4G移动通信技术展望

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【摘要】4g移动通信系统的主要优势介绍，4G系统网络结构和关键技术的研究，最后介绍对未来移动通信技术的展望。

【关键词】4G；移动通信；网络结构；正交频分复用

14G移动通信系统的优势

4G是the4thGenerationcommunicationsystem的缩写，指第四代移动通信系统，第三代无线通信与互联网等多媒体通信相结合的第三代通信系统。它是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像，其图像传输质量与高清晰度与高清电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传速度也达到了20Mbps，并能够满足用户对于无线服务的所有要求。

1.14G无线通信能够实现的目标

4G无线通信可以提供更高的传输速率（室内的传输速率为100Mbps-1Gbps,室外的传输速率为数十至数百Mbps，信道射频带宽为数十MHz,频谱效率为几到数十bps/Hz）；支持更高的终端移动速度（250km/h）；全IP网络架构、承载与控制分离；提供无处不在的服务、异构网络协同；提供更为丰富的分组多媒体业务。

1.24G的主要优势

通信速度更快，第四代通信系统理论上达到100Mbps传输无线信息；网络频谱更宽，每个4G信道占有100MHz的频谱；通信更加灵活，4G通信不仅可以随时随地通信，而且能够双线下载、传递资料、图片、影像等；智能性能更高，4G通信终端的不但设备设计和操作更具智能化，而且可以实现网络购票、电视直播等功能；兼容性能更平滑，现有通信用户能够在投资更好的情况下轻易的过渡到4G通信；提供各种增值服务，4G采用正交频分复用技术，这样人们可以实现无线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB）等方面的无线增值服务；实现更高质量的多媒体通信，4G能够将语音、数据、影像等大量信息通过宽频信道传送出去。

24G系统网络结构和关键技术

2.14G系统网络结构

4G系统的网络结构可分为三层，分别是：物理网络层、中间环境层、应用网络层。其中物理网络层负责提供接入和路由选择的功能，物理层的这些功能由无线与核心网的结合来完成。其次中间环境层拥有QoS映射、地址变换和安全性管理等功能，物理网络层和中间环境层的接口是开放的，这样使得物理网络层和中间环境层之间的发展和提供新的应用服务变得更加容易和简单，提供了无缝高数据率的无线服务，同时运行于多个频带。这样的服务能自适应多个无线标准和多模终端的能力，而且跨越了多个运营者和服务，提供了更大范围的服务

2.2正交频分复用技术（OFDM）

正交频分复用技术，属于MCM多载波调制的一种。OFDM的调制和解调是分别利用IFFT和FFT来实现的，它将复杂度降到了最低、应用范围最广的一种多载波传输方案。在通信系统的传输过程中，信道提供的带宽往往比传送一路信号所需的带宽要宽许多。如果我们使用一个信道来传送一路信号，这样将造成很大的浪费，所以为了更好的充分利用信道的带宽，就必须采用频分复用的方法。正交频分复用多载波技术是把信道分成若干个正交子信道，将高速数据转换为并行的低速数据流，调制到每个子信道上进行传输，这样就充分提高了信道的使用效率。正交信号可通过信道后，在接收端采用相关技术进行分开，这可减少信道之间的相互干扰。信道的相关带宽大于每个子信道上的信道带宽，所以每个子信道可以看成平坦性衰落，从而消除码间串扰。每个子信道的带宽只占用原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易实现。

2.3多输入多输出技术（MIMO）

MIMO技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。MIMO技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。

2.4光时分复用技术（OTDM）

OTDM是多路信号可以在同一个信道中传输的一种方法，这种方法是使多路信号分别占有不同的时间间隙，从而在同一信道中传输互不干扰，实现多路复用。光时分复用应用宽带的光电器件代替了电子器件，从而可以避免高速电子器件所造成的限制，可以实现高达几十Gbit/s乃至几百Gbit/s的高速传输。OTDM支路数据具有任意速率等级，相对容易实现和现在技术兼容；因为是单波长传输，大大简化了放大器级联管理和色散管理；网络的总速率虽然很高，但在网络节点，电子器件只需以本地的低数据速率工作；OTDM和WDM的结合可支撑未来超高速光通信网络的实现。

2.5智能天线技术（SA）

我们将波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线称为智能天线。抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能是智能天线所特有的，智能天线技术是未来移动通信的关键技术。智能天线可以显著降低用户信号彼此之间的干扰，它相当于空时滤波器，是多个指向不同用户的并行天线波束所控制的。总体来说，智能天线提高了移动通信系统的性能：扩大了系统的覆盖区域；增加了系统的容量；提高了频谱的利用效率；降低了基站的发射功率，节省了系统的成本，并且减少了信号间干扰和电磁环境的污染。

2.6基于全IP的核心网

4G移动通信系统的核心网可实现不同网络之间的无缝连接，它是一个基于全IP的网络实现。核心网独立于各种具体的无线接入方案，并且能提供端到到的IP业务，能通已有的核心网与PSTN兼容。核心网能允许各种空中接口接入，与此同时也能将业务、控制、传输等分开，因为它是一个开放的结构。因IP与无线接入协议相兼容，核心网的设计可以有很大的灵活性，无需考虑无线接入需采用何种方式和协议，在4G通信系统中主要采用全分组方式的IPv6技术。IPv6技术具有以下优点：拥有巨大的地址空间；支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式；具有移动性；能够提供不同水平的服务质量。

3展望4G

4G将会更加平民化，我们也将跑步进入真正的移动带宽时代。4G时代势必建成一个移动互联网大平台，很多人将通过这个平台来收获财富，也可以进行消费，可以借助4G移动宽带进行虚拟现实的沟通，我们将开始真正的生活在网上。

参考文献：

[1]陈宏.MIMO-OFDM系统原理及其关键技术[J].中国无线电,2006(10):57-62.

[2]田飞.4G移动通信关键技术[J].中国新通信,2012(11):18.

[3]廖昕.MIMO无线通信系统的跨层设计研究[D].北京:北京邮电大学,2010.

作者：池其军1、2 单位：1.福州大学物理与信息工程学院 2.福建水利电力职业技术学院