4G移動通信系統及其關鍵技術探討

李長海

【摘 要】當今社會科技的更新換代非常快，移動通信系統自從出現之后極大的改變了人們的生活和學習方式，用戶的需求也日益增加，于是第四代移動通信系統（4G）應運而生，與3G相比，它具有高速的數據傳輸速率，能夠更好地抵御外部干擾，始終保持良好的工作狀態。本文筆者根據多年的移動通信行業工作經驗，闡述4G的定義和性能，分析其應用過程中所用的關鍵技術，包括OFDM、智能天線與多入多出技術以及軟件無線電技術，最后提出其發展的優勢與未來展望。

【關鍵詞】4G；關鍵技術；發展展望

0 引言

2008年，3G移動通信技術的運用上升為國際標準， CDMA作為其核心技術將無線通信與全球的互聯網通信結合起來，還能靈活顯示圖片、音視頻等，并且可以運用3G智能手機實現召開會議、瀏覽新聞網頁或者通過網絡平臺購物的目的。但隨著時間的推移，3G應用受到業務類型和通信速率等因素的限制，已不能很好地滿足用戶需求，所以4G應運而生。4G追求的是更加高效地傳輸速率、更大的服務范圍以及更豐富的業務類型，它的出現，推動著無線移動通信技術朝著更加智能化的方向發展。

1 4G移動通信技術的定義和性能

1.1 4G移動通信技術的定義

4G是一種多功能集成寬帶移動通信系統，但它不是一項全新開發出來的技術，而是在過去的技術基礎上進行升級和改造的結果，其主要功能就是提升網絡效率和豐富功能的。如果說3G是普通公路的話，4G就是一條信息高速公路，將用戶帶入一個新的無線通信時代。

1.2 4G移動通信技術的性能

與3G的數據傳輸速率相比，4G能提升50倍左右，而且4G具有集約化的特性，其網絡結構和接入方式都能實現最大程度的優化。此外，4G通信技術一方面能夠整合移動通信網絡，另一方面也能對當下互聯網的格局重新融合。能為用戶提供高清視頻和圖像信息，充分保證移動通信的安全，具有極其廣闊的發展前景。

2 4G移動通信關鍵技術

2.1 OFDM

移動通信信道對數據傳輸速率會造成極大的影響，如果數據傳輸速率大于信道寬度，就會造成信號失真，傳輸質量大幅下降，而OFDM技術的應用則在一定程度上改善了這類問題。實現系統中的頻率和時間同步是OFDM技術的主要難點，OFDM技術的主要優勢就是可以消除信號波形之間的干擾，將頻域內的給定信道分成各種窄的正交子信道，在不同子信道上面分配傳輸復合，極大地優化了總體的傳輸速率。目前，OFDM技術也已成為4G移動通信技術的核心之一。

2.2 智能天線與多入多出技術

隨著個人移動通信需求的增加，頻譜的重要性日漸凸顯。而智能天線技術則主要是利用信號在傳播方向上的差異來分隔信號區。智能天線的主要功能包括避免信號干擾、自動追蹤以及調節數字波束等，是未來移動通信運用的關鍵技術。智能天線技術的主要作用是改善信號質量，增加傳輸容量。其基本原理就是在無線基站中使用天線陣實現信號的接受和發射，并通過基帶數字信號處理器對接收的信號進行合并。

多入多出技術（MIMO）是利用無線電技術發展重要的里程碑，它在一定程度上是智能天線技術的擴展，它使用多個發射天線和接收天線分別作為信號系統的發出端和接收端。其信道容量與天線數量成正比關系，天線數量越多信道容量越大。利用多入多出信道可以加倍提高無線信道的容量，在帶寬和天線發送功率相同的條件下，成倍提高頻譜利用率，MIMO技術在增大信道容量的同時也提升了信道的可靠性。

但是MIMO系統容易出現頻率選擇性衰落的問題，解決方案除了均衡技術就是利用OFDM，但是4G追求的是高頻譜利用率，而OFDM在這方面的能力有限，所以如果采用OFDM+MIMO的方式既能提供更高的傳輸速率還能開發空間資源。而且OFDM具有極強的抗干擾能力，可以用于寬帶系統，依靠天線來實現完全覆蓋。

2.3 軟件無線電技術

所謂的軟件無線電技術就是利用軟件來進行相應的操作，它打破了傳統用硬件支撐技術平臺的模式，其開發和研究的目的就是建立一個無線電通信平臺，并且在此平臺上運行各種軟件系統，實現多層次和多模式的無線通信。軟件無線電技術具有良好的靈活性，可以代替硬件電路實現非常復雜的功能處理，而且環境適應能力強，系統升級便捷，有效降低用戶費用。軟件無線電技術被認為是目前唯一可以將不同形式的通信技術聯系起來的技術，因為在4G無線通信技術中，軟件應用極其復雜，如果引進軟件無線電技術，將模擬信號數字化，實現信道分離、調制解調和信道編譯。

3 4G移動通信技術優勢與展望

3.1 移動通信技術的優勢

更快的通信速度。研究4G移動通信的初衷就是提升移動裝置無線訪問的速率，據專家預測，第四代移動通信系統的數據傳輸速率相當于目前手機的一萬倍。

更寬的網絡頻譜。要想4G通信達到更高的數據傳輸速率，必須在3G網絡的基礎上進行大規模的改造和研究，讓4G網絡的蜂窩系統帶寬高出3G網絡20倍。

更靈活的通信。4G手機在功能和外觀上都跟以往的有所區別，會更加智能化，通信不受時間和空間的限制，并且可以雙向下載和傳送圖像和視頻資料，或者是聯網打游戲，受定位系統的影響，用戶會更多地感受到地圖所帶來的安全和便利。

更高的智能性，4G通信設備對于菜單和滾動操作的依賴性會大大降低，而且可以通過環境、時間或者是其他的設定因素適時提醒用戶應該做什么事情，可以在手機上了解電影院票房資料，購買自己滿意的位置，還可以在線觀看各種比賽的現場直播。

更平滑的兼容性。4G通信要在最短的時間內被廣大用戶所接受，除了考慮其強大的功能之外，還有通信基礎，目的是讓用戶花最少的錢過渡到4G時代。基于這樣的考慮，4G通信必須具備全球漫游、與多種網絡互聯、多樣化的終端等特點。

提供多種增殖服務。與3G通信的核心技術不同，4G移動通信系統是以OFDM為核心，利用這種技術可以實現無限區域環路、數字視頻廣播以及數字音訊廣播等方面的無線通信增殖服務。

3.2 4G移動通信發展的未來展望

目前的移動通信基本上實現了人與人之間的互聯，3G移動技術的應用將智能手機用戶量帶上了新的發展臺階，但是發展到一定階段，已不能更好地滿足用戶日益增加的需求。所以，4G移動通信應該抓住機遇，依靠3G技術形成的堅實基礎，用更加安全和智能化的技術以及更人性化的服務去迎合用戶的需要。當下互聯網和物聯網技術發展勢頭良好，根據全球通訊系統協會預測，4G移動通信技術將隨時隨地實現物資的流動和互聯網溝通。

4 結語

4G技術的開發和應用很好地滿足了用戶對通信的需求，帶給用戶更加舒適的上網體驗，也推動了全球的信息化進程。在實際的應用過程中，移動通信企業不能將其單純看作是對手機功能的開發和拓展，而應該用科學的眼光正確地看待4G移動通信技術的內涵，并且扎實推進4G通信技術的應用，真正為客戶服務。

【參考文獻】

[1]謝景賢.4G通信技術的創新與發展[J].信息通信，2012（4）.

[2]郭鑫.第四代移動通信（4G）關鍵技術[J].信息技術，2011（11）.

[責任編輯：朱麗娜]