周立峰

【摘要】4G移動(dòng)通信技術(shù)是通信歷史上最為重要的一次變革，與3G移動(dòng)通信相比具有傳輸速度更快、傳輸效率更穩(wěn)定、通話質(zhì)量更好以及保密性更強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)通信技術(shù)的變革也讓4G移動(dòng)通信為人們帶來更為優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)。時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們?cè)谂c時(shí)俱進(jìn)中對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)有了更為嚴(yán)格的要求。未來移動(dòng)通信技術(shù)將成為通信領(lǐng)域研究的重中之重。本文將對(duì)3G與4G通信技術(shù)的參數(shù)進(jìn)行比較，然后具體闡釋4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠?yàn)槿蘸笠苿?dòng)通信領(lǐng)域的相關(guān)研究提供經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信;用戶體驗(yàn);關(guān)鍵技術(shù)

人們的需求隨著科技的進(jìn)步而日益增長，對(duì)于通信系統(tǒng)中高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說，目前投入的2G系統(tǒng)以及部分投入商用的3G系統(tǒng)已經(jīng)落后。所以許多國家目前已經(jīng)加大力度開發(fā)和研究新的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

一、4G 移動(dòng)通信通信系統(tǒng)的界定

4G通信技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的時(shí)間較短，所以人們對(duì)于4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究領(lǐng)域也并不深入。對(duì)于4G移動(dòng)通信系統(tǒng)概念的定義目前也僅僅放置在系統(tǒng)的功能定義上。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)總的來說就是以4G移動(dòng)通信相關(guān)技術(shù)促進(jìn)4G移動(dòng)通信有關(guān)業(yè)務(wù)發(fā)展的系統(tǒng)。4G通信技術(shù)是在3G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在應(yīng)用上集合了3G技術(shù)與 WLAN 技術(shù)，能夠在極短時(shí)間內(nèi)向用戶傳遞清晰的視頻圖像，或者是能夠滿足用戶所有在線的要求。4G通信技術(shù)無論是使用上傳功能還是下載功能，與3G通信技術(shù)比較都更為快捷和方便。使用下載功能時(shí)，4G系統(tǒng)下載信息的速度超過100mb/s，是現(xiàn)階段上網(wǎng)速度的2000倍;使用上傳功能時(shí)，上傳速度接近20mb/s，能夠滿足所有上網(wǎng)用戶的需求。與此同時(shí)，4G應(yīng)用在計(jì)費(fèi)方面不僅費(fèi)用便宜而且計(jì)費(fèi)的方式多樣，上網(wǎng)用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇適合自身的計(jì)費(fèi)方式和功能。但是現(xiàn)階段4G通信系統(tǒng)也存在某些不足之處，仍需要有關(guān)人員繼續(xù)研究和分析，大力推動(dòng)4G通信系統(tǒng)不斷改進(jìn)和發(fā)展。

二、4G和3G的主要技術(shù)參數(shù)比較

現(xiàn)階段世界公認(rèn)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)有三種標(biāo)準(zhǔn)，第一種是CDMA2000，第二種是SCDMA，第三重是WCDMA。這種通信系統(tǒng)目前存在的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是此種通信系統(tǒng)不能在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為用戶提供多種速率業(yè)務(wù);二是不能為用戶提供多業(yè)務(wù)環(huán)境、多時(shí)間段的無縫漫游通話;三是上網(wǎng)速度較慢。目前使用的4G通信系統(tǒng)雖然是3G通信系統(tǒng)的升級(jí)換代，但是就4G通信系統(tǒng)來說，它的主要技術(shù)參數(shù)與3G通信系統(tǒng)仍存在較大的差別。

三、4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（一）速率高

科研人員對(duì)于4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究其主要目的就是為了提高包括手機(jī)在內(nèi)的各種形式的通信設(shè)備的上網(wǎng)速率。所以用戶使用4G通信系統(tǒng)能夠大大加快上網(wǎng)的速率。體現(xiàn)形式主要有以下幾個(gè)方面：一是對(duì)于大范圍內(nèi)高速移動(dòng)的用戶來說，如時(shí)速超過250千米，他們的上網(wǎng)速率接近20mb/s;二是對(duì)于中速移動(dòng)的用戶來說，如時(shí)速在60千米左右，他們的上網(wǎng)速率接近20mb/s;三是對(duì)于低速移動(dòng)的用戶來說，如慢走，他們的上網(wǎng)速率接近100mb/s，超過3G移動(dòng)通信上網(wǎng)速率的50倍。

（二）兼容性高

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域與3G相比更全面更廣闊，在全球范圍內(nèi)能夠與無線網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)以及3G通信網(wǎng)絡(luò)等無縫連接，所以對(duì)于4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的所有用戶來說，他們能夠在全球范圍內(nèi)享受共同的業(yè)務(wù)服務(wù)，并且在全球范圍內(nèi)任何地方都能利用網(wǎng)絡(luò)溝通和交流。

（三）智能化明顯

4G 通信技術(shù)在應(yīng)用方向上更趨向于智能化，在技術(shù)方面4G移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅能夠在不同的速率之間隨便切換，還能夠享受通信資源的分配，將不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行有效地融合，讓通信資源能夠?qū)崿F(xiàn)合理化地分配。與此同時(shí)4G移動(dòng)通信系統(tǒng)還能夠具有不同區(qū)域、不同設(shè)備的移動(dòng)辦公能力。所以，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅在移動(dòng)終端設(shè)備的設(shè)計(jì)上具有智能化的表現(xiàn)，在各項(xiàng)實(shí)際的應(yīng)用操作上智能化效果也非常明顯。

（四）覆蓋范圍較廣

4G通信技術(shù)將打破3G通信技術(shù)區(qū)域的限制，覆蓋范圍更加廣闊，無論是海拔地區(qū)較高的高原地區(qū)，還是信號(hào)閉塞的山區(qū)，隨著4G通信技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，這些區(qū)域的限制終將被打破，通信用戶即使在偏遠(yuǎn)的山區(qū)也能享受較快的上網(wǎng)速率。

（五）媒體業(yè)務(wù)廣

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠促進(jìn)媒體業(yè)務(wù)更好更快地發(fā)展，在3G原有的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)上傳或下載的圖像更清晰，同時(shí)利用4G通信還能夠?qū)崿F(xiàn)電視業(yè)務(wù)以及其他形式的虛擬業(yè)務(wù)等。另外，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)還能為廣大通信用戶提供形式更加豐富的多媒體功能，與其他通信業(yè)務(wù)建立更為緊密的聯(lián)系，如電視、視頻、衛(wèi)星通信等。

四、4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

為了能夠滿足用戶對(duì)高速增長的多媒體業(yè)務(wù)的需求，實(shí)現(xiàn)4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的升級(jí)換代，研發(fā)人員在設(shè)計(jì)和研發(fā)4G移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用了以下幾種關(guān)鍵技術(shù)：

（一）接入方式和多址方案

OFDM是一種在無線環(huán)境下高速傳輸信息的技術(shù)，它的設(shè)計(jì)思想就是在此區(qū)域內(nèi)把給定信道分散成不同的正交子信道，通過利用子載波對(duì)每一個(gè)子信道進(jìn)行調(diào)制，各個(gè)子信道內(nèi)的子載波并行傳輸信息。總信道實(shí)際上并不平坦，也就是具有頻率選擇性，但是與總信道相比，每個(gè)子信道相對(duì)平坦，每個(gè)子信道在傳輸信息時(shí)利用的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬不大于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM技術(shù)與其他技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)就是能夠減少甚至消除掉信號(hào)波對(duì)其造成的不必要干擾，有效增強(qiáng)了頻譜的利用效率，能夠?qū)崿F(xiàn)較低成本的單波段接收機(jī)。但是OFDM技術(shù)自身的缺點(diǎn)就是功率效率較低。

（二）調(diào)制與編碼技術(shù)

4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)所采用的調(diào)制技術(shù)主要有兩種，第一種是多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，第二種是單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)，利用這種新型的調(diào)制技術(shù)不僅能夠保障頻譜利用率，還能有效延長用戶終端設(shè)備電池的使用時(shí)間。4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)利用的信道編碼方案與3G移動(dòng)系統(tǒng)相比更為高級(jí)，如Turbo碼、級(jí)連碼等，另外自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求等也比3G移動(dòng)通信系統(tǒng)跟尾高端，這樣能夠有效保障即使4G移動(dòng)通信系統(tǒng)在較低Eb/N0 條件下也能夠擁有足夠的性能。

（三）高性能的接收機(jī)

4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)與3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)相比對(duì)接收機(jī)的要求更為嚴(yán)格。在Sh-annon 定理中，在寬帶BW的信道中實(shí)現(xiàn)容量若是C則需要最小SNR的可靠傳輸。所以依據(jù)Sh-annon 定理我們可以換算出，如果3G系統(tǒng)的信道寬是5MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率是2Mb/s，那么可靠傳輸?shù)淖钚?SNR 就是 1.2 dB;但是在4G系統(tǒng)中如果信道寬是5MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為20Mb/s，那么所需要的 SNR 則是3G系統(tǒng)中的10倍。所以對(duì)于4G系統(tǒng)來說，由于傳輸信息的速率更高，對(duì)接收機(jī)的性能要求也也隨之提高。

（四）智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)的研究收到了非常高的重視，它不僅能夠防止信號(hào)干擾，自動(dòng)跟蹤還能對(duì)數(shù)字波束進(jìn)行調(diào)節(jié)，是未來促進(jìn)未來移動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線技術(shù)是以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為藍(lán)本，發(fā)射空間定向波束，讓天線的主波束與移動(dòng)用戶信號(hào)方向一致，并且能夠有效利用移動(dòng)信號(hào)防止甚至消除信號(hào)的目的。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)利用智能天線技術(shù)不僅能夠提高信號(hào)的質(zhì)量和水平還能加大信號(hào)傳輸?shù)娜萘俊?/p>

（五）MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)也就是多輸入多輸出，這種技術(shù)是通過多發(fā)射以及多接收天線以此對(duì)空間進(jìn)行有效分集。MIMO技術(shù)利用的是分立式天線，可以將通信鏈路進(jìn)行有效分解從而分散成一個(gè)個(gè)并行的子通道，進(jìn)而提高信號(hào)傳輸?shù)娜萘?。信息論研究表明，?dāng)接收天線和發(fā)射天線互不相同且無關(guān)聯(lián)時(shí)，MIMO 系統(tǒng)的抗衰落English以及噪聲性能都會(huì)得到大幅度的增長，進(jìn)而得到較為龐大的容量。舉例來說，接收天線的數(shù)目是8根，發(fā)送天線的數(shù)目是8根，并且兩種天線的平均信噪比是20dB 時(shí)，鏈路容量超過了40bps/Hz，而單天線系統(tǒng)僅為此鏈路容量的40/1，。所以，一旦無線信道中功率寬帶受到其他因素的影響或限制，采用MIMO 技術(shù)就能夠很好地解決，不僅能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩黾酉到y(tǒng)容量，還能有效增強(qiáng)傳輸?shù)馁|(zhì)量。目前無線資源頻譜匱乏的時(shí)期，MIMO 系統(tǒng)的優(yōu)越性已經(jīng)有所體現(xiàn)，在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)此項(xiàng)技術(shù)也會(huì)繼續(xù)唄科研人員所使用。

（六）軟件無線電技術(shù)

軟件無線電是一種新型的、開放性結(jié)構(gòu)的技術(shù)，它的操作方法就是利用通用硬件平臺(tái)將具有標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)的硬件功能單元，采取軟件加載的方法完成不同規(guī)模不同類型的無線電通信系統(tǒng)。其中心理念就是在距離天線較近的地方設(shè)置A/D和 D/A 變換器，通過軟件對(duì)無線電功能進(jìn)行定義甚至是用軟件來進(jìn)行信號(hào)處理。軟件無線電系統(tǒng)中包含許多方面的軟件，比如信號(hào)流變換軟件、各種類型的無線信令規(guī)則、調(diào)制解調(diào)算法軟件等等。利用軟件無線電能夠讓系統(tǒng)更加靈活多變，適應(yīng)能力也隨之加強(qiáng)，能夠滿足不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口。軟件無線電技術(shù)不僅能夠滿足各種應(yīng)用的可變 QoS，還能支持各種類型的空中接口手機(jī)以及基站。

（七）基于 IP 的核心網(wǎng)

基于IP 的網(wǎng)絡(luò)是支撐整個(gè)4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)有效運(yùn)行的核心網(wǎng)，與其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比具有無法超越的特點(diǎn)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接。4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)游離于各種形式的無線接入方案之間，能夠?yàn)橐苿?dòng)用戶提供端到端的IP業(yè)務(wù)，同時(shí)此核心網(wǎng)也能夠與原來存在的核心網(wǎng)以及PSTN相互融合，彼此共存。核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征具有開放性，能夠包容各種空中接口與核心網(wǎng)相連;與此同時(shí)核心網(wǎng)還能將業(yè)務(wù)、控制以及傳輸?shù)冗M(jìn)行分離，保持彼此獨(dú)立的狀態(tài)。使用4G專題移動(dòng)通信后，無線接入方式以及協(xié)議則與CN協(xié)議等保持彼此互不相容，相互分離。由于IP能夠與各種形式的無線接入?yún)f(xié)議相互融合，所以研發(fā)人員在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)具有很大的選擇空間，在選擇無線接入時(shí)不用考慮方式以及協(xié)議等方面的因素。

五、結(jié)束語

4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)與3G通信網(wǎng)絡(luò)相比優(yōu)勢(shì)明顯，能夠快速、清晰地向用戶傳達(dá)高質(zhì)量的音頻視頻等，用戶能夠根基自身的實(shí)際情況選擇自身需要的服務(wù)功能，服務(wù)功能的不同其計(jì)費(fèi)方式也存在一定的差別，因此4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的的計(jì)費(fèi)方式具有很大的靈活程度。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)相比較其本身優(yōu)勢(shì)明顯，在各領(lǐng)域內(nèi)獲得了較大程度的發(fā)展，擁有極大的發(fā)展空間。所以，研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)在此基礎(chǔ)上對(duì)4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)繼續(xù)研發(fā)和創(chuàng)新，有效解決傳輸過程中發(fā)生的信號(hào)干擾問題，不斷提高信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和速率，保障信號(hào)傳輸?shù)钠椒€(wěn)性，為移動(dòng)用戶提供更好質(zhì)量的業(yè)務(wù)服務(wù)以及通信功能。

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