巴根

摘 要： 隨著智能終端和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，人們對(duì)手機(jī)高速上網(wǎng)的需求越來越大。4G通信技術(shù)成為滿足人們不斷增長的通信需求的必然途徑。文章對(duì)第四代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析，并展望其未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 4G移動(dòng)通信 OFDM MIMO IPv6

隨著智能終端和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，人們對(duì)手機(jī)高速上網(wǎng)的需求越來越大。4G集前三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)集中于一體，滿足人們不斷增長的通信需要。

一、4G的概念

第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）可稱為光帶接入與分布網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的、高于2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸，可以為全速移動(dòng)的用戶提供高質(zhì)量的、150Mb/s的影像服務(wù)，可創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)對(duì)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。4G通信系統(tǒng)包括移動(dòng)廣帶系統(tǒng)、廣帶無線固定接入、互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)和廣帶無線局域網(wǎng)。這一技術(shù)不僅可以在跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)、不同的無線及固定平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)無線服務(wù)的提供，而且用戶可以在任何一個(gè)地方用寬帶連接到互聯(lián)網(wǎng)中，從而提供遠(yuǎn)程控制、定位定時(shí)與數(shù)據(jù)采集等各種綜合服務(wù)。

二、4G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）。OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù)中的一種，其機(jī)理是對(duì)信道進(jìn)行合理劃分，使之形成諸多正交子信道，將高速傳播的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為低速、并行子數(shù)據(jù)流，使每個(gè)子數(shù)據(jù)流可在每個(gè)子信道上傳輸。在接收端利用相關(guān)技術(shù)將正交信號(hào)分塊，使它們彼此間的干擾顯著減小，同時(shí)保證子信道上信號(hào)帶寬不超過信道帶寬，保證信道均衡，將符號(hào)間產(chǎn)生的干擾予以消除。

2.智能天線技術(shù)。智能天線技術(shù)是指自適應(yīng)陣列天線或波束間無切換的多波束。智能天線可對(duì)數(shù)字波束進(jìn)行自動(dòng)跟蹤與調(diào)節(jié)，對(duì)信號(hào)干擾加以抑制，從而使系統(tǒng)通信質(zhì)量大幅提高，屬于4G系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵技術(shù)。

3.無線鏈路增強(qiáng)技術(shù)。可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強(qiáng)技術(shù)有：分集技術(shù)，如通過空間分集、時(shí)間分集（信道編碼）、頻率分集和極化分集等方法獲得最好的分集性能；多天線技術(shù)，如采用2或4天線實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集，或采用多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收分集。MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，大大提高容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。

4.IPv6技術(shù)。在4G通信系統(tǒng)中，所用的數(shù)據(jù)流傳輸方式是在IP之上建立起來的全分組方式，因此在下一代網(wǎng)絡(luò)中，IPv6技術(shù)將成為核心協(xié)議。在對(duì)IPv6協(xié)議進(jìn)行選擇時(shí)，要對(duì)其移動(dòng)性、服務(wù)質(zhì)量、地址空間要求與自動(dòng)控制等問題進(jìn)行充分考慮。

5.軟件無線電技術(shù)。軟件無線電技術(shù)是利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可以通過編程進(jìn)行控制的通用軟件平臺(tái)上，用軟件對(duì)無線電臺(tái)中如信號(hào)基帶處理、前端接收等各部分的功能進(jìn)行定義與實(shí)現(xiàn)。也就是說，軟件無線電是在數(shù)字信號(hào)處理之上制作的芯片，是將軟件作為核心構(gòu)建的新型無線通信體系結(jié)構(gòu)。

三、4G通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

4G通信技術(shù)的根本目的主要是能夠在各終端產(chǎn)品間發(fā)送、接收來自另一端的信號(hào)，并在多個(gè)不同的網(wǎng)路系統(tǒng)、平臺(tái)與無線通訊介面之間找到最快速與最有效率的通信路徑，以完成最即時(shí)的傳輸、接收與定位等動(dòng)作。

1.更大傳輸頻寬。對(duì)大范圍高速移動(dòng)的使用者（最高250km/h）頻寬需求為2Mbps，中速移動(dòng)的使用者（60km/h）頻寬需求為20Mbps，低速移動(dòng)或室內(nèi)靜止的使用者頻寬需求為100Mbps。

2.更高儲(chǔ)存容量。由于傳輸頻寬增大，因此資料儲(chǔ)存容量至少需求為3G系統(tǒng)的10倍以上。

3.更高相容性。4G通信技術(shù)具備向下相容、開放介面、全球漫游、與網(wǎng)路互聯(lián)、多元終端應(yīng)用等，并能從3G通信技術(shù)平穩(wěn)過渡至4G。

4.不同系統(tǒng)的無縫連接。行動(dòng)使用者在移動(dòng)中，特別是高速移動(dòng)，也都能順利使用通信系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)間進(jìn)行無縫轉(zhuǎn)換（SeamlessTransitions），傳送高速多媒體資料等。

5.整合性的便利服務(wù)。4G系統(tǒng)將個(gè)人通信、資訊傳輸、廣播服務(wù)與多媒體娛樂等各項(xiàng)應(yīng)用整合，提供更為廣泛、便利、安全與個(gè)性化的服務(wù)。

四、4G通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

1.4G通信技術(shù)在手機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。4G移動(dòng)通信技術(shù)具備信息高速度的傳輸優(yōu)勢(shì)，盡快實(shí)現(xiàn)將4G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)上，促進(jìn)手機(jī)智能化的突破發(fā)展，實(shí)現(xiàn)手機(jī)用戶身份鑒定。

2.4G通信技術(shù)社區(qū)無線接入更強(qiáng)大。以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的4G移動(dòng)通信技術(shù)，信號(hào)強(qiáng)大、覆蓋范圍廣，無線接入能力十分強(qiáng)大。即便是在偏遠(yuǎn)的社區(qū)也能實(shí)現(xiàn)無線接入，打破有線的限制和各種障礙。

3.多種高科技技術(shù)將得到突破進(jìn)展。與4G移動(dòng)通信技術(shù)傳輸速度相關(guān)的交互干擾技術(shù)將得到進(jìn)一步的進(jìn)展，促使信號(hào)傳遞更為有效。4G移動(dòng)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)糾錯(cuò)，使網(wǎng)絡(luò)自愈，從而促進(jìn)無線接入技術(shù)的發(fā)展?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)多用戶的迅速識(shí)別，并且能夠降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

4.4G通信技術(shù)能夠隨時(shí)隨地地實(shí)現(xiàn)通信功能。4G將無線局域網(wǎng)WLAN與3G移動(dòng)通信技術(shù)合二為一，使高清保真圖像傳輸毫無障礙，下載和上網(wǎng)速度之快能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足無線用戶的需求，并且用戶可以通過4G移動(dòng)通信技術(shù)隨意進(jìn)行業(yè)務(wù)選擇。4G移動(dòng)通信技術(shù)通過其驚人的數(shù)據(jù)傳輸速度可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等綜合性較強(qiáng)的業(yè)務(wù)的接入。

5.高速的傳輸速度。4G移動(dòng)通信技術(shù)最突出的特點(diǎn)就是，傳輸速度明顯高于3G移動(dòng)通信技術(shù)，以20Mbbit/s的速度上傳，以100Mbbit/s的速度下載，能夠及時(shí)、迅速地傳輸海量信息，相比于3G移動(dòng)通信技術(shù)每秒2Mbbit的速度有了明顯提升。

6.高度的智能化網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備的智能化優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠使信息適應(yīng)不同的傳輸需求，即便是在復(fù)雜的多信道傳輸條件下仍能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)送信息和接收信號(hào)。

7.超強(qiáng)的兼容性能。4G移動(dòng)通信技術(shù)兼容性能超強(qiáng)。在全球范圍內(nèi)都能夠?qū)崿F(xiàn)緊密連接，無縫化服務(wù)，如：漫游無縫化、接口全開放等功能。

8.全面的覆蓋性能。4G移動(dòng)通信技術(shù)的覆蓋性能之強(qiáng)是其他通信技術(shù)不能匹敵的。它能夠在DSL都無法覆蓋的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的全面覆蓋。即便是信號(hào)不強(qiáng)的野外區(qū)域也能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高速傳輸。

9.優(yōu)質(zhì)的多媒體通信。4G移動(dòng)通信技術(shù)以O(shè)FDM為核心，可以在雜波干擾的情況下仍舊正常傳輸信息，這樣就方便了語音、影像的傳播，數(shù)據(jù)、圖畫等也能有效傳遞。IP網(wǎng)絡(luò)上的語音通話功能、手機(jī)高分辨率的觀影感受等都可以通過4G移動(dòng)通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

4G通信技術(shù)研究的深入，新技術(shù)的引用，以及效能的提高，將為4G帶來更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)。