存在的PSTN和核心網共存，主要優勢有：低成本的集成網絡特點；完成不同網絡間的無縫連接。其主要解決的難點有：要建立擴展性較高的網絡結構，以滿足多樣接口接入核心網的要求；合理的計費；及時把控制、業務和傳輸等功能分離。

2、編碼和調制。為了確保在較低Eb/N0狀態下繼續保持優良的性能，4G移動通信系統一般采用級聯碼、Turbo碼和LDPC等較高級的信道編碼方案，NTT DoCoMo狀態下的4G實現系統通常會采用Turbo碼的信號編碼方式[3]。4G移動通信系統主要采用多載波調制技術，其分為兩種：一種是正交頻分復用時分多址（OFDM-TDMA），另一種是多載波碼分多址（MC-CDMA）。通常情況下，OFDM-TDMA其調制方式為高電平式，而MC-CDMA其調制方式多為QPSK式。高電平式以M-QAM為主要典型，其設計中經常采用自適應調制，會根據適應需要的參數確定符號速率和電平數，以此不斷加強系統性能。

3、軟件無線電技術。軟件無線電技術為基礎的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成的模塊化集成結構，其基帶器件和RF都可以采用適當的方法進行編程。軟件無線電技術擁有更高的適應性和靈活性，其能夠支持多種接口方式的基站和多模式手機的連接，能夠支持多種應用的可變化QoS，并能夠順利融合多種系統和標準，其在4G移動通信系統中的應用范圍有：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中時，終端可依照該系統標準進行自動配置以完成服務；以軟件無線電技術為基礎的基站可以實現多個網絡間的同時服務。

4、多址方案和無線接入方式。4G移動通信系統在CDMA、FDMA、OFDM、TDMA等多址方式中最有可能選擇OFDM的多址類型，其主要優勢包括：相鄰小區和用戶間不會發生干擾；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點。另外VSF-OFCDM采用了可變性擴頻因子，可以在一般業務區和高密業務區范圍內重復使用。

5、高性能接受機。4G移動通信系統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數值，因此，在3G系統中如果帶寬為5MHz，數據傳輸速度為2Mbps，那么所要求的SNR要達到1.2dB；而在4G移動通信系統中，要在同等帶寬上完成20Mbps的數據傳輸速度，則SNR值至少為12dB，由此可以看出，4G移動通信系統需要更高性能的接收機[4]。

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

四、結束語

4G移動通信系統相比于3G系統具有更為顯著的優勢，在現代移動通信中的應用將會越來越廣泛。因此，移動通信技術開發和研究人員應當充分發揮4G移動通信技術的優勢和特色，在系統的關鍵技術上實現更高的突破，以滿足更高的用戶需求和體驗。

參 考 文 獻

[1] 謝景賢. 4G通信技術的創新與發展[J]. 信息通信. 2012，05（35）：57-58

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

[3] 郭鑫. 第四代移動通信（4G）關鍵技術[J]. 中國新技術新產品. 2011，13（14）：74-75

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