4G移动通讯技术

2024-05-15

4G移动通讯技术（精选十篇）

4G移动通讯技术篇1

4 G移动通信技术比2G或3G移动通信系统提供更高的传输速率、更佳的服务品质以及多样化移动多媒体应用服务, 其服务范畴已开始由语音服务逐渐转向移动数据服务, 为运营商增加每月用户收益ARPU (Average Revenue Per User) 。这样的趋势对产业生态体系分工与重组的影响逐渐浮现。而LTE和WiMAX技术也构成了4G移动通讯技术的主要内容, 都在努力争取4G的主流地位。

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 技术是新兴的宽带无线接入技术, 定义于IEEE802.16d和IEEE802.16e两个空中接入技术标准。前者规范固定宽带无线接入系统, 适用于住家或SOHO上网应用;后者是规范移动宽带无线接入技术, 移动速度可以达到120km/h (Senza Fil Consulting, 2005) 。其传输速度在IEEE802.16d模式可达75Mbit/s, 而在IEEE802.16e模式则可达30Mbit/s。在IEEE802.16d模式下, 室外直视最大传输距离达50km, 而在非直视距离最大传输距离为9km。Wi Max论坛是为了促使不同厂商的产品能够互通, 其成员包括通讯设备制造商、零件供应商、移动通信服务运营商和系统整合厂商。截至2012年, 各国提供Wi MAX服务的营运商有262家, 27.7%采用802.16-2004标准, 19.4%采用802.16e。其中26%营运商集中在亚洲, 34%在欧洲, 16%在亚非, 美洲占了24%。而用户组成为64%家用, 34%为企业用户。

LTE (Long Term Evolution) 是延续WCDMA的新一代移动无线宽频技术, 它可以让移动通信运营商提供超越4G无线网络效能的无线宽频服务。LTE已正式被第四代移动通讯组织接受为新的无线标准技术。LTE的一项特色是可以与GSM的网络相容, 无论这些系统运营商是否已经部署UMTS技术, 都可进行扩充LTE的营运规划。LTE改进了4G的空中接入技术, 采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的标准。在20MHz频谱频宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率, 能改善涵盖区边缘使用者的传输与接收性能, 提高社区容量和降低系统延迟。LTE具有100Mbps的资料下载能力, 被视为4G发展的主流技术。

4 G/LTE目前逐步获得世界各国主要电信运营商的支持, 而WiMAX的支持者仅以Intel及较不具经营移动电信服务经验的新进运营商为主。以技术观点而言, Wi MA必需加强移动网络漫游协议, 才可能获得使用者认同。LTE商用化进度虽较缓慢稳健, 多家主流运营商如Verizon已预计在2015年布建LTE。WiMAX和LTE都支援OFDM和IMS, 两者核心技术都相同, Wi MAX应与既有技术整合。例如, 双模手机将有助于用户以最少的转换成本, 并保持其现有网络服务品质而升级到Wi MA系统。当有Wi MAX服务可用时, 用户可享用高速网络与多媒体应用。若用户移动到其他城市没有WiMAX服务, 则使用2.5G/3G的服务。

2 4G移动通讯的抗干扰技术

4 G移动通讯SON服务器通常使用前端无线存取技术所量测到的干扰信息, 这能够更准确地设定各个基地台的资源保留方式。然而, 前端基地台所量测到的干扰信息, 由于隐藏终端点 (Hidden Terminal) 的现象, 可能有所不足。这个现象必须依靠基地台与移动装置间的额外设计, 驱动移动装置回报造成基地台信息干扰。另外, 当SON服务器在设定各个基地台的资源保留方式时, 最好能动态地依据各个基地台的负载量进行调整, 如此才不会让资源使用效率不彰的情形频频发生。

SON服务器动态地调整资源保留机制, 这就需要关注Hybrid资源保留技术。本文所提及的资源保留技术, 主要是针对时间维度上的资源进行资源保留。Hybrid资源保留技术结合了协调式资源保留技术和非协调式资源保留技术的优点, 在获得干扰源信息方面, 采用非协调式资源保留技术中的方法, 让4G基地台自行扫描获取邻近的基地台信息, 而非采用协调式资源保留技术中常用的GPS定位信息。不使用GPS相关信息, 是因为GPS信息有时无法代表实际的干扰情形。实际的干扰情形需要考虑墙壁、隔间、楼层等问题。另外在资源保留的决策方面, 采用协调式资源保留技术的方法, 让后端服务器去调节各个4G基地台的子信息框架 (subframe) 使用方式, 以形成公平且有弹性的资源配置。以下为Hybrid资源保留技术的细部步骤:4G基地台扫瞄邻近基地台并获得其Cell ID;4G基地台将所得基地台列表送至中央服务器;4G基地台传送自身资源使用率给予服务器;服务器决定该基地台的子信息框架使用方式并回馈给该设定;该子信息框架使用设定将能最小化该基地台与周围环境产生的干扰;4G基地台设定其子信息框架使用方式并在无线频道中广播此设定。

摘要：4G移动通讯技术是未来移动通讯的发展趋势所在, 其设计到多个方面, 文章首先探讨了4G移动通讯的核心技术, 进而分析了核心技术的应用, 最后又分析了4G移动通讯的抗干扰技术。

关键词：4G移动通讯,核心技术,应用,抗干扰技术

参考文献

[1]武霞, 亢军贤, 薄征, 尚永平, 李武社.全IP第四代移动通信系统研究进展与关键技术[J].甘肃科技, 2008 (10)

移动通信4G技术篇2

4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。如果说现在的3G能为我们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信将是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。然而，在通话品质方面，目前的移动电话消费者还是能接受的。随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。数据通信速度的高速化的确是一个很大优点，它的最大数据传输速率达到100Mbit/s，简直是不可思议的事情。另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少，未来的4G通信费用也要比目前的通信费用低。

4G通信技术将是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度--据3G市场分三个阶段走的的发展计划，3G的多媒体服务在10年后将进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上人口使用第三代移动通信系统。在发达国家，3G服务的普及率更将超过60%，那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。

为了充分利用4G通信给我们带来的先进服务，我们还必须借助各种各样的4G终端才能实现，而不少通信营运商正是看到了未来通信的巨大市场潜力，他们现在已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上，例如生产具有高速分组通信功能的小型终端、生产对应配备摄像机的可视电话以及电影电视的影像发送服务的终端，或者是生产与计算机相匹配的卡式数据通信专用终端。有了这些通信终端后，我们手机用户就可以随心所欲的漫游了，随时随地的享受高质量的通信了。

4G存在缺陷

对于现在的人来说，未来的4G通信的确显得很神秘，不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来发明的最复杂的技术系统，的确第四代无线通信网络在具体实施的过程中出现大量令人头痛的技术问题，大概一点也不会使人们感到意外和奇怪，第四代无线通信网络存在的技术问题多和互联网有关，并且需要花费好几年的时间才能解决。总的来说，要顺利、全面地实施4G通信，将可能遇到下面的一些困难：

1、标准难以统一

虽然从理论上讲，3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信，但是由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。因此，开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题，而世界各大通信厂商将会对此一直在争论不休。

2、技术难以实现

尽管未来的4G通信能够给人带来美好的明天，但是别指望立刻就能用上这种技术，大约还需要5年左右的时间这项技术才能发布。据研究这项技术的开发人员而言，要实现4G通信的下载速度还面临着一系列技术问题。例如，如何保证楼区、山区，及其它有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题。日本DoCoMo公司表示，为了解决这一问题，公司将对不同编码技术和传输技术进行测试。另外在移交方面存在的技术问题，使手机很容易在从一个基站的覆盖区域进入另一个基站的覆盖区域时和网络失去联系。由于第四代无线通信网络的架构相当复杂，这一问题显得格外突出。不过，行业专家们表示，他们相信这一问题可以得到解决，但需要一定的时间。

3、容量受到限制

人们对未来的4G通信的印象最深的莫过于它的通信传输速度将会得到极大提升，从理论上说其所谓的每秒100MB的宽带速度，比目前手机信息传输速度每秒10KB要快1万多倍，但手机的速度将受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。据有关行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。如果速度上不去，4G手机就要大打折扣。

4、市场难以消化

有专家预测在10年以后，第三代移动通信的多媒体服务将进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上人口使用第三代移动通信系统，第三代技术仍然在缓慢地进入市场，到那时整个行业正在消化吸收第三代技术，对于第四代移动通信系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。另外，在过渡过程中，如果4G通信因为系统或终端的短缺而导致延迟的话，那么号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划，此时4G漫长的投资回收和赢利计划将变得异常的脆弱。

5、设施难以更新

在部署4G通信网络系统之前，覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系统建立的，如果要向第四代通信技术转移的话，那么全球的许多无线基础设施都需要经历着大量的变化和更新，这种变化和更新势必减缓4G通信技术全面进入市场、占领市场的速度。而且到那时，还必须要求3G通信终端升级到能进行更高速数据传输及支持4G通信各项数据业务的4G终端，也就是说4G通信终端要能在4G通信网络建成后及时提供，不能让通信终端的生产滞后于网络建设。但根据目前的事实来看，在4G通信技术全面进入商用之日算起的二三年后，消费者才有望用上性能稳定的4G通信手机。

6、其他相关困难

因为手机的功能越来越强大，而无线通信网络也变得越来越复杂，同样4G通信在功能日益增多的同时，它的建设和开发也将会遇到比以前系统建设更多的困难和麻烦。例如每一种新的设备和技术推出时，其后的软件设计和开发必须及时能跟上步伐，才能使新的设备和技术得到很快推广和应用，但遗憾的是4G通信目前还只处于研究和开发阶段，具体的设备和用到的技术还没有完全成型，因此对应的软件开发也将会遇到困难；另外费率和计费方式对于4G通信的移动数据市场的发展尤为重要，例如WAP手机推出后，用户花了很多的连接时间才能获得信息，而按时间及信息内容的收费方式使用户难以承受，因此必须及早慎重研究基于4G通信的收费系统，以利于市场发展。还有4G通信不仅需要区分语音流量和互联网数据，还需要具备能到数据传输速度很慢的第三代无线通信网络上平稳使用的性能，这就需要通信营运商们必须能找到一个很好的解决这些问题的方法，而要解决办法就必须首先在大量不同的设备上精确执行4G规范，要做到这一点，也需要花费好几年的时间。况且到了4G通信真正开始推行时，熟悉4G通信业务的经验和专门技术人才还不多，这样同样也会延缓4G通信在市场上迅速推广的速度，因此到时对于设计、安装、运营、维护4G通信的专门技术人员还须早日进行培训。4G研究现状

中国、日本、韩国以及欧洲等国家对第四代移动通信的研究工作已经启动，欧洲的项目为“第六框架”，日韩两国都是自己独立研究，目前对4G的研究还处于初级阶段，并没有进入实质部分，还谈不上频段的划分，ITU计划在2004年征求第四代移动通信的方案，2010年制定出全世界统一的第四代移动通信标准。

在世界各国都在积极的对4G研究时，我们国家也不甘落后，我国对第四代移动通信的研究已经正式列入863项目，并启动了“FuTURE计划”。具体分3个阶段实施：

2001年12月～2003年12月，开展Beyond 3G/4G蜂窝通信空中接口技术研究，完成Beyond 3G/4G系统无线传输系统的核心硬、软件研制工作，开展相关传输实验，向ITU提交有关建议；2004年1月～2005年12月，使Beyond 3G/4G空中接口技术研究达到相对成熟的水平，进行与之相关的系统总体技术研究(包括与无线自组织网络、游牧无线接入网络的互联互通技术研究等)，完成联网试验和演示业务的开发，建成具有Beyond 3G/4G技术特征的演示系统，向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准；2006年1月～2010年12月，设立有关重大专项，完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场试验。

在近几年的研究中，我国已经取得了喜人的成果，武汉汉网高技术有限公司、华中科技大学和上海交通大学联手攻克的全IP蜂窝移动技术是国际公认的第四代移动通信技术的核心，其数据传输速率是3G移动电话的50倍，能同时传输语音、文字、视频图像等不同数据类型。这使欧美移动通信技术在中国市场独领风骚的局面将有所改变。

4G-触手可及

4G概念移动通信关键技术篇3

关键词 4G技术移动通信电信

中图分类号：TN916.2 文献标识码：A

0引言

由于采用不同频段的不同业务环境，需要移动终端配置有相应不同的软、硬件模块，而3G移动终端目前尚不能实现多业务环境的不同配置。由于3G系统以上的局限性，目前，很多公司已经开始着手4G 概念通信系统的研究。本文主要介绍4G概念通信的技术特点以及可能采用的关键技术。

1 4G概念通信技术特点

目前，业界专业人士对4G概念移动通信系统的共识主要有以下几点：

（1）具有很高的数据传输速率。对于大范围高速移动用户（250km/h），数据速率为2 Mbit/s；对于中速移动用户（60km/h），数据速率为20 Mbbit/s；对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100 Mbit/s。

（2）实现真正的无缝漫游。4G 移动通信系统实现全球统一的标准，能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝连接”，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。

（3）高度智能化的网络。采用智能技术的4G 通信系统将是一个高度自治、自适应的网络。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行结合的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。

（4）良好的覆盖性能。4G 通信系统应具有良好的覆盖并能提供高速可变速率传输。对于室内环境，由于要提供高速传输，小区的半径会更小。

（5）基于IP 的网络。4G通信系统将会采用IPv6，IPv6将能在IP 网络上实现话音和多媒体业务。

（6）实现不同QoS 的业务。4G 通信系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务。

2 4G概念通信关键技术探讨

（1）正交频分复用（OFDM ）技术

第四代移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM 技术实际上是多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM 有很多独特的优点：

①频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

②抗衰落能力强。OFDM把用户信息通过多个子载波传输，这样在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，从而使OFDM 对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强。

③适合高速数据传输。OFDM 自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候，应采用效率高的调制方式；而当信道条件差的时候，则应采用抗干扰能力强的调制方式。再有，OFDM 加载算法的采用，使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM 技术非常适合高速数据传输。

（2）智能天线技术

智能天线采用了空时多址（SDMA）的技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，将主波束对准用户方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。这种技术具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束等功能，被认为是未来移动通信的关键技术。

（3）无线链路增强技术

可以提高容量和覆盖的无线链路增强技术有：分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能；多天線技术，如采用2或4天线来实现发射分集，或采用多输入多输出（MIMO）技术来实现发射和接收分集。MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。

3结束语

4G移动通信系统目前还只是一个基本概念，4G网络的定义仍然还不明确，IEEE等标准化组织仍处于制定标准和规范的过程中。但是融合现有的各种无线接入技术的4G系统将成为一个无缝连接的统一系统，实现跨系统的全球漫游及业务的可携带性，是满足未来市场需求的新一代的移动通信系统，它将帮助我们实现充满个性化的通信梦想。

参考文献

[1] 许丽艳，王英，于海生. 移动通信链式实验教学体系[J]. 实验室研究与探索. 2009（01）.

[2] 王先庆，房永辉.移动通信技术助广东现代物流业腾飞[J]. 广东科技. 2009（03）.

浅析4G移动通信技术篇4

本文将简要介绍4G移动通信系统的技术特点,及4G系统中可能采用的关键技术。

1 4G的技术特点[2,3]

1.1高容量,高速率

250km/h的高速移动用户在大范围内,数据速率可达到2Mbps;60km/h的中速移动用户,其数据速率为20Mbps;而低速移动用户(室内或步行者),数据速率为100Mbps。其容量至少应是3G系统容量的10倍以上。

1.2灵活性强

4G拟采用智能技术,可自适应地进行资源分配,有很强的智能性、适应性和灵活性。

1.3 兼容性好

能真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。为了让所有移动通信运营商的用户享受共同的4G服务,4G采用了全球统一的标准。

1.4多类型用户共存

为满足多类型用户的需求,使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通,4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理。

1.5多业务的融合

为使用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务,4G将信息系统、个人通信、广播及娱乐等行业完全结合成一个整体,从而能满足用户更广泛的服务和应用。

1.6技术基础较好

应用了先进的技术,如OFDM、无线接入、软件无线电等,能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。1.7自治的网络结构

为满足用户在业务和容量方面不断变化的需求,4G将是一个拥有对结构的自我管理能力的自治的网络。

2 4G的关键技术

2.1正交频分复用(OFDM)技术[4]

4G移动通信系统中采用了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,0FDM)技术作为其核心技术。该技术的最大优点是能提高频谱利用率,并且能对抗频率选择性衰落和窄带干扰,从而减小各子载波问的相互干扰。OFDM是基于GMC的一种技术。在GMC(Generalized Multi—Carrier广义多载波)技术中,数据包大小能根据传输线路的实际情况进行适当调整[5]。OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,各子载波并行传输,以消除信号波形间的干扰。3G系统中采用的是码分多址CDMA技术,属于单载波调制,CDMA2000中虽采用的是多载波技术,但各个载波之间相互独立。在OFDM系统中由于各个子信道的载波相互正交,于是它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率[6,7]。

2.2软件无线电

软件无线电(softwareradio)简称SWR,是在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。

该系统是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托,通过软件编程来实现无线电台的各种功能。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电,并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性,能通过软件更新改变硬件配置结构,实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构,使得系统具有灵活性和适应性,能够适应不同的网络和空中接口,也支持采用不同空中接口的多模式手机和基站。

2.3智能天线(SA)

智能天线是未来移动通信的关键技术之一。SA其实就是一种安装在基站现场的双向天线。它通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。其原理是将无线电的信号导向具体的方向,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(Direction of Arrival),旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。

2.4 MIM0技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统,利用多天线来抑制信道衰落,该技术最早是由Marconi于1908年提出的。根据收发两端天线数量,相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统,MIMO还可以分为SIMO(Single-Input Multiple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。利用MIMO信道可以成倍地提高无线信道容量,在不增加带宽和天线发送功率的情况下,频谱利用率可以成倍地提高。同时也可以提高信道的可靠性,降低误码率。在无线频谱资源相对匮乏的今天,MIMO系统具有其特有的优越性。

3展望

目前4G移动通信系统还只是一个基本概念,相关标准也还在实验室研发阶段。虽然4G移动通信技术有着很多的优越性,但4G什么时候才能真正走进我们的生活现在也是个未知数。从标准的制定到硬件的支持再到设备的制造,最后到移动设备的整体改造,所有这些牵涉到一系列的问题,用户关心的使用的方便快捷,制造商和移动供应商更多的关心的是其收益。只有用户需求和商业利益能达到一个平衡4G才能正式进入市场,我们拭目以待。

参考文献

[1]孙媛.4G通信系统关键技术初探[J].电信工程技术与标准化,2004(4):76-81.

[2]4G移动通信系统的主要特点和关键技术[DB/OL].http://network.firnow.com/wlan/x8002010n04m/12s9027762.html.

[3]胡臻龙,邓世昆.4G移动通信技术综述[J].2006,11:50-53.

[4]王颖,邓力为,周中伟,等.4G移动通信及其频谱技术探讨[J].中南林业科技大学学报,2009,29(4):187-191.

[5]Wang z.Giannakis G B.Wireless muhicarrier communications where Fourier meets Shannon[J].IEEE Signal Processing Magazine,2000,17(3):29-48.

[6]陈仁森.4G移动通信系统及其关键技术[J].湘潭师范学院学报,2007,29(4):86-88.

[7]徐丹,周峰,杨大成.4G技术发展与挑战[J].移动通信,2007,12:39-42.

[8]Fazel K,Kaiser S.Multi—carrier and spread spectrum systems[M].New York:John Wiley and Sons,2003.

[9]国际电联确定4G标准候选技术:中国标准入围[DB/Ol].http://tech.qq.com/a/20091026/000379.htm.

[10]全球4G标准最快10月在京敲定.TD-LTE有望胜出[DB/OL].http://tech.qq.com/a/20100421/000422.htm.

4g移动通信技术论文致谢篇5

首先，要感谢中国科学技术大学这个优秀的平台，作为国际知名、国内一流大学，中国科学技术大学严谨务实的学风深刻地影响着我的价值观和生活态度。

其次，要特别感谢我的导师张圣亮教授，张老师严谨的治学态度以及诲人不倦的精神让我获益匪浅，感谢张老师在我的科研生涯伊始，便以其在服务营销领域丰富的专业知识视角对我进行选题的启迪和构思，在毕业论文的写作过程以及求职过程中，张老师提供了许多有建设性的建议和指导，让我终身难忘;同时，感谢管理学院的各位老师，在专业课教学中的孜孜不倦，拓宽了我的.知识视野，丰富了我的理论基础。再次，感谢同门各位师兄弟师姐妹和室友，在生活和学习上给予了我莫大的帮助，正是由于你们的相伴，我的三年求学生涯更加充实和欢乐。

最后，由衷地感谢我的家人，对我这些年求学生涯的默默支持和鼓励，我将时刻铭记于心，在今后的人生中用实际行动表达我的感恩之情。

4G移动通信关键技术与面临的问题篇6

关键词：4G；4G关键技术；OFDM SAMIMO SDR4G发展现状

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)36-0152-02

1前言

根据国际电联的工作安排，2009年将集中征集4G技术标准，2010年会推出第一个4G版本，并在2011年世界無线电通信大会上通过。4G预计2015年左右投入商用。4G技术的飞速发展，使得广大用户享受更新、更快捷、更丰富的通信生活成为可能。

24G网络中的关键技术

4G系统针对各种不同业务的接人系统，通过多媒体接入连接到基于口的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。

(1)物理网络层提供接入和路南选择功能。

(2)中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。

(3)物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变得更容易，提供无缝高数据率的无线服务。并运行于多个频带，这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端，跨越多个运营商和服务商，提供更大范围服务。

据国际电信联盟定义，4G技术是可为移动中的用户提供100 Mb/S的数据传输、为静止的用户提供1Gb/S的数据传输的无线通讯技术，包含OFDM、智能天线(SA)与多人多出天线(MIMO)技术、软件无线电技术(SDR)三大关键技术。

2.1OFDM

OFDM即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。OFDM技术有很多优点：可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰(ISI)能力强。

2.2智能天线(SA)与多入多出天线(MIMO)技术

智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种：全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。

移动通信环境中的多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。而多输入多输出(M1MO)技术在通信链路两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线阵元同频、同时发送，接收方则利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性从混合信号中分离估计出原始子码流，这相当于频带资源重复利用，使频谱利用率和链路可靠性极大的提高。

2.3软件无线电技术(SDR)

软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器(A/D)及数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等。

2.4基于IP的核心网

4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接人方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种窄中接口接人核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。在4G通信系统中将取代IPv4协议，主要采用全分组方式IPv6技术。

34G技术的发展现况及其挑战

3.1日本NTI-DoCoMo在4G的领先优势

2008年日本NTT DoCoMo公司发布新闻公报称，该公司在2007年年底进行的4G外场试验中，创下5.3 Gb/s的最大下行速率纪录。在此次试验中，无线通信系统的发射端和接收端天线均从一年前试验时的6根增加到12根，并采用了该公司独有的接收信号处理技术，使下行速率成功翻倍。

3.2WiMAX“准4G”标准

2007年10月19日，国际电信联盟ITU在日内瓦举行无线通信全体会议，无线宽带技术WiMAX通过投票正式成为3G标准。

WiMAX，即IEEE 802A6x，全称是“微波存取全球互通技术(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)”，被业界认为是高于现有3G标准的“准4G”标准。和传统的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000相比，WiMAX的最大传输半径达到了约50km，接近前者的两倍。而在传输速度上，WiMAX也让其他3G标准望尘莫及。在10km范围内，WiMAX网络的带宽可以达到70Mb/S，甚至超过了ADSL等有线网络的技术，而3G标准中的TD SCDMA和WCDMA则均为2Mb/s。

3.3美国与欧洲针对4G的举动

作为美国的代表，3G时代的霸主高通公司一方面希望通过引入DMMX和HMMX这两项技术后，性能达到4G的要求；另一方面则通过收购Flarion科技公司获得了近300项OFDM技术专利，这被业界视为高通欲在4G时代继续保持专利的绝对领先之举。

在欧洲，爱立信已与美国加利福尼亚大学合作开发4G技术。加利福尼亚大学已正式成立了加州通信和信息技术学会，并得到了爱立信的投资。而阿尔卡特、爱立信、摩托罗拉、诺基亚、西门子成立了旨在推动4G技术开发的世界无线研究论坛WWRF(Wireless World Research Forum)。该组织下设的6个工作组，分别讨论业务、市场、结构、接口、核心技术等问题。

3.4我国正在加快4G关键技术研究步伐

从2001年底起，继在国产3G标准制定方面取得巨大进展之后，国家“十五”、“863”计划启动了面向未来移动与无线通信发展的“FUTURE计划”。

2006年7月，上海建设的世界最大的4G实验网通过了863项目的验收。通过验收的上海试验网由三个无线覆盖小区、六个无线接入点组成，具有在移动环境下支持蜂值速率为100Mb/S的无线传输及高清晰度交互式图像业务演示等功能。

“FUTURE计划”负责人之一、国家“863”计划未来移动通信总体组组长尤肖虎表示，我国已经在国内外申请移动通信技术发明专利100余项，我国在第四代移动通信技术上已经处于世界前沿。

2009年，我国对4G的发展步伐明显加快。大唐移动联合中兴通讯、华为以及相关高校和科研院所完成了4G相关白皮书。相关业内人士透露，我国已经完成了4G标准的技术方案起草工作，目前正在进行4G关键技术的系统验证。我国目前正在更多地区进行4G系统的测试工作，且要赶在2010年前对其进行商业化测试，以便在2011年世界无线电通信大会时向国际电信联盟提交有着自主知识产权的4G标准。

44G移动通信技术未来预测

随着目前3G移动通信技术的全面商用化的开始，我国大部分的手机用户将感受到3G技术给我们带来的便捷，同时也能明显的感到3G技术的不足与缺陷。这些不足与缺陷将成为移动通信技术不断进步的动力。

浅谈4G移动通信技术篇7

1 4G的网络构成

4G的网络构成一般分为3层:⑴物理的网络层, 它有接入与路由的选择功能。⑵中间的环境层, 它的功效主要有网络服务的质量映射、完全性的管理以及地址的变换等。⑶应用的网络层, 它的服务要适用在多个无线的基准和多模的终端上, 横跨了很多服务商与运营商, 更为广泛的提供了服务。

2 4G网络中所需要的关键性技术

⑴OFDM技术。

OFDM是正交频分复用的技术, 而实际上OFDM是多载波调制其中之一。它主要的原理是把将要传输的急速串行数据经过串并变换, 变成为在子信道上并且行传输的慢速数据流, 在经过相互的正交载波进行调配, 最终叠加在一起发送出去。而接收端要用相干的载波进行相干的接受最后经过并串变换再恢复成为原来的急速数据。它的好处主要表现在可以减少或者破除信号波形之间的干扰, 并且对多普勒的频移与多径衰落之间不敏感, 这就增强了频谱的利用率, 更加适用数据高速传输, 抗干扰的能力较强。

⑵SDR技术。

SDR技术是利用软件来进行加载从而实现各种无线电通信系统的开放式技术。它较多的运用软件来定义无线的功能, 其中心的思想是让宽带数模转换器和模数转换器等一系列先进的模块更近地靠近射频天线。它主要用于数字的信号处理、数字信号处理以及现场可编程等等。

⑶SA技术

SA技术是波束之间缺少切换的多波束。具有抗信号干扰、数字的波束调整以及自动跟踪等功能, 根本的规律主要是在无线的基站端运用天线阵与相干的无线收发信机用来促使射频的信号收发, 对各种的天线链路上所接收的信号也会按照计算方法进行相应的合并, 从而实现上行波速的赋形。

⑷MIMO技术。

MIMO技术是指移动的最终端与基站上都有很多个天线。它为整个系统提供了空间分集增益与空间的复用增益。空间的复用是指在发射端与接收端用上多条天线, 在一个频谱上面运用多个子信道发射信号, 使其容量随着天线的数目的增加而线性增多。空间的分集指的是发射与接收分集两个类别。基于信道编码的技术与分集技术的空时码都可得到高的分集增益与编码增益, 这已经成为这个领域的热点研究。这项技术可以提供较高的频带利用率, 并且它的空间分集可以明显的完善无线信道的性能, 增强无线系统的覆盖范围和容量。

⑸基于IP核心网。

4G的移动通信的中心网络是基于全IP的网络, 是一个实现在不同网络之间的无缝连接。核心网在设计的时候有较大的灵活性, 并不需要考虑无线的接入究竟需要何种协议与方式。在整个4G通信的系统当中主要将采用1Pv6的技术来取替1Pv4, 1Pv6有很多的优点, 例如:支持有状态与无状态的自动配置形式;具有不同的服务质量;有较大的空间地址。

⑹用户的检测技术。

。4G系统的基站与终端都会用到检测用户的技术来提升系统的容积。多用户的检测技术基本的思想是:让同时占有某一个信道的全部的客户或者一部分客户的信号都当成有用的信号, 综合利用了各种信号的处理手段, 从而对多用户信号得到最佳的检测。它在检测的技术基础上, 充分对受到干扰的多址用户进行检测, 使其拥有抗干扰性与抗远近效应性能, 明显的让整个系统的容量得到有效的提高。

3 4G移动通信技术的特点

4G的移动通信技术主要的特点如下:⑴具有更加宽阔的网络频谱。为了让数据得到更加迅速的传递, 通信营运商在3G网络基础之上进行改进, 让4G的信道达到100MHz, 比3G网络要加快20倍;⑵加快了通信的速度。4G传输数据的速率可以达到10Mbps到20Mbps, 最高可以达到100Mbps的速率来传输无线信息, 而3G网络只有2Mbps。因此在传输大量的数据时, 4G通信就会快速的完成, 减少用户的长时间等待;⑶具有灵活的通信方法。4G的通信不仅让我们可以随时的通信, 还可以更加便捷的像信用卡一样用于提现与购物, 而4G手机所有的功能跟一台小型智能电脑一样;⑷3G的系统核心主要是CDMA的技术, 然而4G的系统核心技术是OFDM的技术, 我们利用OFDM可以实现例如数字广播等无线通讯的增值业务;⑸更好的实现多媒体通信。4G的通信包括语音、影响已经数据等信息通过宽频传输出去, 它是可以满足高分变频以及高速数据的多媒体需求, 是真正可以达到多媒体的移动通讯。⑹通信的费用较少。4G通信的布置较为迅速容易, 营运商们直接把4G建设在3G的通信网络的设施上, 这样就有效地减少了用户与运行者的费用, 使得4G的通信无线连接等一些业务费要比3G通信便宜的多。

总之, 4G移动通信的技术是一项未来通信技术所必须的发展进程, 因此我国要高度重视4G移动通信的技术开发与研究, 要拟定相关的技术标准以及防范措施, 更加大力的开展自主知识产权, 只有这样才能增强国际通信的领域竞争能力, 从而形成有着中国特色的4G移动通信技术。

摘要：当我们没有享受完3G网络带给我们地冲击的同时, 4G移动通信技术已经研究完成了。4G移动通信的技术是在3G技术后再一次无线通信的研究, 它具有了质量更高通信更快等优点。下文我们主要讲述一下4G移动通信技术的相关研究。

关键词：4G,移动通信,技术研究

参考文献

[1]陆军.浅析4G移动通信技术[J].石家庄理工职业学院学术研究, 2010, 02:20-23.

[2]刘婷婷, 方华丽.浅谈4G移动通信系统的关键技术与发展[J].科技信息, 2013, 09:298.

[3]李明锋.4G移动通信技术的特点及应用探讨[J].河南科技, 2013, 14:16.

4G移动通信关键技术篇8

目前, 业界专业人士对4G概念移动通信系统的共识主要有以下几点:

(a) 用户可以在任何地点、任何时间以任何方式不受限地接入网络中来;

(b) 移动终端可以是任何类型的;

(d) 可以实现非常先进的移动电子商务;

(e) 新的技术可以非常容易地被引入到系统和业务中来。

根据以上描述, 未来的4G系统应具备以下的基本条件。

(1) 具有很高的数据传输速率。对于大范围高速移动用户 (250km/h) , 数据速率为2 Mbit/s;对于中速移动用户 (60km/h) , 数据速率为20 Mbbit/s;对于低速移动用户 (室内或步行者) , 数据速率为100 Mbit/s。

(2) 实现真正的无缝漫游。4G移动通信系统实现全球统一的标准, 能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝连接”, 真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。

(3) 高度智能化的网络。采用智能技术的4G通信系统将是一个高度自治、自适应的网络。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行结合的正常发送与接收, 有很强的智能性、适应性和灵活性。

(4) 良好的覆盖性能。4G通信系统应具有良好的覆盖性能并能提供高速可变速率传输。对于室内环境, 由于要提供高速传输, 小区的半径会更小。

(5) 基于IP的网络。4G通信系统将会采用IPv6, IPv6将能在IP网络上实现话音和多媒体业务。

(6) 实现不同Qo S的业务。4G通信系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务。

2 4G概念通信关键技术探讨

(1) 正交频分复用 (OFDM) 技术

第四代移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种。

OFDM技术之所以越来越受关注, 是因为OFDM有很多独特的优点:

(a) 频谱利用率高, 频谱效率比串行系统高近一倍。OFDM信号的相邻子载波相互重叠, 其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

(b) 抗衰落能力强。OFDM把用户信息通过多个子载波传输, 这样在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍, 从而使OFDM对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强。

(c) 适合高速数据传输。OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候, 应采用效率高的调制方式;而当信道条件差的时候, 则应采用抗干扰能力强的调制方式。再有, OFDM加载算法的采用, 使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此, OFDM技术非常适合高速数据传输。

(d) 抗码间干扰 (ISI) 能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰, 它与加性的噪声干扰不同, 是一种乘性干扰。造成码间干扰的原因有很多, 实际上, 只要传输信道的频带是有限的, 就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀, 故对抗码间干扰的能力很强。

(2) 智能天线技术

智能天线采用了空时多址 (SDMA) 的技术, 利用信号在传输方向上的差别, 将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分, 动态改变信号的覆盖区域, 将主波束对准用户方向, 旁瓣或零陷对准干扰信号方向, 并能够自动跟踪用户和监测环境变化, 为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号从而达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。被认为是未来移动通信的关键技术。

目前, 智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优, 但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大、信道模型简单、收敛速度较慢, 在某些情况下甚至出现错误收敛等缺点, 实际信道条件下, 当干扰较多、多径严重, 特别是信道快速时变时, 很难对某一用户进行实际跟踪。

(3) MIMO技术

MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术, 它采用的是分立式多天线, 能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道, 从而大大提高容量。信息论已经证明, 当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时, MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能, 从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中, MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。

结束语

尽管4G移动通信系统目前还只是一个基本概念, 定义仍然还不明确, 仍处于实验室研究开发阶段, 在其他关键性技术上如:信道编码、高性能接收机技术等方面还不完善。但是, 作为新一代移动通信技术, 其发展的前景是不可限量的。4G技术的发展和实现, 将真正实现我们充满个性化的通信梦想。

参考文献

[1]樊昌信通信原理国防科技大学出版社

4G移动通信关键技术特点探讨篇9

当3G技术刚刚走入人们的视线尚未完全完全普及之时, 对下一代通信技术的展望早已悄悄地拉开了帷幕。尽管3G技术与2G相比有着巨大的优势, 但并未在技术层有重大的改变, 只是在视频应用上迈出了重要的一步。3G系统以上的局限性使其发展受到限制, 很多公司已经开始着手4G概念通信系统的研究。本文主要介绍4G概念通信的技术特点以及可能采用的关键技术。

2 4G概念通信技术特点

目前, 业界专业人士对4G概念移动通信系统的共识主要有以下几点:

(a) 用户可以在任何地点、任何时间以任何方式不受限地接入网络中来;

(b) 移动终端可以是任何类型的;

(d) 可以实现非常先进的移动电子商务;

(e) 新的技术可以非常容易地被引入到系统和业务中来。

根据以上描述, 未来的4G系统应具备以下的基本条件。

(4) 良好的覆盖性能。4G通信系统应具有良好的覆盖并能提供高速可变速率传输。对于室内环境, 由于要提供高速传输, 小区的半径会更小。

3 4G概念通信关键技术探讨

(1) 正交频分复用 (OFDM) 技术

第四代移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种。

OFDM技术之所以越来越受关注, 是因为OFDM有很多独特的优点:

(a) 频谱利用率高, 频谱效率比串行系统高近一倍。OFDM信号的相邻子载波相互重叠, 其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

(2) 智能天线技术

(3) MIMO技术

(4) 软件无线电 (SDR) 技术

在4G系统中, 若要实现“任何人在任何地点以任何形式接入网络”的理想通信方式, 则至少需要保证移动终端能够适合各种类型的空中接口, 能够在各类网络环境间无缝漫游, 并可以在不同类型的业务之间进行转换。这就意味着在4G系统中, 软件将会变得非常复杂。为此, 专家们提议引入软件无线电技术, 软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术, 它以现代通信理论为基础, 以数字信号处理为核心, 以微电子技术为支持。软件无线电概念一经提出, 就受到各方的极大关注, 这不仅是因为软件无线电概念新技术先进、发展潜力大, 更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的。

(5) 多用户检测技术

4G系统的终端和基站将用到多用户检测技术以提高系统的容量。多用户检测技术的基本思想是:把同时占用某个信道的所有用户或部分用户的信号都当作有用信号, 而不是作为噪声处理, 利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号, 即综合利用各种信息及信号处理手段, 对接收信号进行处理, 从而达到对多用户信号的最佳联合检测。它在传统的检测技术的基础上, 充分利用造成多址干扰的所有用户的信号进行检测, 从而具有良好的抗干扰和抗远近效应性能, 降低了系统对功率控制精度的要求, 因此可以更加有效地利用链路频谱资源, 显著提高系统容量。

4 结束语

第四代(4G)移动通信技术研究篇10

4G的特点主要表现在以下方面:①通信速率更高。提高通信速率是人们研究4G通信的初衷, 因此4G的主要特征就是它具有更快的无线通信速率。专家估计, 对于大范围高速移动用户 (250km/h) , 数据速率为2Mbit/s;对于中速移动用户 (60km/h) , 数据速率为20 Mbit/s;对于低速移动用户 (室内或步行者) , 数据速率最高可达100 Mbit/s;②网络频谱更宽。要想使4G通信达到100Mbps的传输速度, 通信运营商必须在3G通信网络的基础上进行大幅度的改造, 以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究, 每个4G信道将占有100MHz的频谱, 相当于W-CDMA 3G网络的20倍;③灵活性强。4G拟采用智能技术, 可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性;④兼容性好。目前ITU承认的、已有相当规模的移动通信标准有GSM、CD-MA和TDMA 3个部分, 4G标准的制定可以解决兼容问题;⑤用户共存性。4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理, 使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通, 从而满足多类型用户的需求;⑥业务多样性。未来通信中所需的是多媒体通信:个人通信、信息系统、广播和娱乐等将结合成一个整体。4G能提供各种标准的通信业务, 满足宽带和综合多种业务需求;⑦技术基础较好。4G将以几项突破性技术为基础, 如OFDM、无线接入、软件无线电等, 能大幅提高频率使用效率和系统可实现性;⑧随时随地的移动接入。4G利用无线接入技术提供话音“高速信息业务”广播以及娱乐等多媒体业务接入方式, 让用户可在任何时间、任何地点接入到系统中;⑨自治的网络结构。4G系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络, 它可以自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。

2 4G的网络体系结构

4G将采用单一的全球范围的蜂窝核心网来取代3G中密密麻麻的蜂窝网络, 其采用全数字全IP技术, 结构如图l所示。这是从网络内智能化及网络边缘智能化向全网智能化的发展。核心网能够支持不同的接入方式, 如IEEE802.11a、WCD-MA、Bluetooth等, 同时每个用户设备拥有唯一可识别的号码, 通过分层结构实现异构系统间的互操作。这种结构使得多种业务能透明地与IP核心网连接, 具有较好的通用性和可扩展性。

未来的全球互联网络IP核心网和骨干网系统, 将以结合宽带IP技术和光纤网技术为主。4G网络的蜂窝按功率大小被细分为宏区基站 (Macro BS) 、微区基站 (Micro BS) 和微微区基站 (Pico BS) 3类。未来的网络系统架构如图2所示。其中, IP核心网络不是专门用作移动通信, 而是作为一种统一的网络, 支持有线及无线的接入, 它就像具有移动管理功能的固定网络, 其接入点可以是有线的或无线的。各种针对不同业务的接入系统通过多媒体接入系统连接到基于IP的核心网中, 形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台。基于IP技术的网络架构使得用户可以在3G、4G、WLAN、固定网之间实现无缝漫游。

3 4G的关键技术

3.1 正交频分复用 (OFDM) 技术

OFDM是4G的核心技术。其基本原理是将需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流, 再将它们各自调制到相瓦正交的子载波上, 最后合成输出, 输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同。OFDM主要的优点有:频谱利用率高;消除或减小码间干扰;采用跳频方法选用正交子载波具有很好的抗窄带干扰能力;采用自适应调制方案在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。OFDM技术的主要缺点是功率效率不高和系统复杂度加大。

3.2 调制和编码

4G通信系统将采用多载波调制 (MCM) 技术。4G通信系统可能会采用两种形式的MCM:多载波码分多址 (MC-CDMA) 和正交频分复用时分多址 (OFDM-TDMA) 。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案 (如Turbo码、级连码和LDPC等) 、自动重发请求 (ARQ) 技术和分集接收技术等, 从而在低条件下保证系统足够的性能。

3.3 无线链路增强技术

可以提高容量和覆盖的无线链路增强技术有:分集技术, 如通过空间分集、时间分集 (信道编码) 、频率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能;多天线技术, 如采用2或4天线来实现发射分集, 或者采用多输入多输出 (MIMO) 技术来实现发射和接收分集。

3.4 软件无线电技术

软件无线电的基本思想是采用数字信号处理技术, 在可编程控制的通用硬件平台上, 利用软件来定义实现无线电台的各部分功能, 包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器, 尽早地完成信号的数字化, 从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。软件无线电具有灵活性、集中性、模块化等特点。

3.5 基于IP的核心网

4G的核心网是一个基于全IP的网络。目前选择IPv6技术作为下一代网络的核心协议, 采用全IP的优点有:可以实现不同网络间的无缝互连;全IP也是一种低成本的集成目前网络的方法。核心网独立于各种具体的无线接入方案, 能提供端到端的IP业务, 能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构, 允许各种空中接口接入核心网;同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后, 所采用的无线接入方式和协议与核心网络 (CN) 协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容, 因此在设计核心网络时具有很大的灵活性, 不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

3.6 智能天线

智能天线是一种基于自适应天线原理的移动通信技术。采用空分多址技术、应用数字信号处理技术, 产生空间定向波束, 使天线主波束对准用户信号到达方向, 旁瓣或邻瓣对准干扰信号到达方向, 达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

3.7 多用户检测技术

多用户检测技术的核心思想就是利用均衡技术、将来自其他用户的ISI也当作MAI而一并消除之。多用户检测技术充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测, 从而具有优良的抗干扰性能, 解决了远近效应问题, 降低了系统对功率控制精度的要求, 因此可以更加有效地利用链路频谱资源, 显著提高系统容量。

4 4G面临的困难

尽管4G具有很多优于3G的特点, 同任何探索中的事物一样, 它也面临一些困难, 是否能够顺利解决这些困难, 成为4G技术实现和应用的关键。

4.1 标准不易统一

从理论上讲, 3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信, 但是由于没有统一的国际标准, 各种移动通信系统彼此互不兼容, 给手机用户带来诸多不便。因此, 开发4G通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题。

4.2 系统容量限制

4G系统的最大特点是它的通信传输速度将会得到极大提升, 从理论上说可达到100MB/s的宽带速度, 远高于目前手机信息传输的速度, 然而手机的速度将受到通信系统容量的限制, 在系统容量一定的情况下, 传输速度和用户数量成负相关。

4.3 基础设施更换

在部署4G通信网络系统之前, 覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于3G系统建立的, 如果要向第四代通信技术转移的话, 那么全球的许多无线基础设施都需要经历大量的变化和更新, 这种变化和更新必然减缓4G通信技术全面进入市场、占领市场的速度。而且到那时, 还必须要求3G通信终端升级到能进行更高速数据传输及支持4G通信各项数据业务的4G终端, 也就是说4G通信终端要能在4G通信网络建成后及时提供, 不能让通信终端的生产滞后于网络建设。

4.4 配套软件的研发速度

因为手机的功能越来越强大, 而无线通信网络也变得越来越复杂, 同样4G通信在功能日益增多的同时, 它的建设和开发也将会遇到比以前系统建设更多的困难和麻烦。配套的软件设计和开发必须及时能跟上步伐, 才能使新的设备和技术得到很快推广和应用。不过目前4G通信还仅处于研发阶段, 具体的设备和技术还没有完全成型, 因此对应的软件开发也将会遇到困难。另外费率和计费方式对于4G通信的移动数据市场的发展尤为重要。

5 结束语

4G是人类有史以来最复杂的技术系统, 要顺利全面地实施4G通信, 还将遇到一些困难, 其发展将面临极大的市场压力。目前世界发达国家正积极进行4G技术规格的研究制定, 包括网络结构、用户切换和漫游等移动环境下的系统实施方案, 从而实现用户的大范围移动。可以肯定的是, 对4G的研究必将随着网络的飞速发展继续成为移动通信的研究热点, 最终成为多功能集成的宽带移动通信系统, 实现人类自由通信的愿望。

摘要：随着第三代 (3G) 移动通信系统的实施, 第四代 (4G) 移动通信成为科学家们的研究热点。介绍了4G的特点及发展趋势, 分析了4G的网络体系结构, 对4G的关键技术进行了总结, 对研发4G所面临的困难进行了分析。

关键词：4G,IPv6,体系结构,OFDM

参考文献

[1]安华萍, 贾宗璞.3G移动网络的安全问题[J].科学技术与工程, 2005 (6) .

[2]刘建华.4G移动通信特点和技术发展综述[J].电脑知识与技术, 2004 (29) .

[3]胡国华, 袁树杰, 谭敏.4G移动通信技术与安全缺陷分析[J].通信技术, 2008 (7) .

[4]袁晓超.4G通信系统关键技术浅析[J].中国无线电, 2005 (12) .

[5]Van, N R.OFDM Wireless Multimedia Communications[M].Hus-ton:Artech House, 2001.

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