第四代移動(dòng)通信技術(shù)及其應(yīng)用淺析

畢俊輝

摘 要 第四代移動(dòng)通信技術(shù)俗稱4G，是第三代移動(dòng)通信技術(shù)3G技術(shù)的升級(jí)。第四代移動(dòng)通信技術(shù)有更高的傳輸速度，可提供更安全的技術(shù)保障，具備更智能的、人性化的結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信的互聯(lián)互通。文章簡(jiǎn)述第四代移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，分析第四代移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上為第四代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞 第四代移動(dòng)通信；4G；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：F493 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0001-01

移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)使用戶可以在信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任意位置并且運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行通信，這較有線通信已給人們生活和社會(huì)發(fā)展帶來了深刻的影響。但隨著人們通信需求的增大，移動(dòng)通信技術(shù)自身也在發(fā)生著變革，到目前已經(jīng)發(fā)展到了第四代。第一代基于模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，僅能提供語(yǔ)音通信；第二代采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在改善語(yǔ)音通信質(zhì)量的同時(shí)可附帶低速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；第三代沿用了第二代的核心技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，?shí)現(xiàn)了可視業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。第四代將會(huì)有怎樣的進(jìn)步是當(dāng)下關(guān)注的熱點(diǎn)，本文將做進(jìn)一步的分析。

1 第四代移動(dòng)通信的概念與關(guān)鍵技術(shù)

至今還沒有一個(gè)準(zhǔn)確的科學(xué)的含義來定義第四代移動(dòng)通信技術(shù)，我們只能從功能和所使用的技術(shù)來界定它。4G技術(shù)集3G和WLAN于一身，在提供高質(zhì)量語(yǔ)音通信的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高速度的數(shù)據(jù)、多媒體傳輸，其速度比目前家用寬帶速度快20倍，可以滿足所有用戶的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求；4G技術(shù)基于IP核心網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)融合性，可以兼容其他網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫鏈接。第四代移動(dòng)通信技術(shù)主要采用了以下技術(shù)。

1）正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFMD）。OFMD（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是第四代通信的核心技術(shù)，作為多載波調(diào)制技術(shù)（MCM）中的一類，其運(yùn)行機(jī)制大體為：信道被劃分成多個(gè)正交子信道，高速數(shù)據(jù)信號(hào)被轉(zhuǎn)換成并行的低速數(shù)據(jù)流后調(diào)制在所有子信道上傳輸。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：頻譜的效率高于串行系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的抗衰力，消除了信號(hào)間的干擾適合高速數(shù)據(jù)傳輸。

2）智能天線技術(shù)。智能天線（Smart Antenna，SA），也被稱為自適應(yīng)陣列天線。SA大致由三部分構(gòu)成，天線陣、波束形成算法和波束形成網(wǎng)絡(luò)。SA通過滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的算法來調(diào)整每個(gè)元件信號(hào)的相位和加權(quán)振幅，以調(diào)整天線陣列的形狀從而抑制干擾信號(hào)同時(shí)加強(qiáng)主體信號(hào)強(qiáng)度。SA還具有數(shù)字波束調(diào)節(jié)和自動(dòng)追蹤等智能化功能，能夠有效的解決匱乏的頻率資源、提高數(shù)據(jù)傳輸速率、擴(kuò)展系統(tǒng)容量、保證通信質(zhì)量。

3）基于全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)。第四代移動(dòng)通信技術(shù)具有一個(gè)基于全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)，從而使不同網(wǎng)絡(luò)之間可以做到無縫的互聯(lián)互通。它的核心網(wǎng)絡(luò)可以提供端對(duì)端的IP服務(wù)、獨(dú)立于任何具體的無限接入方案從而兼容其他已有的PSTN和核心網(wǎng)。開放式的結(jié)構(gòu)使得其核心網(wǎng)能夠無礙的被各種空中接口接入。基于全I(xiàn)P后的核心網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、鏈路層與無線接入方式和協(xié)議的分離。IP能夠與多種無限接入?yún)f(xié)議相兼容從而提升了設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)的靈活性，不再受限于選定哪種無限接入方式與協(xié)議。第四代移動(dòng)通信技術(shù)采用了IPV6協(xié)議，地址長(zhǎng)度為128位，較IPV4的地址空間增大了296倍，不會(huì)再為沒有足夠的地址而困擾。IPV6還支持自動(dòng)控制，具有有狀態(tài)和無狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置方式。有狀態(tài)配置機(jī)制，需要額外的服務(wù)器為DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，提升了網(wǎng)絡(luò)管理的方便性。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置時(shí)需要進(jìn)行地址節(jié)點(diǎn)配置，通過鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得局部連接地址，局部連接地址獲得后通過即插即用機(jī)制不需要任何干預(yù)即可獲得一個(gè)唯一的路由地址。IPV6還能提供高質(zhì)量的服務(wù)、具有更好的安全性和移動(dòng)性能。

4）軟件無線電技術(shù)。軟件無線電（Software Defined Radio，SDR）是一種可以將各種通信技術(shù)聯(lián)系在一起的技術(shù)。其理念是盡量使數(shù)字化后的模擬信號(hào)接近于天線，使D/A和A/D轉(zhuǎn)換器靠近RF前段，通過DSP技術(shù)來完成調(diào)制解調(diào)、信道分離和信道編譯碼等工作。軟件無線電能夠建立一個(gè)運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)的平臺(tái)，以此來建立多層次、多通路和多模式的無線通信，從而做到各種平臺(tái)和系統(tǒng)間的兼容。

5）MIMO技術(shù)。MIMO（Multiple Input Multiple Out put，MIMO）通過在接收端和發(fā)射端都設(shè)置多副天線，將多接受與多發(fā)送天線相結(jié)合來提高每個(gè)用戶的通信效率與質(zhì)量。在天線發(fā)射功率和帶寬不變的情況下，通過MIMO信道能使無線信道容量成倍增長(zhǎng)、頻譜利用率成倍提高。MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)上是提升了系統(tǒng)的空間分集和空間復(fù)用能力。MIMO技術(shù)特點(diǎn)是能夠有效的利用存在的多徑傳播和隨機(jī)衰弱來大幅度提高傳輸速率，將通信系統(tǒng)中存在的多徑衰落因素有效的轉(zhuǎn)變?yōu)樘嵘ㄐ判阅艿囊蛩?，因此?shí)現(xiàn)在占用有限的信號(hào)寬帶的前提下大幅提升無線通信性能。

2 第四代移動(dòng)通信技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

通過對(duì)4G核心技術(shù)的分析可以總結(jié)出以下優(yōu)點(diǎn)。

1）網(wǎng)絡(luò)速度快。使用4G時(shí)通過移動(dòng)終端下載文件的速度最快將達(dá)到100Mbps，這是使用3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)速度的數(shù)倍。

2）系統(tǒng)容量大。增大的傳輸頻寬使得4G系統(tǒng)的儲(chǔ)存量較3G系統(tǒng)提升了10倍之多。

3）更好的信號(hào)覆蓋性能。4G具有相當(dāng)于3G20多倍的信道頻譜，同時(shí)支持高速可變速傳輸，大大的提升了信號(hào)覆蓋性。

4）全球無縫漫游。全球?qū)⒉捎媒y(tǒng)一的第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，這將各類主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和媒體無縫的融合在了一起，從而做到一部移動(dòng)終端在全球任何時(shí)間、地點(diǎn)的無礙通信。

5）更智能化。由于采用了智能的信號(hào)處理技術(shù)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)能對(duì)各種不同條件的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性。

6）更真實(shí)的影像多媒體業(yè)務(wù)。第四代移動(dòng)通信技術(shù)支持150Mb/s的高清影像多媒體業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端間實(shí)時(shí)的高清的視頻圖像傳輸。

3 第四代移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用

第四代移動(dòng)通信技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)注定了其將創(chuàng)造出前所未有的完美的新無限世界，它將帶來許多難以想象的應(yīng)用的誕生。

首先是電信行業(yè)方面的應(yīng)用：移動(dòng)可視電話，移動(dòng)終端之間在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻語(yǔ)音通話；數(shù)據(jù)傳輸：語(yǔ)音通話的同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向文件、圖像、視屏傳輸，不限時(shí)間地點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行高速下載和上傳；移動(dòng)電視，持有一臺(tái)移動(dòng)終端隨時(shí)接入服務(wù)器播放視頻音頻，不受移動(dòng)速度的影響。

在其他行業(yè)中的應(yīng)用：移動(dòng)銀行，通過手機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行銀行交易業(yè)務(wù)、獲得網(wǎng)上金融服務(wù)；車載移動(dòng)終端娛樂系統(tǒng)，通過車載終端在4G環(huán)境中使用導(dǎo)航、緊急呼叫、視頻會(huì)議、聯(lián)網(wǎng)獲取娛樂資源等很多豐富多彩的車載應(yīng)用。射頻測(cè)量，4G所具有的高頻譜帶寬正好可以滿足射頻測(cè)量技術(shù)要求精度更高、速度更快的需求。通過4G網(wǎng)絡(luò)還可以提供很多應(yīng)急服務(wù)如災(zāi)害預(yù)警與救援等。

4 結(jié)束語(yǔ)

4G目前已在國(guó)內(nèi)開始運(yùn)營(yíng)，雖然普及率還不高，但4G的諸多優(yōu)點(diǎn)注定其將取代以往的移動(dòng)通信技術(shù)。在這種趨勢(shì)下，通信行業(yè)應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)，仔細(xì)分析預(yù)測(cè)第四代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，大力推進(jìn)其推廣與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王相平.IPv6技術(shù)——新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.endprint