4G通信技術綜述

鄭莉 中國移動通信集團設計院有限公司有線所

4G通信技術綜述

鄭莉 中國移動通信集團設計院有限公司有線所

本文概述了第四代移動通信技術的概念、關鍵技術及主要優(yōu)勢，并簡要介紹了目前4G通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀，并對其面臨的挑戰(zhàn)進行討論。

第四代移動通信 通信技術 優(yōu)勢 發(fā)展與挑戰(zhàn)

1 4G通信技術的概念

移動通信技術的發(fā)展到目前為止經(jīng)歷了三個階段，每一代的發(fā)展都有關鍵的技術支撐。第一代移動通信技術是頻分多址技術，第二代是時分多址和碼分多址技術，第三代是頻帶變寬、數(shù)據(jù)傳輸加快，無線應用開始普及。但第三代的數(shù)據(jù)傳輸速率仍然不能滿足人們的使用需求，第四代通信技術由此誕生。

4G通信是指能夠傳輸一定質量要求的圖像信息和視頻，滿足用戶對于無線通信等的需求，在價格方面，4G的計費方式更加人性化，用戶可根據(jù)自身流量的使用情況進行相應服務的訂購，相比3G更加有優(yōu)勢。4G的不同體現(xiàn)在其通信終端的網(wǎng)絡技術類型上，如WiFi、超寬帶無線電等，其終端的智能程度更高，多媒體應用更廣泛。

2 4G通信的關鍵技術

2.1 正交頻分復用技術

正交頻分復用技術（OFDM）的核心是將頻域劃分為若干個正交的子信道，在每個子信道上分別使用不同的子載波進行調制傳輸，用以達到減少信號之間的干擾的目的。由于移動通信中最有特點的是多徑干擾和多徑時延擴展，對于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求其速率要小于信道的相關帶寬，否則會引起信號的失真和質量。OFDM技術的出現(xiàn)能夠解決上述問題，成為4G通信的核心技術之一。

2.2 多輸入多輸出天線技術和智能天線

多輸入多輸出天線技術（MIMO）在不增加帶寬、不改變天線的發(fā)送功率的前提下，通過增加天線矩陣的規(guī)模，即增加天線的數(shù)量，來提高信道容量，改善頻譜利用率。MIMO技術能夠增加空間分集增益，使通信系統(tǒng)的誤碼率減小，具體算法主要有：ZF算法、ML算法、MMSE算法等，應用MIMO技術還能對抗多徑衰落。

智能天線是通過無線基站的天線陣和收發(fā)信機來對各個天線鏈路上的信號進行算法合并，其主要有兩種方式進行實現(xiàn)：全自適應方式和基于多波束的波束切換方式。通過波束在空間范圍內的相互干擾抑制實現(xiàn)增強目的信號的傳輸需求。

2.3 軟件無線電技術

軟件無線電是指在一個指定的硬件平臺上，使用軟件來處理信號，不同的軟件具有不同的功能，能夠對信號進行相應的處理和優(yōu)化。軟件無線電技術在4G通信系統(tǒng)中應用較廣，能夠利用軟件無線電技術進行信道的分離，調制所需信號等。通過創(chuàng)建一個無線電通信平臺，能夠進行多種模式下的通信過程，保證了不同系統(tǒng)間的通信交流。

3 4G通信技術的主要優(yōu)勢

3.1 數(shù)據(jù)傳輸速率加快

4G通信發(fā)起的最初的目的就是為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，相比于前三代的移動通信技術，第四代移動通信做到了提高無線通信和無線訪問互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。第一代只提供語音服務，第二代的數(shù)據(jù)傳輸速率只有9.6kb/s，最高時才有32kb/s，第三代時達到了2Mb/s，而現(xiàn)如今的4G移動通信可以將數(shù)據(jù)傳輸速率提高至10Mb/s-20Mb/s，最高時有100Mb/s。

3.2 擴寬頻譜帶寬

4G移動通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的高數(shù)值促使4G網(wǎng)絡的通信帶寬要超出3G網(wǎng)絡很多，只有這樣才能保證其數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅度提升。

3.3 靈活性提高

由于4G通信網(wǎng)絡的發(fā)展，只能終端的發(fā)展迅速，手機已經(jīng)不能簡單的用電話來定義，4G手機更趨近于一臺小型電腦，將數(shù)據(jù)進行上傳和下載，實現(xiàn)之間的通信操作，這是我們能隨時隨地獲取想要信息，進行通信，4G給我們帶來的通信靈活程度遠遠超出前三代。

3.4 通話費用便宜

4G通信在數(shù)據(jù)流量上更加保證了用戶的自主選擇性，通過用戶自身的使用需求，在這方面產(chǎn)生的費用價格有所降低，既保證了使用的方便流暢，也能為用戶節(jié)省資金，吸引更多的使用者。

4 4G通信技術的發(fā)展歷史

4G通信時代在2010年開始，世界發(fā)達國家對于4G技術標準進行了詳細的制定。早在2000年美國就推出了4G Access網(wǎng)絡，第一階段的落實是構建移動電話基地臺軟件，第二階段是建立智能天線系統(tǒng)。愛立信在2000年也開始研發(fā)第四代移動通信系統(tǒng)，并聯(lián)合加利福尼亞大學進行合作研發(fā)。中國從2002年開始，進行蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術的項目研究。經(jīng)過全世界通信行業(yè)的不斷努力，4G時代的到來是必然趨勢。

5 4G通信技術面臨的挑戰(zhàn)

4G通信技術雖然已經(jīng)投入使用，但其未來的發(fā)展仍然充滿挑戰(zhàn)。其中，通信容量受到限制，原因是隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的大幅度提高，通信系統(tǒng)的容量是有上限的，用戶數(shù)量越多，則速度就會減慢，100Mb/s只是理論上的速度，實際應用中無法實現(xiàn)。

6 總結

4G時代的不足和挑戰(zhàn)加快了5G時代的到來，未來通信前景會更加美好。

[1]張海軍,李欣.4G通信技術的研究與應用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2014(3):74-75

[2]鄭威,劉揚.4G移動通信技術應用及發(fā)展研究[J].信息通信,2015(4):250-250.