未來移動通信關鍵技術的發展研究

馬文文　霍英杰

摘要：隨著時代的不斷進步，人們對信息量的需求越來越大，對通信信號傳輸質量的要求也越來越高，未來移動通信也勢必將向設備智能化及小型化、頻譜的高效利用、高移動互聯性等方向發展。文章將對現代移動通信技術的發展歷程進行回顧，對未來移動通信的幾項關鍵技術及其優點進行簡要的介紹和分析。

關鍵詞：移動通信；關鍵技術；發展趨勢

1引言

科技的發展尤其是計算機技術的發展，為移動通信技術的創新奠定了基礎。在社會發展的過程中，人們對移動通信系統的依賴性越來越強，從第一代移動通信系統到目前已經相對普及的第四代移動通信系統，信號傳輸的速度越來越快，質量也越來越高。但是必須要意識到，目前的移動通信技術仍然存在不足，比如通信系統容量較小、頻率選擇性衰落得不到完全消除等，因此在未來移動通信系認的發展過程中，勢必要對相關技術進行革新，解決上述問題。

2現代移動通信技術的發展歷程

現代移動技術的發展，最早可以追溯到20世紀20年代，主要可以分為5大發展階段。

第1階段：20世紀20年代至40年代。這二十年是現代通信技術的早期發展階段，在此期間，專用移動通信系統誕生并逐漸得到應用，標志著現代移動通信技術的誕生和起步。該階段的顯著特點是對專用系統的開發，并且在現代通信技術誕生初期，工作頻率相對較低。

第2階段：20世紀40年代至60年代。隨著公用移動通信業務的誕生和推廣標志著現代移動通信技術進入一個全新的發展階段，最主要的標志即公用移動電話系統的誕生。該階段的主要特點是實現了通信系統由專用網向公用網的過渡，但是由于運營過程中主要靠人工來完成接線工作，因此效率較低，網絡容量較小。

第3階段：20世紀60年代至70年代。隨著高新科技在通信領域的應用，移動電話系統也在不斷進行改進。在60年代，美國和德國分別對國內的移動電話系統進行了改革，實現了無線頻道與公用電話網之間的自動接續。在這十年的發展過程中，移動電話系統的特點呈現出大區制，且容量相較于之前有了明顯的擴展。

第4階段：20世紀70年代中期至80年代。在這十年中，移動通信迎來了飛速發展期。很多高新科技不斷為移動通信技術的發展提供了動力，比如微電子技術的誕生和發展，為通信設備的小型化奠定了基礎；大規模集成電路、微處理器技術的誕生以及計算機技術的迅猛發展，為超大型通信網的管理與控制提供了可能；為解決傳統移動通信系統容量小的問題，貝爾實驗室發明了蜂窩網，極大提高了移動通信系統容量1983年，美國芝加哥建成了世界上首個商用蜂窩移動通信系統，標志著蜂窩式公用移動通信網的誕生。

第5階段：20世紀80年代至現在。第一代蜂窩移動網（1G）以AMPS和TACS為代表，雖然比前4個階段取得了極大進步，但也存在不足，比如只能進行語音通話、設備復雜、應用成本較高、通話安全性得不到保障、容量不滿足時代發展需要。80年代中期，西方國家先后推出了以GSM為代表的第二代移動通信系統（2G），性能有了極大提高，在保證語音通話的基礎上也支持數據的傳輸，但越區切換性能不完善，為了解決這一問題，高通公司于1985年推出了以CDMA為技術基礎的3G技術，3G技術極大的擴充了通信系統的容量、實現了全球覆蓋、一定程度上消除了地域限制、能夠實現數據和聲音的高速傳輸，從而為用戶提供更好的通信服務。隨著人們對信息量和信息傳輸速度的要求越來越高，第四代移動通信系統（4G）應運而生，相較于第三代移動通信系統，第四代移動通信系統的傳輸速度更高，理論可達100Mbps，在聲音、視頻和圖像的傳輸方面優勢十分明顯。

3未來移動通信關鍵技術

3.1多入多出技術（MIMO）

在目前的無線通信領域，多入多出技術（MIMO）已經逐漸成為核心技術。眾所周知，在無線通信過程中，無線信號在傳輸過程中會受到各類因素的影響從而出現無線信道的衰落，從而使得通信質量降低。而多入多出技術（MIMO）則在很大程度上緩解了無線信道的衰落，其主要原理是在信號的發送端和信號接收端之間設置多個天線作為信號傳輸的中轉站，盡可能地減少信號傳輸過程中的無線信道衰落。MIMO技術的最大特點在于在保證原有系統帶寬和天線發射功率不增加的前提下極大提高通信系統的容量。MIMO技術的本質是通過時間域和空間域的聯合分集來對通信信號進行處理。通過理論分析及已有的相關仿真數據不難看出，在信道狀態已知時，應用了MIMO技術的通信系統其信道容量會隨著傳輸天線個數的增加而線性增大，也就是說MIMO技術在實際應用過程中能夠有效解決通信系統容量小的問題，因而具有很高的應有價值及廣闊的市場前景。MIMO技術發展至今，目前最主要的研究方向集中于空時編碼。所謂空時編碼，其本質是綜合利用空間和時間來對通信信號進行二維處理，是時間傳輸信號和空間傳輸信號的有機結合，通過空時編碼技術，能夠極大提高通信信號及數據的傳輸效率，目前已有的空時編碼主要可以分為3類：BLAST碼、孔氏格碼和空時分組碼。總的來說，MIMO技術極大提高了無線通信系統的信道容量、降低了通信信號傳輸過程中的碼間干擾、提高了空間和時間的分集增益以及頻譜的利用率，英雌具有廣闊的市場應用前景。

3.2正交頻分復用調制技術（0FDM）

正交頻分復用調制技術（OFDM）也是基于無線通信環境下的高速傳輸技術。相關理論和實驗研究已經表明，在無線通信過程中，高速的移動會產生數值較大的多普勒位移，當多普勒位移達到一定數值時，會導致頻率出現嚴重的選擇性衰落。為了解決頻率選擇性衰落這一問題，相關科研工作者研發了正交頻分復用調制技術（OFDM）。眾所周知，在無線通信過程中，絕大多數的通信信道并不平坦，這就會導致無線信道的頻率響應曲線出現較大幅度的波動，從而導致頻率的選擇性衰落，影響通信質量。而正交頻分復用調制技術在很大程度降低了頻率的選擇性衰落，其主要原理是當無線信道給定時，將給定信道劃分成若干子信道，子信道之間相互正交，并為每一個正交子信道加載一個子載波對信號進行調制，再通過一定的技術手段使子載波并行傳輸。盡管無線信道存在不平坦的客觀情況，但是在利用正交頻分復用調制技術將信道劃分成很多子信道時，可以在一定程度上認為每一個子信道是平坦的，也就是說實現了頻率選擇性。同時需要指出的是，利用正交頻分復用調制技術劃分的子信道在傳輸通信信號時為窄帶傳輸，其帶寬小于信道帶寬，這也就在很大程度上消除了信號在傳輸過程中在波形上的相互干擾，提高了通信質量。總的來說，正交頻分復用調制技術的優點主要體現在以下幾個方面：（1）提高頻譜利用率；（2）抗干擾能力強，信號傳輸質量好；（3）能夠提高高信噪比子信道的利用率，解決了頻率選擇性衰落這一問題。

3.3軟件無線電技術（SDR）

軟件無線電技術以數字信號處理技術為技術基礎，以可編程控制的硬件平臺為依托，通過軟件實現對無線電的標準化、模塊化硬件進行動態加載的技術。其功能模塊主要包括高頻模塊、中頻模塊、基帶處理模塊等，這些模塊的運作全部通過軟件編程來實現，也就是說對系統輸入不同的程序，能夠分別驅動不同的模塊運作實現不同的功能。軟件無線電技術的核心思想是利用軟件編程來定義各類無線功能，在通信移動終端在不同系統工作時，可以利用軟件編程來改變移動終端的工作性能。可以說軟件無線電技術的誕生，極大簡化了無線指令的處理流程，提高了通信信號的處理效率。

3.4智能天線技術（SA）

智能天線技術的主要理論基礎是自適應天線技術，其主要原理是信號傳輸過程中的無線基站使用天線陣和相干無線收發信機來對射頻信號進行接收和發射，同時，利用數字信號處理器按照一定的算法對天線陣中的各個天線鏈上接收的信號進行合并和處理。應用了智能天線技術的無線通信系統在無線信號的傳輸過程中能夠在空間域內對交互干擾現象形成明顯抑制，對理想信號進行反復加強，也就是說智能天線技術相當于是一種空時濾波器，能夠形成對信號的有效篩選，不僅提高了信號傳輸的質量，還增加了無線通信系統的容量，降低了無線通信系統的建設成本。

3.5網絡架構

在未來移動通信系統的發展中，最主要的是側重于建立一個基于全IP的交換系統，也就是說，IP分組交換網絡在未來勢必將替代傳統的電路交換以及現在普遍常用的分組交換。為了實現全IP交換系統的構建，就必須加強對線性放大器和射頻等設備的控制，3G所采用的基礎架構是交換層架構，而在未來移動通信系統的發展中，不僅要考慮交換層的架構，更要加強對各種不同類型的通信接口的控制，也就是說未來移動通信系統主要是基于路由技術的網絡架構。

4結語

隨著社會的發展，人們對信息量和信息傳輸質量及效率的要求越來越高，同時人類科技水平的不斷提高也在推動著無線通信技術進行著快速的變革和創新，從第一代移動通信系統（1G）到目前已經相當普及的第四代移動技術（4G），信息傳輸的速度更快、質量更高，但是如何提高信號傳輸過程中的抗干擾能力和頻譜的利用率，仍然需要相關科研人員不斷探索和創新，對未來移動通信系統關鍵技術的探討對于通信領域的快速發展具有十分重要的意義。