第四代移动通信技术的特点

第四代移动通信技术发展概况研究

摘要

2012 年1 月18 日中国具有自主知识产权的通信标准TD-LTE 在正式成为4G 国际标准，这意味着下一代移动通信标准的全球竞争正式开始。从3G 时代开始，到现在中国自主的

4G 标准正式成为国标，中国正在逐步建立自主的移动通信标准体系。中国的通信事业必须以标准为支点，占据全球通信竞争的制高点，从而带动整个国家信息产业的战略转型升级，才是中国发展4G 业务的意义所在。本文在阐述第四代移动通信定义、特点及主要应用技术的基础上，探讨了国内外4G技术的发展现状，并指出目前国内发展4G所面临的问题，并对4G前景做出展望。

关键词

4G 技术特点国内外现状前景挑战

4G综述

第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络，具有非对称超过2Mb／s 的数据传输能力，对全速移动用户能提供1 50Mb／s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入，广带无线局域网，移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)，集成不同模式的无线通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B—ISDN和ATM兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(IBCN)，他还能提供信息之外的定位定时，数据采集，远程控制等综合功能。

4G通讯技术应该具备以下的特点：(1)更大传输频宽。对大范围高速移动的使用者(最高2 50km／h)频宽需求为2Mbps，中速移动的使用者(60km／h)频宽需求为20Mbps，低速移动或室内静止的使用者频宽需求为100Mbps；(2)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；(3)更高相容性。4G通信技术必须具备向下相容、开放介面、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；(4)不同系统的无缝连接。行动使用者在移动中，特别是高速移动，也都能顺利使用通信系统，并在不同系统间进行无缝转换(Seamless Transitions)，传送高速多媒体资料等；(5)高度智慧化网路系统。4G网路必须是高度智慧、能随状况自行调整的网路系统，它须具备良好的弹性以满足不同环境与不同用户的通信需求；(6)整合性的便利服务。4G系统将个人通信，资讯传输、广播服务与多媒体娱乐等各项应用整合，提供更为广泛、便利、安全与个性化的服务。

综上所述，4G移动通信其技术主要是能够在各终端产品间发送、接收来自另一端的信号，并在多个不同的网路系统、平台与无线通讯介面之间找到最快速与最有效率的通信路径。以进行最即时的传输，接收与定位等动作。

4G移动通信的关键技术

(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：

(a)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。

(b)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。

(c)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。

(d)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。

(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。

(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。

3G与4G的对比

核心技术的对比分析

3G系统主要以CDMA为核心技术。CDMA是将相互正交的的码分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统。由于利用相互正交(或尽可能正交)的码去调制信号，会将原用户信号频谱带宽扩展，因此CDMA通信系统是一种典型的扩频通信技术的应用。

4G主要是以正交频分复用(OFDM)为核心技术。实际上OFDM是MCMMulti—CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要原理是：将待传输的高速串行数据经串并变换，变成在子信道上并行传输的低速数据流，再用相互正交的载波进行调制，然后叠加一起发送。接收端用相干载波进行相干接收，再经并串变换恢复为原高速数据。

OFDM与—般的频分复用的主要差别在于它的不同载波的频谱可以相互交叠，因此可以得到最佳的频谱利用率，同时，接收端只要采用正交解调的方法就可以恢复出有用的信息信号。OFDM技术具有良好的抗噪声性能和抗多径干扰的能力，可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，适合高速数据传输。OFDM网络结构高度可扩展，具有忘好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，抗衰落能力强，抗码间干扰(Isl)能力强，可以提供比目前无线数据技术质量更高(速率高、时延小)的服务和更好的性价比，能为4G无线网提供更好的方案。