第四代移动通信系统的关键技术与实际应用探析

摘要：本文就第四代移动通信系统的关键技术、应用优势及当前实际应用进行了论述，以供同仁参考。

关键词：4G移动通信系统；关键技术；应用优势；实际应用

一、前言

第四代移动通信与第三代移动通信相比，将在技术和应用上有质的飞跃。4G将适合所有的移动通信用户，最终实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信的无缝衔接并相互兼容。但不容置疑的是，4G系统是继第3代移动通信系统以后的又一次无线通信技术的演进，它将是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。本文就第四代移动通信系统的关键技术、应用优势及当前实际应用进行了论述，以供同仁参考。

二、第四代移动通信系统关键技术

（1）正交频分复用（OFDM）。OFDM技术实际上是多载波调制方式的一种。它的主要思想是：将信道分成若干个正交子信道，把高速数据信号流转换成并行的低速的子数据流，再调制在子信道上进行传输，从而减少子信道之间的相互干扰，使信道均衡变得相对容易。

（2）SA智能天线技术。智能天线的原理是利用信号在各传输方向上的特点及差异，将同频率、同时隙或者同码道的信号区分开，动态地变更信号的覆盖区域，使主波束对准用户方向，而旁瓣或零陷则瞄准干扰信号的方向，并自动地跟踪用户和监测环境的变化，从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。这种技术被认为是未来移动通信的关键技术。

（3）软件无线电（SDR）技术。在4G系统中，软件无线电，是一种通讯装置，其实体层至更高阶通讯协定层的作业主要是由软体定义，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。软体无线电技术能够将类比讯号的数位化过程尽可能与天线的距离接近，即让A/D及D/A转换器尽可能靠近RF前端，并利用DSP进行通道分离、调变解调变，以及通道编解码等工作。透过建立无线电通讯平台，并于平台上运作各种软体系统，如此可以实现多通道、多层次与多模式的无线通讯。其核心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。

（4）多用户检测技术。多用户检测技术的原理是：把同时占用同个信道的所有用户的信号都当作有用信号来处理，利用用户的时间、码元、信号幅度以及相位等信息进行联合检测，主要取决于捕捉到的能量、相位的影响和码跟踪差错，从而得出单个用户的信号。多用户检测一般需要知道很多附加信息，才对接收信号进行处理，通过取消小区间干扰来改进性能，以达到更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量的目的。

（5）IPV6技术。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4。因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。

（6）MIMO多重输入与多重输出技术。MIMO技术则是利用多组天线（通常为2×2天线，即2天线发送和2天线接收，在后期的研发中会支持更多的多组天线）同时传送、接收资料并合成讯号，因此不仅衰减过的讯号也可以达成传输的目的，也可以保持一定的传输速率。同时MIMO还可以利用环境中的反射波来组合讯号，因此就算是处下障碍物多的环境也能拥有稳定快速的讯号传输。MIMO技术的特性就是在相同时间内，能在相同的无线电通道内传输和接收两个或多个不同的数据串流，因此系统在每个讯息通道内传送的数据率将能提高两倍以上。

三、第四代移动通信系统的应用优势

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。如果说现在的3G能为人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。从用户角度而言，4G移动通信系统具有比3G更优越的特点。

（1）在无缝漫游方面，4G移动通信系统要求实现全球统一的标准，能使各类实体之间进行“无缝连接”。若标准不统一，各种移动通信系统将彼此互不兼容，给用户带来诸多不便。标准的统一也是4G开发需要解决的一大问题。

（2）在数据通信速率方面，4G移动通信系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到50Mbps，这对用户来说是个让人振奋的消息。数据通信速度的高速化是一个很大优点。

（3）在通信费用方面，这是用户十分关注的部分，由于技术的先进性和更扁平化的网络架构使成本投资的大大减少，在维护方面，4G采用自动获知配置信息实现自动配置和利用eNode B与UE间自动测量的结果对网络进行调整，大大减少了网络优化和维护成本，未来的4G通信费用要比目前的通信费用低。而且，计费方式将更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。

（4）更低的延迟，4G通信采用更加扁平化的网络架构并将媒体面和控制面分开技术，降低通信延迟。控制面延迟小于100ms，媒体面延迟小于5ms。用户在开机注册和切换画面时更流畅。

（5）多种频谱灵活使用，提高频谱利用率。4G通信支持1.4MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz的带宽，支持上行和下行成对或非成对的频谱，针对用户的需求灵活分配带宽，用户可以根据自己的需求定制带宽。

（6）在移动终端设备方面，4G系统终端的智能性更高，表现在终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是，4G手机可以实现许多目前难以想像的功能。

四、当前第四代移动通信技术的实际应用

（1）高智能终端 4G手机的功能，已不能简单划归“电话机”的范畴，未来4G手机应该算得上是一台小型电脑。而且4G手机从外观和式样上，将有更惊人的突破。可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任何一件你能看到的物品都有可能成为4G终端。未来的4G通信将使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，例如对菜单和滚动操作的依赖程度将大大降低，更重要的是4G手机可以提供多样化的智能服务。

（2）高质量的多媒体通信尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，但未来的4G通信能满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，第四代移动通信系统提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去，为此未来的第四代移动通信系统也称为“多媒体移动通信”。人们下载一部65 分钟的高清片，只要10秒钟；在网上看高清视频，不用担心画面卡或声像不同步；与互联网对手同玩赛车，几乎感觉不到时延。还有4G时代的多屏业务，可以根据用户偏好推送节目，通过专业的技术使视频自动适应不同屏幕大小和分辨率，在切换屏幕时也不用重新登陆，实现无缝链接。无论在什么地方，无论使用何种屏幕，都能够得到同样、无缝地体验和服务，回家路上用手机观看球赛，进家门便可直接转到电视上观看。

五、结束语

目前我国在4G领域也取得很大成果。各大通信设备生产厂商和电信运营商正在验证相关标准和测试设备，在不久的将来我国将是实现4G全网络覆盖。

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