4G通信技术综述讲解

网络。

应用更广泛。 4G 手机智能化程度更高，通话只是最最基本的功能 之一，更多的功能体现在多媒体应用方面。 二、4G 通信的关键技术

4G 通信技术综述

移动通信技术已经历了三个主要发展阶段。每一代的发展都是技术的突破和观念的创新。第一代起源于 20

世纪80年代，主要采用模拟和频分多址 （FDMA 技术。第二代（2G ）起源于90年代初期，主要采用时分多址 仃DMA ）和码分多址（CDMA 技术。第三代移动通信系统（3G ）可以提供更宽的频带，不仅传输话音，还能传输 高速数据，从而提供快捷方便的无线应用。然而，第三代移动通信系统仍是基于地面标准不一的区域性通 信系统，尽管其传输速率可高达 2 Mb/s ，但仍无法满足多媒体通信的要求， 因此，第四代移动通信系统（4G ） 的研究随之应运而生。 一、 4G 通信技术的概念 4G 的定义到目前为止依然有待明确，它的技术参数、国际标准、网络结构、乃至业务内容均未有明确说法。

在2002年底Wi-Fi 热潮中，Wi-Fi 被视作4G 技术。但4G 技术的提倡者认为，4G 与Wi-Fi 不同。

2004年6月，市场研究公司 Forrester 的分析师预测，4G 移动服务将是3G 与WiMax 结合在一起的技术。 4G 将提供以太网的接入速度（如 10Mb/s ）,并且通过在一部手机中把 3G 和WiMax 技术结合在一起，提供集 成无线局域网和广域网的服务。

WiMax （或者说是802.16标准）能够提供无线宽带网服务，最远距离可达 30英里，速率大约是10 Mb/s 。在2004年富士通发布的白皮书中，将 WiMAX 旨为“ 4G'无线技术。 另外，也有很多专家对 LAS-CDMA 十分看好，认为LAS-CDMA 弋表着4G 水平。 4G 到底是什么样的技术呢？目前普遍描述如下: 4G 是集3G 与WLAf 于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。 4G 系统能够以100Mb/s 的速率下载，比目前的拨号上网快

2000倍，上传的速度也能达到 20Mb/s ，并能够满

足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面， 4G 与固定宽带网络在价格方面不相 上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外， 4G 可以在DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署， 然后再扩展到整个地区。很明显，4G 有着不可比拟的优越性。 4G 与3G 之间的主要区别在于终端设备的类型、网络拓扑的结构以及构成网络的技术类型。终端设备除了 手机之外应当包括头戴式话机、

PDA 终端、膝上机、手表式话机、电视机、游戏机、 DVD 零售机，甚至宠 物机等等，凡是人所能构想的和能够识别 IP 地址的无线电收发信机。其次， 4G 是由多种技术组成的，包 括彼此似乎不相干的技术，如 Wi-Fi 、

超宽带无线电、便携式电脑、软件无线电等技术构成的高速全球通

与3G 手机相比，4G 手机的功能更强大,

1. 正交频分复用（ OFDM ）

OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波

进行调制，并且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间的干扰。

自适应地分配传输负荷，这样可优化总的传输速率。OFDM 技术还能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。 在OFDM 系统中由于各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互 干扰，同时又提高了频谱利用率。

移动通信信道的突出特点之一就是信道存在多径时延扩展，它限制了数据速率的提高，因为如果数据速率 高于信道的相关带宽，信号将产生严重失真，信号传输质量大幅度下降。而

是对高速数据传输的一种潜在的解决方案，在 FDMA TDMA CDMA 和OFDM 等多址

方式中，OFDM! 4G 系统

最为合适的多址方案，因此，OFDM 技术已基本被公认为 4G 的核心技术之一。

OFDM 技术主要的技术难点是系统中的频率和时间同步，基于导频符号辅助的信道估计，峰平比问题和多普

勒频偏的影响，以及基于 OFDM 多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。

2.智能天线（SA ）与多入多出天线（MIMO ）技术

智能天线具有抑制信号干扰、 自动跟踪以及数字波束调节等智能功能， 被认为是未来移动通信的关键技术。

智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量 又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相关无线收发信机来实现射频信号的接收和 发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波 束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种：全自适应方式和基于多波束的波束切换方式。

多入多出天线 MIMO （Multiple-Input Multiple-Out-put ） 系统，该技术最早是由马克尼 （Guglielmo Marconi ） 于 1908 年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的

和 MISO(Multiple-Input Single-Output) 信道容量随着天线数量的增大而线性增大， 利用MIMO !道可成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天 线发送功率的

情况下，频谱利用率可以成倍地提高。

利用MIMO 技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用 提供的空间复用增益，后者是利用MIMO 信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实 验室的BLAST 算法、

ZF 算法、MMS 瞬法、ML 算法。ML 算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对

于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。

ZF 算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能

和复杂度最优的就是 BLAST 算法。该算法实际上是使用 ZF 算法加上干扰删除技术得出的。目前 MIMO 技术

领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间

OFDM 还可以在不同的子信道上

OFDM 技术由于具备上述特点,

SISO(Single-Input Single-Output) 系统，MIMO 还可以包括 SIMO(Single-lnput Multi-ple-Output)

系统

系统。 MIMO 信道