關(guān)于4G移動通信的核心技術(shù)探究

黃榮　王坦

【摘要】 文章結(jié)合筆者的工作總結(jié)，主要闡述了4G 移動通信技術(shù)的特點，從中針對4G移動通信的核心技術(shù)進(jìn)行了探討與研究，并提出了4G 移動通信的發(fā)展趨勢，以供大家參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】 4G移動通信 特點 核心技術(shù) 發(fā)展趨勢

近年來，隨著我國通信行業(yè)的迅速發(fā)展，3G通信技術(shù)的發(fā)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(yīng)用。4G技術(shù)是對當(dāng)前3G技術(shù)的一次全新的革新和發(fā)展，它融合了3G通信技術(shù)的諸多優(yōu)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(yè)務(wù)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(yè)得到廣泛的應(yīng)用。本文主要結(jié)合筆者的工作實踐，主要論述了4G移動通信的核心技術(shù)及發(fā)展趨勢。

一、4G 移動通信技術(shù)的特點

和3G相比較，4G移動通信技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢?？傮w來說，4G具有以下幾個方面的特點：（1）高速率和數(shù)字寬帶技術(shù)。對于大范圍高速移動用戶（250km/h），數(shù)據(jù)速率為 2 Mbit/s；對于中速移動用戶（60km/h），數(shù)據(jù)速率為20Mbit/s；對于低速移動用戶（室內(nèi)或步行者），數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。在4G移動通信系統(tǒng)中，信號以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區(qū)也會相應(yīng)小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時也會引起一系列技術(shù)上的難題。（2）良好的兼容性和較強的靈活性。4G 移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有移動通信運營 商的用戶都享受共同的4G服務(wù)，從而實現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點都能進(jìn)行通信。通過采用智能技術(shù)使系統(tǒng)能自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配，能對通信過程中不斷變化的業(yè)務(wù)流大小進(jìn)行相應(yīng)處理而滿足通信要求，對各種復(fù)雜環(huán)境下的不同信道進(jìn)行信號的正常發(fā)送與接收，有很強的智能性、適應(yīng)性和靈活性。（3）多類型用戶共存和多種業(yè)務(wù)融合。4G移動通信系統(tǒng)能根據(jù)動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和變化的信道條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，使低速與高速的用戶以及各種各樣的用戶設(shè)備能夠互聯(lián)互通，從而滿足系統(tǒng)多類型用戶的需求。同時支持更豐富的移動業(yè)務(wù)，使用戶隨時隨地獲得所需的信息服務(wù)。將個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等功能結(jié)合成一個整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。（4）先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用。4G移動通信系統(tǒng)具有突破性的技術(shù)，如：正交頻分復(fù)用、多輸入多輸出系統(tǒng)、多址接入方式、智能天線和空時編碼技術(shù)、無線鏈路增強技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高性能的收發(fā)信機(jī)和多用戶檢測技術(shù)等。

二、4G 移動通信的核心技術(shù)

2.1 正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）

OFDM 技術(shù)是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個子信道上進(jìn)行傳輸。OFDM 技術(shù)具有頻譜利用率高的優(yōu)點，其頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍；OFDM技術(shù)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(shù)適合高速數(shù)據(jù)傳輸，采用自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使變化調(diào)制方式、信道和加載算法，提高信息傳送的速率；OFDM 技術(shù)抗碼間干擾能力強，用循環(huán)前綴的方式對抗碼間的干擾。

OFDM是4G關(guān)鍵的技術(shù)之一，可以結(jié)合分集，時空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度地提高了系統(tǒng)性能。包 括以下類型：V-OFDM、W-OFDM、F-OFDM、MIMO-OFDM、多帶-OFDM。OFDM中的各個載波是相互正交的，每個載波在一個符號時間內(nèi)有整數(shù)個載波周期，每個載波的頻譜零點和相鄰載波的零點重疊，這樣便減小了載波間的干擾。 由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的 FDMA提高了頻帶利用率。

2.2 多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）

MIMO技術(shù)是指在基站和移動終端都有多個天線。MIMO技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益?？臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個子信道發(fā)射信號，使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加?？臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?；诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領(lǐng)域的研究熱點。MIMO技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。

2.3 軟件無線電技術(shù)

軟件無線電技術(shù)，就是用現(xiàn)代化軟件來控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”的無線通信。軟件無線電技術(shù)將硬件、軟件、無線技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，組成靈活多樣的多功能系統(tǒng)。它以一個通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設(shè)計方法中解放出來。功能的軟件化實現(xiàn)勢必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理盡量靠近天線。軟件無線電強調(diào)體系 結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級和擴(kuò)展。在設(shè)計和應(yīng)用中，軟件無線電技術(shù)有下列優(yōu)點。（1）靈活性。可任意改變調(diào)制方式或更換信道接入方式；可通過軟件升級或使用工具來擴(kuò)展業(yè)務(wù)、定義所需增強的業(yè)務(wù)以及分析無線通信環(huán)境、實時環(huán)境測試等。（2）集中性。多個信道享有共同的射頻前端與寬帶A/D變換器以獲取每一信道的相對廉價的信號處理性能。（3）模塊化。模塊化的設(shè)計，符合開放標(biāo)準(zhǔn)，使得系統(tǒng)便于維修、升級和改造。

2.4 切換技術(shù)

切換技術(shù)指的是移動終端從一個通信覆蓋區(qū)移動到另一個通信覆蓋區(qū)，為保持通信業(yè)務(wù)連續(xù)性而改變信道所進(jìn)行的鏈路偵測、仲裁和建立、斷開等操作的綜合技術(shù)。切換是蜂窩移動通信系統(tǒng)中保持用戶移動性的基本技術(shù)，是4G實現(xiàn)無縫、可靠漫游的基礎(chǔ)。切換的實現(xiàn)在方式上可分為硬切換、接力切換、軟切換和更軟切換等多種方式。切換的發(fā)生時機(jī)不僅包括移動終端在不同網(wǎng)絡(luò)之間的接入和在不同基站之間的移動，還包括在同一基站的不同扇區(qū)或者不同頻率之間的遷移，以及隨著信道變化進(jìn)行鏈路的更新等情況。

現(xiàn)有的切換控制機(jī)制主要有兩種，一種是由智能化移動終端進(jìn)行端口信號的強度和質(zhì)量的檢測，由終端的軟件系統(tǒng)進(jìn)行判決，主動發(fā)起和完成切換操作，另一種是由移動用戶臨近的基站監(jiān)測各通信鏈路的信號狀態(tài)，交換網(wǎng)中心根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成切換。DSP 和軟件技術(shù)是 4G切換技術(shù)的關(guān)鍵組成，高效智能的切 換算法可以顯著提高系統(tǒng)的切換效率和質(zhì)量。在4G 中綜合了兩種控制機(jī)制的優(yōu)點，充分發(fā)揮終端智能軟件的優(yōu)勢，實現(xiàn)以軟切換為主，輔助其他切換方式的綜合切換技術(shù)。

三、4G 移動通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

據(jù)統(tǒng)計，全球的移動通信用戶終端數(shù)量高達(dá)45億，占地球上總?cè)丝诘乃姆种?，移動通信技術(shù)實現(xiàn)了人與人的互聯(lián)，未來的4G 移動通信技術(shù)將實現(xiàn)人與互聯(lián)網(wǎng)移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)3G移動通信技術(shù)推動了智能手機(jī)和掌上電腦的發(fā)展，應(yīng)用手機(jī)和PDA等終端設(shè)備上網(wǎng)已經(jīng)成為用戶的基本需求，而未來的4G移動通信技術(shù)將改變現(xiàn)狀用計算機(jī)上網(wǎng)的習(xí)慣，基于4G網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)傳輸效率，未來的移動通信中可視化多媒體化將成為趨勢，更豐富的4G移動通信應(yīng)用將改變未來人與人、人與物、人與網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)通關(guān)系，人類將真正進(jìn)入無線互聯(lián)時代。

四、結(jié)語

綜上所述，4G移動通信技術(shù)作為不遠(yuǎn)的未來移動通信的發(fā)展趨勢，必然成為影響人們生活的又一重大變革，將對社會發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此我們應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，爭取在4G移動通信領(lǐng)域掌握先機(jī)，專研和開發(fā)4G移動通信技術(shù)，為未來4G 移動通信的發(fā)展和推廣作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。