淺析第四代移動通信關鍵技術

劉燕玲

摘 要 自有近代通信以來，人們就一直追求通信的自由。無線通信的大眾化，如第1代移動通信（1G）、第2代移動通信（2G）部分的滿足了人們的這種愿望。但隨著互聯網和多媒體技術的興起，人們對移動通信提出了更高的要求。于是第3代移動通信（3G）引弓待發，而第4代移動通信（4G）的理論與實踐方面的報道已可謂熱烈。本文對4G移動通信技術的發展實現了展望，對可能采用的關鍵性技術進行了分析。

【關鍵詞】4G 移動通信 OFDM 軟件無線電 IPV6

1 前言

當3G技術剛剛走入人們的視線尚未完全完全普及之時，對下一代通信技術的展望早已悄悄地拉開了帷幕。盡管3G技術與2G相比有著巨大的優勢，但并未在技術層有重大的改變，只是在視頻應用上邁出了重要的一步。3G系統以上的局限性使其發展受到限制，很多公司已經開始著手4G概念通信系統的研究。本文主要介紹4G概念通信的技術特點以及可能采用的關鍵技術。

2 4G概念通信技術特點

目前，業界專業人士對4G概念移動通信系統的共識主要有以下幾點：

（1）用戶可以在任何地點、任何時間以任何方式不受限地接入網絡中來；

（2）移動終端可以是任何類型的；

（3）用戶可以自由地選擇業務、應用和網絡；

（4）可以實現非常先進的移動電子商務；

（5）新的技術可以非常容易地被引入到系統和業務中來。

3 4G概念通信關鍵技術探討

3.1 正交頻分復用（OFDM）技術

第四代移動通信系統主要是以OFDM為核心技術。OFDM技術實際上是多載波調制的一種。

OFDM技術之所以越來越受關注，是因為OFDM有很多獨特的優點：

3.1.1 頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統高近一倍

OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

3.1.2 抗衰落能力強

OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，這樣在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統上的信號時間長很多倍，從而使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。

3.1.3 適合高速數據傳輸

OFDM自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調制方式。當信道條件好的時候，應采用效率高的調制方式；而當信道條件差的時候，則應采用抗干擾能力強的調制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使得系統可以把更多的數據集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。因此，OFDM技術非常適合高速數據傳輸。

3.1.4 抗碼間干擾（ISI）能力強

碼間干擾是數字通信系統中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環前綴，故對抗碼間干擾的能力很強。

3.2 智能天線技術

智能天線采用了空時多址（SDMA）的技術，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區分，動態改變信號的覆蓋區域，將主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監測環境變化，為每個用戶提供優質的上行鏈路和下行鏈路信號從而達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。被認為是未來移動通信的關鍵技術。

目前，智能天線的工作方式主要有全自適應方式和基于預多波束的波束切換方式。全自適應智能天線雖然從理論上講可以達到最優，但相對而言各種算法均存在所需數據量、計算量大、信道模型簡單、收斂速度較慢，在某些情況下甚至出現錯誤收斂等缺點，實際信道條件下，當干擾較多、多徑嚴重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進行實際跟蹤。在基于預多波束的切換波束工作方式下，全空域被一些預先計算好的波束分割覆蓋，各組權值對應的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊，接收時的主要任務是挑選一個作為工作模式，與自適應方式相比它顯然更容易實現，是未來智能天線技術發展的方向。

3.3 MIMO技術

MIMO技術是指利用多發射、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，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。信息論已經證明，當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時，MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術是實現高數據速率、提高系統容量、提高傳輸質量的空間分集技術。

3.4 多用戶檢測技術

4G系統的終端和基站將用到多用戶檢測技術以提高系統的容量。多用戶檢測技術的基本思想是：把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當作有用信號，而不是作為噪聲處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進行處理，從而達到對多用戶信號的最佳聯合檢測。它在傳統的檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號進行檢測，從而具有良好的抗干擾和抗遠近效應性能，降低了系統對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統容量。隨著多用戶檢測技術的不斷發展，各種高性能又不是特別復雜的多用戶檢測器算法不斷提出，目前的研究方向包括組合信道編碼和多用戶檢測的研究、速率多用戶檢測和多用戶檢測與空時二維信號處理、多載波調制、功率控制等技術的結合。

3.5 軟件無線電（SDR）技術

在4G系統中，若要實現“任何人在任何地點以任何形式接入網絡”的理想通信方式，則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網絡環境間無縫漫游，并可以在不同類型的業務之間進行轉換。軟件無線電概念一經提出，就受到各方的極大關注，這不僅是因為軟件無線電概念新技術先進、發展潛力大，更為重要的是它潛在的市場價值也是極具吸引力的。軟件無線電強調以開放性最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可升級、可重配置的不同應用軟件來實現各種無線電功能的設計新思路。

4 結束語

盡管4G移動通信系統目前還只是一個基本概念，定義仍然還不明確，仍處于實驗室研究開發階段，在其他關鍵性技術上如：信道編碼、高性能接收機技術等方面還不完善。但是，作為新一代移動通信技術，其發展的前景是不可限量的。4G技術的發展和實現，將真正實現我們充滿個性化的通信夢想。

參考文獻

[1]樊昌信.通信原理[M].長沙：國防科技大學出版社，2012.

[2]劉偉，丁志杰.4G移動通信系統研究進展與關鍵技術[J].中國數據通信，2004.

作者單位

廣州杰賽科技股份有限公司 廣東省廣州市 510310