关于4G移动通信的核心技术创新

　　近年来，随着我国通信行业的迅速发展，3G通信技术的发展给用户带来了前所未有的体验，也给用户带来了丰富的应用。4G技术是对当前3G技术的一次全新的革新和发展，它融合了3G通信技术的诸多优点，同时提供了更为高速的信息传输速度，为用户的多媒体业务提供了工作平台，同时具有更好的安全性和保密性，因此，在通信业得到广泛的应用。本文主要结合笔者的工作实践，主要论述了4G移动通信的核心技术及发展趋势。
　　一、4G 移动通信技术的特点
　　和3G相比较，4G移动通信技术具有明显的优势。总体来说，4G具有以下几个方面的特点：（1）高速率和数字宽带技术。对于大范围高速移动用户（250km/h），数据速率为 2 Mbit/s；对于中速移动用户（60km/h），数据速率为20Mbit/s；对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。在4G移动通信系统中，信号以毫米波为主要传输波段，蜂窝小区也会相应小很多，很大程度上提高用户容量，但同时也会引起一系列技术上的难题。（2）良好的兼容性和较强的灵活性。4G 移动通信系统实现全球统一的标准，所有移动通信运营 商的用户都享受共同的4G服务，从而实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。通过采用智能技术使系统能自适应地进行资源分配，能对通信过程中不断变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求，对各种复杂环境下的不同信道进行信号的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。（3）多类型用户共存和多种业务融合。4G移动通信系统能根据动态的网络和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速的用户以及各种各样的用户设备能够互联互通，从而满足系统多类型用户的需求。同时支持更丰富的移动业务，使用户随时随地获得所需的信息服务。将个人通信、信息系统、广播和娱乐等功能结合成一个整体，更加安全、方便地向用户提供更广泛的服务与应用。（4）先进的技术应用。4G移动通信系统具有突破性的技术，如：正交频分复用、多输入多输出系统、多址接入方式、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电技术、高效的调制解调技术、高性能的收发信机和多用户检测技术等。
　　二、4G 移动通信的核心技术
　　2.1 正交频分复用技术（OFDM）
　　OFDM 技术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 技术具有频谱利用率高的优点，其频谱效率比串行系统高近一倍；OFDM技术抗衰落能力强，OFDM通过多子载波传输提高了对脉冲噪声的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技术适合高速数据传输，采用自适应调制机制使变化调制方式、信道和加载算法，提高信息传送的速率；OFDM 技术抗码间干扰能力强，用循环前缀的方式对抗码间的干扰。
　　OFDM是4G关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度地提高了系统性能。包 括以下类型：V-OFDM、W-OFDM、F-OFDM、MIMO-OFDM、多带-OFDM。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。 由于载波间有部分重叠，所以它比传统的 FDMA提高了频带利用率。
　　2.2 多输入多输出技术（MIMO）
　　MIMO技术是指在基站和移动终端都有多个天线。MIMO技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益，已成为该领域的研究热点。MIMO技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。
　　2.3 软件无线电技术
　　软件无线电技术，就是用现代化软件来控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术将硬件、软件、无线技术有机地结合在一起，组成灵活多样的多功能系统。它以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理尽量靠近天线。软件无线电强调体系 结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。在设计和应用中，软件无线电技术有下列优点。（1）灵活性。可任意改变调制方式或更换信道接入方式；可通过软件升级或使用工具来扩展业务、定义所需增强的业务以及分析无线通信环境、实时环境测试等。（2）集中性。多个信道享有共同的射频前端与宽带A/D变换器以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能。（3）模块化。模块化的设计，符合开放标准，使得系统便于维修、升级和改造。
　　2.4 切换技术
　　切换技术指的是移动终端从一个通信覆盖区移动到另一个通信覆盖区，为保持通信业务连续性而改变信道所进行的链路侦测、仲裁和建立、断开等操作的综合技术。切换是蜂窝移动通信系统中保持用户移动性的基本技术，是4G实现无缝、可靠漫游的基础。切换的实现在方式上可分为硬切换、接力切换、软切换和更软切换等多种方式。切换的发生时机不仅包括移动终端在不同网络之间的接入和在不同基站之间的移动，还包括在同一基站的不同扇区或者不同频率之间的迁移，以及随着信道变化进行链路的更新等情况。
　　现有的切换控制机制主要有两种，一种是由智能化移动终端进行端口信号的强度和质量的检测，由终端的软件系统进行判决，主动发起和完成切换操作，另一种是由移动用户临近的基站监测各通信链路的信号状态，交换网中心根据监测数据完成切换。DSP 和软件技术是 4G切换技术的关键组成，高效智能的切 换算法可以显著提高系统的切换效率和质量。在4G 中综合了两种控制机制的优点，充分发挥终端智能软件的优势，实现以软切换为主，辅助其他切换方式的综合切换技术。
　　三、4G 移动通信技术的发展趋势
　　据统计，全球的移动 通信用户终端数量高达45亿，占地球上总人口的四分之三，移动通信技术实现了人与人的互联，未来的4G 移动通信技术将实现人与互联网移动通信与互联网的互联3G移动通信技术推动了智能手机和掌上电脑的发展，应用手机和PDA等终端设备上网已经成为用户的基本需求，而未来的4G移动通信技术将改变现状用计算机上网的习惯，基于4G网络的高速数据传输效率，未来的移动通信中可视化多媒体化将成为趋势，更丰富的4G移动通信应用将改变未来人与人、人与物、人与网络之间的联通关系，人类将真正进入无线互联时代。
　　四、结语
　　综上所述，4G移动通信技术作为不远的未来移动通信的发展趋势，必然成为影响人们生活的又一重大变革，将对社会发展产生重要影响。因此我们应当抓住机遇、迎接挑战，争取在4G移动通信领域掌握先机，专研和开发4G移动通信技术，为未来4G 移动通信的发展和推广作出应有的贡献。
　　参 考 文 献
　　[1] 郭鑫. 第四代移动通信（4G）关键技术[J]. 信息技术，2011（11）
　　[2] 孔丽南. 4G概念移动通信关键技术浅析[J]. 黑龙江科技信息，2011（19）