4G通信传输技术以及应用分析

4G通信传输技术以及应用分析

【摘要】作者主要对4G通信系统网络构架、传输关键技术、应用优势进行了分析，以供同仁参考。

【关键词】4G通信传输；网络构架；关键技术；应用优势

一、前言

随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应数据、计算及多媒体运作需要的第四代通信正在兴起。据资料显示，4G比3G将具有更迅速，更流畅，更清晰等优势，目前4G技术已经逐渐被运用到各个活动中。本文主要对4G通信系统网络构架、传输关键技术、应用优势进行了阐述，以供同仁参考。

二、4G通信系统网络构架

在图1中，不同的接入系统都连接到一个公共的基于IP的核心网。我们可以将系统网络体系由下而上分为三层：物理层、中间环境层、应用网络层。物理层提供接入和路由选择功能。中间环境层的功能有QOS映射、地址变换、即插即用、安全管理和有源网络。物理网络层和中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变的更容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，踌越多个运营者和服务，提供大范围服务。

三、4G通信传输系统的关键技术

（1）正交频分复用技术。正交频分复用（OFDM）技术是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。OFDM有很多独特的优点：频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高出近一倍；抗衰落能力强；适合高速数据传输；抗码间干扰能力强。OFDM允许各载波间频率互相混叠，采用基于载波频率正交的FFT调制，由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量，因而能够实现各个载波的正交。此外，不通过很多带通滤波器来实现，而是直接在基带处理，也是OFDM 有别于其他系统的优点之一。

（2）智能天线技术。智能天线（SA）技术具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来通信的关键技术。智能天线使用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用用户信号并消除或抑制干扰信号之目的。智能天线可以提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价，因而成为4G系统的关键技术之一。

（3）软件无线电技术。软件无线电（SDR）技术是将标准化、模块化的硬

件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是：在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地使用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。软件无线电在4G中的可能应用为：采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；当终端时，可重新配置，如当终端到一个采用不同标准的系统中时，终端可按照该系统的标准重新进行自动配置，从而获得系统提供的各种服务。

（4）多用户检测技术。多用户检测（MUD）技术能够有效地消除码间干扰，提高系统性能。多用户检测的基本思想是把同时占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当作有用信号，而不是作为干扰信号处理，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。多用户检测是4G系统中抗干扰的关键技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。

（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）多输入多输出技术。多输入多输出（MIMO）技术是指利用多发射和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，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高系统容量。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。

四、4G通信传输系统的应用优势

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通信系统具有比3G 更优越的特点。

（1）在无缝漫游方面，4G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）通信速度更快。据AT&T公司研究4G通信的专家们估计，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网路的20倍。

（3）更高储存容量。由于传输频宽增大，因此资料储存容量至少需求为3G 系统的10倍以上。

（4）更高相容性。4G通信技术使用户在中，特别是高速情况下能顺利使用通信系统，传送高速多媒体资料等。必须具备向下兼容、开放界面、全球漫游、与网路互联、多元终端应用等，并能从3G通信技术平稳过渡至4G。

（5）频率使用效率更高。4G对无线频率使用的有效性，可以让更多的人用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情，而且做这些事情的时候速度更快。

（6）通信费用更加便宜。4G通信利用高灵活性的系统操作，使通信部署起来更容易和便捷。在建设4G通信网络系统时，通信营运商可直接在3G通信网络基础设施之上，采用逐步引入的方法，有效地降低运营者和用户的费用。

（7）高度智慧化网路系统。4G网路系统能随状况自行调整，具备良好的弹性以满足不同环境与不同用户的通信需求。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。例如，4G手机可以查询电影院票房资料，并能直接将售票情况、座位情况等信息下载到PDA之上，实现在线购票；4G手机还能根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人某些事项，比如此时该做什么事，或不该做什么事；4G手机还可以看体育比赛之类的各种现场直播。

五、结语

总之，虽然目前4G的关键技术还主要集中在对OFDM、软件无线电、智能天线、MIMO、基于IP的核心网的研究方面。但随着4G通信技术研究的深入，由此带来的4G通信技术优势，使手机的传输速率进一步提高，应用领域向智能终端方向发展，带来新的商机。

参考文献：

[1]胡宏林，徐景.《3GPP LTE无线链路关键技术》[M].北京：电子工业出版社，201O.

[2]李翠华.4G中的关键技术OFDM[J].黑龙江科技信息，2010（19）.