關于4G移動通信系統特點及技術要點分析

周文慧

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關于4G移動通信系統特點及技術要點分析

周文慧

廣東怡創科技股份有限公司，廣東 廣州510627

4G技術是用更高的傳輸速度、更穩定的傳輸效率、更強的靈活性、更人性化的智能結構來實現移動通信的互聯與互通，是3G技術的升級。目前，在通信行業內對4G移動通信沒有統一的科學定義，隨著人們對用戶體驗要求的提高，4G移動通信系統與技術成為移動通信領域的研究熱點。研究結合筆者的工作實踐，提出了3G通信系統的局限性，闡述了4G移動通信技術的概念，在此基礎上，對4G系統網絡結構作了簡單介紹，針對4G移動通信技術要點進行了探討。

4G；移動通信系統；特點；網絡結構；技術要點

隨著我中國通信業的發展，3G通信技術的發展給用戶帶來了前所未有的體驗，也給用戶帶來了豐富的應用，但3G通信系統的無線傳輸模式的傳輸速率和數據格式的限制制約了無線通信技術的發展，不能滿足人們對無線通信的需求，因此人們提出了4G無線通信技術。4G技術是對當前3G技術的一次全新的革新和發展，它融合了3G通信技術的諸多優點，同時提供了更為高速的信息傳輸速度，為用戶的多媒體業務提供了工作平臺，同時具有更好的安全性和保密性，因此，在通信業得到廣泛的應用。

1 4G移動通信系統的特點

4G移動通信技術在很多國家和地區已經投入商用，其高速數據傳輸速率、高抗干擾能力和更好的兼容性，將使用戶擁有更好的移動通信體驗。不同的文獻對于4G移動通信的特點有不同的側重，但目前已有如下共識：（1）高數據傳輸速率：4G技術比3G技術的數據傳輸速率有了大幅度提高，最低可達2Mb/s（高速移動物體），最高可達 100Mb/s（低速運動，如步行）。（2）系統頻譜更寬：要想實現上述高數據傳輸速率，4G移動通信的系統帶寬應達到100MHz，是3G標準WCDMA的20倍。（3）兼容性高：4G的移動通信系統可在全球的各個區域進行覆蓋，按照全球的統一保準制定，可與無線、固定網絡、3G通信等進行無縫對接，因此所有4G移動通信的運營商用戶均可享受共同的業務服務，并可在全球的任意地點進行通信。（4）高度智能化：4G移動通信網絡采用智能技術，能夠根據時變的業務流大小、系統容量和信道條件，進行動態的自適應的信道分配與管理，在應用上具有較強的靈活性、自適應性和智能性。（5）融合多種數據業務：4G移動通信系統提供形式多樣、種類豐富的數據業務，比如視頻業務、移動互聯網業務和智能化業務。依托4G數據業務，個人通信、服務及娛樂得以整合，為用戶提供前所未有的體驗。

2 3G通信系統的局限性

目前，經ITU認可的第三代移動通信系統（3G）標準有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。雖然3G和2G相比，3G移動通信系統有很多優點，但是3G還是存在著很多不盡人意的地方。概括地說，3G的局限性主要表現在以下幾方面：（1）不能支持較高的通信速率：3G雖然標稱能達到2Mbit/s的速率，但平均速率只能達到384kbit/s。盡管目前3G增強型技術在不斷發展，但其傳輸速率還有差距。（2）不能提供動態范圍多速率業務：由于3G空中接口主流的3種體制WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA所支持的核心網不具有統一的標準，所以難以提供具有多種QoS及性能的多速率業務。（3）不能真正實現不同頻段、不同業務環境間的無縫漫游：由于采用不同頻段的不同業務環境，需要移動終端配置有相應不同的軟、硬件模塊，而3G移動終端目前尚不能實現多業務環境的不同配置。由于3G系統存在以上的局限性，因此目前有很多公司已經開始著手4G通信系統的研究。本文主要對4G的技術特點、可能采用的關鍵技術以及4G網絡結構進行了概述。

3 4G與3G的主技術參數比較

4G移動通信系統是3G移動通信系統的升級，其中很多關鍵技術都沿用了3G很多的關鍵技術，但同時4G也采用了很多新的技術，4G系統與3G系統的主要技術參數比較，見表1，對兩系統的關鍵技術特性進行對比。

表1 4G系統與3G系統的主要技術參數比較

4 4G移動通信系統的網絡體系結構

4G移動系統網絡結構可分為三層：物理網絡層、中間環境層、應用網絡層。物理網絡層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網的結合格式完成。中間環境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網絡層與中間環境層及其應用環境之間的接口是開放的，它使發展和提供新的應用及服務變得更為容易，提供無縫高數據率的無線服務，并運行于多個頻帶。在4G移動通信系統中，能夠實現不同業務需要的接入系統，通過多媒體接入系統與 IP 核心網進行連接，該結構可以實現2G、3G、4G、WLAN和固網之間的平滑切換。如圖1所示。

5 4G通信系統技術要點

（1）正交頻分復用（OFDM）技術：OFDM技術是將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制在每個子信道上進行傳輸。OFDM技術具有頻譜利用率高的優點，其頻譜效率比串行系統高近一倍；OFDM技術抗衰落能力強，OFDM通過多子載波傳輸提高了對脈沖噪聲的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技術適合高速數據傳輸，采用自適應調制機制使變化調制方式、信道和加載算法，提高信息傳送的速率；OFDM技術抗碼間干擾能力強，用循環前綴的方式對抗碼間的干擾。（2）軟件無線電：軟件無線電是利用數字信號處理軟件實現傳統上由硬件電路來完成的無線功能的技術，通過加載不同的軟件，可實現不同的硬件功能。其核心技術是用寬頻帶的無線接收機來代替原來的窄帶接收機，并將寬帶的模擬/數字、數字/模擬變換器盡可能靠近天線，從而使通信電臺的功能盡可能多地采用可編程軟件來實現。軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現各種應用的可變QoS。（3）智能天線技術（SA）：SA技術為波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束調節等功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。SA技術成形波束可在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，既能改善信號質量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發信機來實現射頻信號的收發，同時，通過基帶數字信號處理器，對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現上行波束賦形。（4）多輸入多輸出（MIMO）技術：MIMO（多輸入多輸出）是指利用多發射和多接收天線進行空間分集的技術，它采用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高系統容量。MIMO將多徑無線信道與發射、接收視為一個整體進行優化，從而實現高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優的空域時域聯合的分集和干擾對消處理。（5）基于IP的核心網：4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組方式傳送數據流，因此，IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。IPv6具有許多的優點，如：有巨大的地址空間；支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置的方式；能夠提供不同水平的服務質量；更具有移動性。

6 結語

將各種媒體資源都開放接入的4G系統，將成為一個能滿足未來市場需求的新一代移動通信系統，在徹底理解和掌握4G技術內核的前提下，充分釋放出其關鍵技術特色，克服其發展面臨的困難，創造出適應中國行業特色的移動通信技術，我們應該相信，4G移動通信的出現將給人們的溝通帶來更多的便捷。

[1]陳語,任栩蝶.4G移動通信技術要點分析及發展趨勢探究[J].電子制作,2014(7):156.

About 4G Mobile Communication Systems Features and Analysis Techniques

Zhou Wenhui

Guangdong Yi Chong Technology Co.,Ltd.，Guangdong Guangzhou 510627

4G technology with higher transmission speeds，more stable transmission efficiency，more flexibility，more humane intelligent structure to achieve interconnection and interoperability of mobile communications，upgrade 3G technology.Currently，in the communications industry for 4G mobile communications is no uniform definition of science，as people improve the user experience requirements，4G mobile communication systems and mobile communications technology has become a hot research field.Combining practice author points out the limitations of 3G communication systems，describes the concept of 4G mobile communication technology，on this basis，on the 4G system network architecture made a brief introduction for 4G mobile communication techniques are discussed.

4G；a mobile communication system；characteristics；network structure；Techniques

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1009-6434(2016)07-0008-02