4G移動(dòng)通信技術(shù)展望

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【摘要】4g移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)介紹，4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的研究，最后介紹對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)的展望。

【關(guān)鍵詞】4G；移動(dòng)通信；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；正交頻分復(fù)用

14G移動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

4G是the4thGenerationcommunicationsystem的縮寫，指第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，第三代無(wú)線通信與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的第三代通信系統(tǒng)。它是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，其圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度與高清電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳速度也達(dá)到了20Mbps，并能夠滿足用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的所有要求。

1.14G無(wú)線通信能夠?qū)崿F(xiàn)的目標(biāo)

4G無(wú)線通信可以提供更高的傳輸速率（室內(nèi)的傳輸速率為100Mbps-1Gbps,室外的傳輸速率為數(shù)十至數(shù)百M(fèi)bps，信道射頻帶寬為數(shù)十MHz,頻譜效率為幾到數(shù)十bps/Hz）；支持更高的終端移動(dòng)速度（250km/h）；全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、承載與控制分離；提供無(wú)處不在的服務(wù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同；提供更為豐富的分組多媒體業(yè)務(wù)。

1.24G的主要優(yōu)勢(shì)

通信速度更快，第四代通信系統(tǒng)理論上達(dá)到100Mbps傳輸無(wú)線信息；網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬，每個(gè)4G信道占有100MHz的頻譜；通信更加靈活，4G通信不僅可以隨時(shí)隨地通信，而且能夠雙線下載、傳遞資料、圖片、影像等；智能性能更高，4G通信終端的不但設(shè)備設(shè)計(jì)和操作更具智能化，而且可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)票、電視直播等功能；兼容性能更平滑，現(xiàn)有通信用戶能夠在投資更好的情況下輕易的過(guò)渡到4G通信；提供各種增值服務(wù)，4G采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，這樣人們可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等方面的無(wú)線增值服務(wù)；實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信，4G能夠?qū)⒄Z(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息通過(guò)寬頻信道傳送出去。

24G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

2.14G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層，分別是：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。其中物理網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)提供接入和路由選擇的功能，物理層的這些功能由無(wú)線與核心網(wǎng)的結(jié)合來(lái)完成。其次中間環(huán)境層擁有QoS映射、地址變換和安全性管理等功能，物理網(wǎng)絡(luò)層和中間環(huán)境層的接口是開(kāi)放的，這樣使得物理網(wǎng)絡(luò)層和中間環(huán)境層之間的發(fā)展和提供新的應(yīng)用服務(wù)變得更加容易和簡(jiǎn)單，提供了無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，同時(shí)運(yùn)行于多個(gè)頻帶。這樣的服務(wù)能自適應(yīng)多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)和多模終端的能力，而且跨越了多個(gè)運(yùn)營(yíng)者和服務(wù)，提供了更大范圍的服務(wù)

2.2正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）

正交頻分復(fù)用技術(shù)，屬于MCM多載波調(diào)制的一種。OFDM的調(diào)制和解調(diào)是分別利用IFFT和FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它將復(fù)雜度降到了最低、應(yīng)用范圍最廣的一種多載波傳輸方案。在通信系統(tǒng)的傳輸過(guò)程中，信道提供的帶寬往往比傳送一路信號(hào)所需的帶寬要寬許多。如果我們使用一個(gè)信道來(lái)傳送一路信號(hào)，這樣將造成很大的浪費(fèi)，所以為了更好的充分利用信道的帶寬，就必須采用頻分復(fù)用的方法。正交頻分復(fù)用多載波技術(shù)是把信道分成若干個(gè)正交子信道，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的低速數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸，這樣就充分提高了信道的使用效率。正交信號(hào)可通過(guò)信道后，在接收端采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分開(kāi)，這可減少信道之間的相互干擾。信道的相關(guān)帶寬大于每個(gè)子信道上的信道帶寬，所以每個(gè)子信道可以看成平坦性衰落，從而消除碼間串?dāng)_。每個(gè)子信道的帶寬只占用原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。

2.3多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）

MIMO技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。無(wú)線電發(fā)送的信號(hào)被反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多份信號(hào)。每份信號(hào)都是一個(gè)空間流。MIMO允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流，并能夠區(qū)分發(fā)往或來(lái)自不同空間方位的信號(hào)。MIMO技術(shù)的應(yīng)用，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋范圍。

2.4光時(shí)分復(fù)用技術(shù)（OTDM）

OTDM是多路信號(hào)可以在同一個(gè)信道中傳輸?shù)囊环N方法，這種方法是使多路信號(hào)分別占有不同的時(shí)間間隙，從而在同一信道中傳輸互不干擾，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。光時(shí)分復(fù)用應(yīng)用寬帶的光電器件代替了電子器件，從而可以避免高速電子器件所造成的限制，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)幾十Gbit/s乃至幾百Gbit/s的高速傳輸。OTDM支路數(shù)據(jù)具有任意速率等級(jí)，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)在技術(shù)兼容；因?yàn)槭菃尾ㄩL(zhǎng)傳輸，大大簡(jiǎn)化了放大器級(jí)聯(lián)管理和色散管理；網(wǎng)絡(luò)的總速率雖然很高，但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，電子器件只需以本地的低數(shù)據(jù)速率工作；OTDM和WDM的結(jié)合可支撐未來(lái)超高速光通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。

2.5智能天線技術(shù)（SA）

我們將波束間沒(méi)有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線稱為智能天線。抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能是智能天線所特有的，智能天線技術(shù)是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線可以顯著降低用戶信號(hào)彼此之間的干擾，它相當(dāng)于空時(shí)濾波器，是多個(gè)指向不同用戶的并行天線波束所控制的?？傮w來(lái)說(shuō)，智能天線提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能：擴(kuò)大了系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域；增加了系統(tǒng)的容量；提高了頻譜的利用效率；降低了基站的發(fā)射功率，節(jié)省了系統(tǒng)的成本，并且減少了信號(hào)間干擾和電磁環(huán)境的污染。

2.6基于全I(xiàn)P的核心網(wǎng)

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫連接，它是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線接入方案，并且能提供端到到的IP業(yè)務(wù)，能通已有的核心網(wǎng)與PSTN兼容。核心網(wǎng)能允許各種空中接口接入，與此同時(shí)也能將業(yè)務(wù)、控制、傳輸?shù)确珠_(kāi)，因?yàn)樗且粋€(gè)開(kāi)放的結(jié)構(gòu)。因IP與無(wú)線接入?yún)f(xié)議相兼容，核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)可以有很大的靈活性，無(wú)需考慮無(wú)線接入需采用何種方式和協(xié)議，在4G通信系統(tǒng)中主要采用全分組方式的IPv6技術(shù)。IPv6技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：擁有巨大的地址空間；支持無(wú)狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式；具有移動(dòng)性；能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量。

3展望4G

4G將會(huì)更加平民化，我們也將跑步進(jìn)入真正的移動(dòng)帶寬時(shí)代。4G時(shí)代勢(shì)必建成一個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大平臺(tái)，很多人將通過(guò)這個(gè)平臺(tái)來(lái)收獲財(cái)富，也可以進(jìn)行消費(fèi)，可以借助4G移動(dòng)寬帶進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的溝通，我們將開(kāi)始真正的生活在網(wǎng)上。

參考文獻(xiàn)：

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[3]廖昕.MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)的跨層設(shè)計(jì)研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2010.

作者：池其軍1、2 單位：1.福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院 2.福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院