浅析第四代移动通信关键技术

刘燕玲

摘 要 自有近代通信以来，人们就一直追求通信的自由。无线通信的大众化，如第1代移动通信（1G）、第2代移动通信（2G）部分的满足了人们的这种愿望。但随着互联网和多媒体技术的兴起，人们对移动通信提出了更高的要求。于是第3代移动通信（3G）引弓待发，而第4代移动通信（4G）的理论与实践方面的报道已可谓热烈。本文对4G移动通信技术的发展实现了展望，对可能采用的关键性技术进行了分析。

【关键词】4G 移动通信 OFDM 软件无线电 IPV6

1 前言

当3G技术刚刚走入人们的视线尚未完全完全普及之时，对下一代通信技术的展望早已悄悄地拉开了帷幕。尽管3G技术与2G相比有着巨大的优势，但并未在技术层有重大的改变，只是在视频应用上迈出了重要的一步。3G系统以上的局限性使其发展受到限制，很多公司已经开始着手4G概念通信系统的研究。本文主要介绍4G概念通信的技术特点以及可能采用的关键技术。

2 4G概念通信技术特点

目前，业界专业人士对4G概念移动通信系统的共识主要有以下几点：

（1）用户可以在任何地点、任何时间以任何方式不受限地接入网络中来；

（2）移动终端可以是任何类型的；

（3）用户可以自由地选择业务、应用和网络；

（4）可以实现非常先进的移动电子商务；

（5）新的技术可以非常容易地被引入到系统和业务中来。

3 4G概念通信关键技术探讨

3.1 正交频分复用（OFDM）技术

第四代移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种。

OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多独特的优点：

3.1.1 频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍

OFDM信号的相邻子载波相互重叠，其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

3.1.2 抗衰落能力强

OFDM把用户信息通过多个子载波传输，这样在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，从而使OFDM对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强。

3.1.3 适合高速数据传输

OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候，应采用效率高的调制方式；而当信道条件差的时候，则应采用抗干扰能力强的调制方式。再有，OFDM加载算法的采用，使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。

3.1.4 抗码间干扰（ISI）能力强

码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，故对抗码间干扰的能力很强。

3.2 智能天线技术

智能天线采用了空时多址（SDMA）的技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，将主波束对准用户方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号从而达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。被认为是未来移动通信的关键技术。

目前，智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大、信道模型简单、收敛速度较慢，在某些情况下甚至出现错误收敛等缺点，实际信道条件下，当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实际跟踪。在基于预多波束的切换波束工作方式下，全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠，接收时的主要任务是挑选一个作为工作模式，与自适应方式相比它显然更容易实现，是未来智能天线技术发展的方向。

3.3 MIMO技术

MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。

3.4 多用户检测技术

4G系统的终端和基站将用到多用户检测技术以提高系统的容量。多用户检测技术的基本思想是：把同时占用某个信道的所有用户或部分用户的信号都当作有用信号，而不是作为噪声处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号，即综合利用各种信息及信号处理手段，对接收信号进行处理，从而达到对多用户信号的最佳联合检测。它在传统的检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户的信号进行检测，从而具有良好的抗干扰和抗远近效应性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，目前的研究方向包括組合信道编码和多用户检测的研究、速率多用户检测和多用户检测与空时二维信号处理、多载波调制、功率控制等技术的结合。

3.5 软件无线电（SDR）技术

在4G系统中，若要实现“任何人在任何地点以任何形式接入网络”的理想通信方式，则至少需要保证移动终端能够适合各种类型的空中接口，能够在各类网络环境间无缝漫游，并可以在不同类型的业务之间进行转换。软件无线电概念一经提出，就受到各方的极大关注，这不仅是因为软件无线电概念新技术先进、发展潜力大，更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的。软件无线电强调以开放性最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置的不同应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。

4 结束语

尽管4G移动通信系统目前还只是一个基本概念，定义仍然还不明确，仍处于实验室研究开发阶段，在其他关键性技术上如：信道编码、高性能接收机技术等方面还不完善。但是，作为新一代移动通信技术，其发展的前景是不可限量的。4G技术的发展和实现，将真正实现我们充满个性化的通信梦想。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理[M].长沙：国防科技大学出版社，2012.

[2]刘伟，丁志杰.4G移动通信系统研究进展与关键技术[J].中国数据通信，2004.

作者单位

广州杰赛科技股份有限公司 广东省广州市 510310