4G移動通信關鍵技術的應用及發展前景

姚志剛

【摘要】 目前，隨著我國通信技術的飛速發展，移動通信用戶數量不斷增多。在移動通信業務中，4G移動通信技術由于具有傳輸率高、通信方式靈活、智能化程度高和覆蓋范圍廣等優點，從而在人們生活和工作中得到了廣泛的應用。本文簡要地闡述了4G移動通信網絡體系，從中總結了4G移動通信技術特點，在此基礎上針對4G移動通信關鍵技術的應用建筑了分析與研究，最后提出了移動通信技術的發展前景。

【關鍵詞】 4G移動通信 通信技術 體系結構 關鍵技術

隨著通信技術的發展，人們對于移動通信業務的需求量不斷增多，主要包括動態高速率傳輸業務、無縫漫游業務服務，但這些需求在基于3G移動通信技術背景下還未能實現。而4G移動通信技術的出現，將4G移動通信系統與MIMO網絡和無線局域網絡相結合，可以達到lOOMbit/s的數據傳輸率，同時可以實現不同類型的移動通信業務和無線網絡與系統之間的無縫連接。。

一、4G移動通信網絡體系

4G移動通信系統被人們稱為廣帶接入分布式網絡，主要包括無線局域網、有線寬帶接入網、廣域廣播網和3G移動通信網絡等，使用4G移動通信系統的終端用戶能夠在不同網絡環境下自由切換，4G移動通信系統網絡體系如圖1所示。

由圖1所示，4G移動通信網絡架構能夠使終端用戶在2G網絡、3G網絡、無線網絡、寬帶網絡和4G網絡之間實現無縫漫游。在不同無線網絡平臺之間，即使用戶跨越了不同頻帶，4G移動通信依然可以提供高效的無線網絡連接服務，用戶可以在任意環境以寬帶連接的方式接入到互聯網中，實現個人定位、遠程控制、數據傳輸等功能。

二、4G移動通信技術特點

2.1 傳輸速率高

4G移動通信網絡傳輸速率高，與其他移動通信網絡相比，第一代移動通信網絡僅能提供語音通話服務；第二代移動通信網絡的數據傳輸速率僅有9.6Kbps；第三代移動通信網絡的數據傳輸速率可達2Mbps； 4G移動通信網絡傳輸速率高達lOOMbps/s，4G移動通信網絡的傳輸速率是目前手機網絡傳輸速率的10000倍。

2.2 通信方式靈活

4G移動通信手機的功能已經不僅僅是“電話通信”，語音通話只是4G移動通信手機功能的其中之一。因此，4G移動通信手機可以說是一臺小型掌中電腦，4G移動通信手機在外形設計方面也具有較大突破，任何物品都有可能是4G移動通信終端，因此目前仍然沒有對4G移動通信手機制定統一名稱。4C移動通信環境下，人們可以隨時隨地進行網絡通信，實現雙向網絡的信息傳遞、影像交互、聯機游戲等。

2.3 智能化程度高

4G移動通信技術具有較強的智能性，4G移動通信技術的智能化應用不僅體現在功能操作和外觀設計方面，4G移動通信技術還可以實現目前很多無法設想的功能。例如，4G移動通信手機能夠根據用戶定位信息提醒用戶處理相關事宜，或者在此位置避免做出哪些行為等，同時，4G移動通信手機可以當做掌中筆記本電腦使用，來觀看直播體育賽事等節目。

2.4 多媒體通信質量高

4G移動通信技術可以充分彌補3G移動通信技術的現有不足，4G移動通信技術提供的無線網絡多媒體通信服務可以將語音信息、圖像信息和視頻信息等利用寬頻信道進行傳輸，4G移動通信技術的誕生不僅是由于眾多用戶的實際需求，更是因為海量多媒體數據信息的日益增多。4G移動通信技術可以容納海量移動通信用戶，改善網絡通信質量，提高數據傳輸速率。

三、4G移動通信關鍵技術應用探討

3.1 OFDM技術

4G移動通信系統主要以OFDM技術（正交頻分復用）為核心，OFDM技術本質是多載波調制技術之一。OFDM技術日益受到通信領域專家學者的關注，主要是因為OFDM技術擁有以下優勢：

第一，具有較高的頻譜利用率。4G移動通信系統的頻譜效率高出其他串行系統1倍，由于OFDM信號的相鄰子載波形成重疊，由此，頻譜利用率幾乎可以達到極限。

第二，具有較強的抗衰落能力。利用0FDM技術可以將用戶信息置于不同子載波進行網絡傳輸，使子載波信號與相同速率的單載波信號時間長，因此，OFDM技術有良好的抗噪聲和抗衰落能力。

第三，具有較高的傳輸速率。OFDM技術的自適應調制機制可以使多路子載波根據自己所在信道的實際情況選擇不同的調制方式。當傳輸信道情況良好時，可以采用高效率的信號調制方式；當傳輸信道情況較差時，可以選擇抗干擾、抗噪聲能力強的信號調制方式。

3.2 智能天線技術

4G移動通信的智能天線技術選擇的是SDMA技術（空時多址技術），利用不同信號在傳輸信道上傳輸方向不同的差異性，將頻率相同、時隙相同和碼道相同的傳輸信號進行區分，改變傳輸信號的覆蓋范圍，以主波束與用戶相對，零陷與干擾信號方向相對，實現環境變化的自動監測，為終端用戶提供優質的傳輸信號，真正消除和抑制干擾噪聲信號。通過智能天線技術可以有效改善信號質量，增加數據傳輸容量。

3.3 MIMO技術

MIMO技術采用分立式多天線技術，以此實現空間分集，將一個網絡通信鏈路分解成為多個并行的通信子信道，從而提高網絡帶寬的數據容量。信息理論已經證明，當不同的接收天線和發射天線之間沒有關聯關系時，MIMO技術可以提高移動通信系統的抗干擾、抗噪聲和抗衰落能力，以此獲得巨大的數據傳輸容量。在無線網絡傳輸信道中，利用MIMO技術可以提高數據傳輸速率、擴充傳輸容量。

3.4 軟件無線電技術

在4G移動通信系統中，如果想要實現用戶在任何環境下可以隨時接入無線網絡的通信方式，必須保證用戶移動通信終端接口可以適應不同類型的無線網絡接口，才能使用戶在不同網絡環境下進行業務切換、實現無縫漫游。由此可見，在4G移動通信系統中，軟件應用程序將會越來越復雜，通信領域專家提出利用軟件無線電技術，軟件無線電技術是近幾年來的新型技術，是以數字信號處理為技術核心，以無線電微電子技術作為技術支撐。軟件無線電技術概念的提出受到了移動通信領域專家的關注，其內在的市場價值更是受到了通信運營商的廣泛關注。

3.5 多用戶檢測技術

4G移動通信系統用戶終端和信號基站都需要利用多用戶檢測技術來提高移動通信系統容量。多用戶檢測技術的思想理念是：將同一時間內占用傳輸信道的全部用戶的信號均作為有用信號，不再將其作為噪聲干擾進行處理，利用各種信息技術對有用信號進行處理，實現對多用戶信號的聯合檢測。多用戶信號檢測技術是基于傳統信號檢測技術之上實現的，利用造成噪聲干擾的用戶信號實施檢測，以此降低移動通信系統對于功率控制準確度的要求，有效利用傳輸信道的信息資源，擴充系統數據容量。

四、4G移動通信技術的發展前景

目前，全球移動通信用戶數量已經超過了45億人次，占全球總人口數量的70010，移動通信技術的發展實現了人與人之間的溝通互聯，4G移動通信技術將可以實現人與互聯網、移動終端的互聯。

隨著3G移動通信技術的發展，智能手機和平板電腦的產生，這些智能化終端設備基本已經滿足了用戶的網絡需求，4G移動通信技術的應用將徹底改變人們現有的上網模式，集可視化、多媒體化和數字化于一體，通過高速的數據傳輸效率轉變人與人之間、人與網絡之間的聯通關系，將真正步入高速無線互聯網時代。