4G移動通信技術展望
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【摘要】4g移動通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢介紹，4G系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和關鍵技術的研究，最后介紹對未來移動通信技術的展望。
【關鍵詞】4G；移動通信；網(wǎng)絡結構；正交頻分復用
14G移動通信系統(tǒng)的優(yōu)勢
4G是the4thGenerationcommunicationsystem的縮寫，指第四代移動通信系統(tǒng)，第三代無線通信與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結合的第三代通信系統(tǒng)。它是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，其圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度與高清電視不相上下的技術產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳速度也達到了20Mbps，并能夠滿足用戶對于無線服務的所有要求。
1.14G無線通信能夠?qū)崿F(xiàn)的目標
4G無線通信可以提供更高的傳輸速率（室內(nèi)的傳輸速率為100Mbps-1Gbps,室外的傳輸速率為數(shù)十至數(shù)百Mbps，信道射頻帶寬為數(shù)十MHz,頻譜效率為幾到數(shù)十bps/Hz）；支持更高的終端移動速度（250km/h）；全IP網(wǎng)絡架構、承載與控制分離；提供無處不在的服務、異構網(wǎng)絡協(xié)同；提供更為豐富的分組多媒體業(yè)務。
1.24G的主要優(yōu)勢
通信速度更快，第四代通信系統(tǒng)理論上達到100Mbps傳輸無線信息；網(wǎng)絡頻譜更寬，每個4G信道占有100MHz的頻譜；通信更加靈活，4G通信不僅可以隨時隨地通信，而且能夠雙線下載、傳遞資料、圖片、影像等；智能性能更高，4G通信終端的不但設備設計和操作更具智能化，而且可以實現(xiàn)網(wǎng)絡購票、電視直播等功能；兼容性能更平滑，現(xiàn)有通信用戶能夠在投資更好的情況下輕易的過渡到4G通信；提供各種增值服務，4G采用正交頻分復用技術，這樣人們可以實現(xiàn)無線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等方面的無線增值服務；實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信，4G能夠?qū)⒄Z音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息通過寬頻信道傳送出去。
24G系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和關鍵技術
2.14G系統(tǒng)網(wǎng)絡結構
4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構可分為三層，分別是：物理網(wǎng)絡層、中間環(huán)境層、應用網(wǎng)絡層。其中物理網(wǎng)絡層負責提供接入和路由選擇的功能，物理層的這些功能由無線與核心網(wǎng)的結合來完成。其次中間環(huán)境層擁有QoS映射、地址變換和安全性管理等功能，物理網(wǎng)絡層和中間環(huán)境層的接口是開放的，這樣使得物理網(wǎng)絡層和中間環(huán)境層之間的發(fā)展和提供新的應用服務變得更加容易和簡單，提供了無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務，同時運行于多個頻帶。這樣的服務能自適應多個無線標準和多模終端的能力，而且跨越了多個運營者和服務，提供了更大范圍的服務
2.2正交頻分復用技術（OFDM）
正交頻分復用技術，屬于MCM多載波調(diào)制的一種。OFDM的調(diào)制和解調(diào)是分別利用IFFT和FFT來實現(xiàn)的，它將復雜度降到了最低、應用范圍最廣的一種多載波傳輸方案。在通信系統(tǒng)的傳輸過程中，信道提供的帶寬往往比傳送一路信號所需的帶寬要寬許多。如果我們使用一個信道來傳送一路信號，這樣將造成很大的浪費，所以為了更好的充分利用信道的帶寬，就必須采用頻分復用的方法。正交頻分復用多載波技術是把信道分成若干個正交子信道，將高速數(shù)據(jù)轉換為并行的低速數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進行傳輸，這樣就充分提高了信道的使用效率。正交信號可通過信道后，在接收端采用相關技術進行分開，這可減少信道之間的相互干擾。信道的相關帶寬大于每個子信道上的信道帶寬，所以每個子信道可以看成平坦性衰落，從而消除碼間串擾。每個子信道的帶寬只占用原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易實現(xiàn)。
2.3多輸入多輸出技術（MIMO）
MIMO技術是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。無線電發(fā)送的信號被反射時，會產(chǎn)生多份信號。每份信號都是一個空間流。MIMO允許多個天線同時發(fā)送和接收多個空間流，并能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號。MIMO技術的應用，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。
2.4光時分復用技術（OTDM）
OTDM是多路信號可以在同一個信道中傳輸?shù)囊环N方法，這種方法是使多路信號分別占有不同的時間間隙，從而在同一信道中傳輸互不干擾，實現(xiàn)多路復用。光時分復用應用寬帶的光電器件代替了電子器件，從而可以避免高速電子器件所造成的限制，可以實現(xiàn)高達幾十Gbit/s乃至幾百Gbit/s的高速傳輸。OTDM支路數(shù)據(jù)具有任意速率等級，相對容易實現(xiàn)和現(xiàn)在技術兼容；因為是單波長傳輸，大大簡化了放大器級聯(lián)管理和色散管理；網(wǎng)絡的總速率雖然很高，但在網(wǎng)絡節(jié)點，電子器件只需以本地的低數(shù)據(jù)速率工作；OTDM和WDM的結合可支撐未來超高速光通信網(wǎng)絡的實現(xiàn)。
2.5智能天線技術（SA）
我們將波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線稱為智能天線。抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能是智能天線所特有的，智能天線技術是未來移動通信的關鍵技術。智能天線可以顯著降低用戶信號彼此之間的干擾，它相當于空時濾波器，是多個指向不同用戶的并行天線波束所控制的?？傮w來說，智能天線提高了移動通信系統(tǒng)的性能：擴大了系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域；增加了系統(tǒng)的容量；提高了頻譜的利用效率；降低了基站的發(fā)射功率，節(jié)省了系統(tǒng)的成本，并且減少了信號間干擾和電磁環(huán)境的污染。
2.6基于全IP的核心網(wǎng)
4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)可實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的無縫連接，它是一個基于全IP的網(wǎng)絡實現(xiàn)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，并且能提供端到到的IP業(yè)務，能通已有的核心網(wǎng)與PSTN兼容。核心網(wǎng)能允許各種空中接口接入，與此同時也能將業(yè)務、控制、傳輸?shù)确珠_，因為它是一個開放的結構。因IP與無線接入?yún)f(xié)議相兼容，核心網(wǎng)的設計可以有很大的靈活性，無需考慮無線接入需采用何種方式和協(xié)議，在4G通信系統(tǒng)中主要采用全分組方式的IPv6技術。IPv6技術具有以下優(yōu)點：擁有巨大的地址空間；支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式；具有移動性；能夠提供不同水平的服務質(zhì)量。
3展望4G
4G將會更加平民化，我們也將跑步進入真正的移動帶寬時代。4G時代勢必建成一個移動互聯(lián)網(wǎng)大平臺，很多人將通過這個平臺來收獲財富，也可以進行消費，可以借助4G移動寬帶進行虛擬現(xiàn)實的溝通，我們將開始真正的生活在網(wǎng)上。
參考文獻：
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[3]廖昕.MIMO無線通信系統(tǒng)的跨層設計研究[D].北京:北京郵電大學,2010.
作者：池其軍1、2 單位：1.福州大學物理與信息工程學院 2.福建水利電力職業(yè)技術學院