4G移動通信關鍵技術的應用及發(fā)展前景

姚志剛

【摘要】 目前，隨著我國通信技術的飛速發(fā)展，移動通信用戶數(shù)量不斷增多。在移動通信業(yè)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(yōu)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(wǎng)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(fā)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(fā)展，人們對于移動通信業(yè)務的需求量不斷增多，主要包括動態(tài)高速率傳輸業(yè)務、無縫漫游業(yè)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(xiàn)。而4G移動通信技術的出現(xiàn)，將4G移動通信系統(tǒng)與MIMO網(wǎng)絡和無線局域網(wǎng)絡相結合，可以達到lOOMbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率，同時可以實現(xiàn)不同類型的移動通信業(yè)務和無線網(wǎng)絡與系統(tǒng)之間的無縫連接。。

一、4G移動通信網(wǎng)絡體系

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

由圖1所示，4G移動通信網(wǎng)絡架構能夠使終端用戶在2G網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、寬帶網(wǎng)絡和4G網(wǎng)絡之間實現(xiàn)無縫漫游。在不同無線網(wǎng)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(wǎng)絡連接服務，用戶可以在任意環(huán)境以寬帶連接的方式接入到互聯(lián)網(wǎng)中，實現(xiàn)個人定位、遠程控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

二、4G移動通信技術特點

2.1 傳輸速率高

4G移動通信網(wǎng)絡傳輸速率高，與其他移動通信網(wǎng)絡相比，第一代移動通信網(wǎng)絡僅能提供語音通話服務；第二代移動通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率僅有9.6Kbps；第三代移動通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率可達2Mbps； 4G移動通信網(wǎng)絡傳輸速率高達lOOMbps/s，4G移動通信網(wǎng)絡的傳輸速率是目前手機網(wǎng)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(jīng)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(tǒng)一名稱。4C移動通信環(huán)境下，人們可以隨時隨地進行網(wǎng)絡通信，實現(xiàn)雙向網(wǎng)絡的信息傳遞、影像交互、聯(lián)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(xiàn)在功能操作和外觀設計方面，4G移動通信技術還可以實現(xiàn)目前很多無法設想的功能。例如，4G移動通信手機能夠根據(jù)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(jié)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(xiàn)有不足，4G移動通信技術提供的無線網(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡通信質量，提高數(shù)據(jù)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(tǒng)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(yōu)勢：

第一，具有較高的頻譜利用率。4G移動通信系統(tǒng)的頻譜效率高出其他串行系統(tǒng)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(wǎng)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(jù)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(qū)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(xiàn)環(huán)境變化的自動監(jiān)測，為終端用戶提供優(yōu)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(shù)據(jù)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(xiàn)空間分集，將一個網(wǎng)絡通信鏈路分解成為多個并行的通信子信道，從而提高網(wǎng)絡帶寬的數(shù)據(jù)容量。信息理論已經(jīng)證明，當不同的接收天線和發(fā)射天線之間沒有關聯(lián)關系時，MIMO技術可以提高移動通信系統(tǒng)的抗干擾、抗噪聲和抗衰落能力，以此獲得巨大的數(shù)據(jù)傳輸容量。在無線網(wǎng)絡傳輸信道中，利用MIMO技術可以提高數(shù)據(jù)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(tǒng)中，如果想要實現(xiàn)用戶在任何環(huán)境下可以隨時接入無線網(wǎng)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(wǎng)絡接口，才能使用戶在不同網(wǎng)絡環(huán)境下進行業(yè)務切換、實現(xiàn)無縫漫游。由此可見，在4G移動通信系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)對多用戶信號的聯(lián)合檢測。多用戶信號檢測技術是基于傳統(tǒng)信號檢測技術之上實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)數(shù)據(jù)容量。

四、4G移動通信技術的發(fā)展前景

目前，全球移動通信用戶數(shù)量已經(jīng)超過了45億人次，占全球總人口數(shù)量的70010，移動通信技術的發(fā)展實現(xiàn)了人與人之間的溝通互聯(lián)，4G移動通信技術將可以實現(xiàn)人與互聯(lián)網(wǎng)、移動終端的互聯(lián)。

隨著3G移動通信技術的發(fā)展，智能手機和平板電腦的產(chǎn)生，這些智能化終端設備基本已經(jīng)滿足了用戶的網(wǎng)絡需求，4G移動通信技術的應用將徹底改變人們現(xiàn)有的上網(wǎng)模式，集可視化、多媒體化和數(shù)字化于一體，通過高速的數(shù)據(jù)傳輸效率轉變人與人之間、人與網(wǎng)絡之間的聯(lián)通關系，將真正步入高速無線互聯(lián)網(wǎng)時代。