4G移动通信系统及其关键技术探讨

4G移动通信系统及其关键技术探讨

杜晓露徐铁成

中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司523000

摘要：4G技术指的是用更稳定的传输效率、更高的传输速度、更强的灵活性以及更人性化的智能结构来对移动通信的互联与互通进行实现，是3G技术的升级。目前来说，在通信行业内，对于4G移动通信的科学定义没有统一，人们对用户体验要求逐步的提高，4G移动通信系统与其技术俨然成为移动通信领域热点研究。

关键词：4G移动通讯；通信系统；移动网络

移动通信技术带给世界的变化是十分巨大的，我们可以说这项技术给人们带来一场革命性的变化。如今，社会经济水平在不断的提高，人们进行信息的交流和传播的过程中，对于那些有更高品质、更高效率的通讯的方法追求更加强烈。之前的3G移动通信技术带给人们不一样的新鲜体验，但其自身存在一些技术缺陷使信息的快速交流和传播得不到保证，所以在此基础上我们对4G移动通信系统进行研究与开发，能够更好地弥补3G技术存在的不足之处，对人们越来越多的通信需求尽可能的去满足。

一、4G移动通信系统技术目标与特点

1、更高的传输速度

4G移动通信系统的网络频宽对比3G会有20倍的增加，网络频宽会达到2～8GHvz，4G移动通信系统中，其上传速度的上限会有20Mb/s，现在的3G移通通信系统上传上限仅仅是4G系统的5%，今后对于用户体验的提高显而易见，4G移动通信技术的信息传输在级数上，要比3G移动通信技术的信息传输级数高一个等级，对此，有人说：“如果说3G移动通信成就高速传输无线移动通信，那么4G移动通信就会成为另外的超高速传输的无线移动通信”。

2、良好的兼容性

4G移动通信技术正在快速发展，接口开放技术、全球各区域覆盖会加大，4G通信系统能够和无线、3G以及固网无缝的进行连接，使所有的移动通信运营商使用用户能够享受共同的4G服务，不仅对3G现有用户的升级有帮助，4G通信技术普及的可能性会更大的促进，在实现全球漫游的通信目标的道路上添砖加瓦。4G通信在不断高速发展，会给通信行业带来革命性的变化。

3、更高的智能化程度

高速发展的4G移动通信，会给电子移动终端设备的服务产生革命性变革。4G移动通信系统可以称为分布网络和广域接入，有非对称不同速率间自动切换的能力，运用智能技术能够使它可以自适应地进行资源分配，根据不同业务对资源的要求合理的进行配置，任何移动办公都将会在4G技术的支持之下轻松的完成，今后的4G手机除了能提供传统的语言数据传输之外，多媒体计算机的所有功能也会具备。另外，4G终端设备除了4G手机以外，其他终端的功能也会便得更加智能化。

二、比较4G与3G的主技术参数

3G移动通信系统的升级就是4G移动通信系统，其中有许多关键技术都沿用了3G中的关键技术，但4G也采用了许多新的技术，4G系统与3G系统的技术参数比较，见表1，对比了两系统的关键技术特性。

三、4G移动通信系统关键技术

1、多址方案与无线接入方式

以OFDM（正交频分复用）作为核心技术的通信技术是4G移动通信系统，在无线环境下的高速传输的一种技术，其主要的技术作用是：把某一个频分信道分成若干个正交子信道，高速数据流转换为并行的低速数据流，并将低速数据流调制到每一个子信道上进行传输，按照接收端使用的相关技术能够技术分离正交信号，每一个子信道间干扰会减少，每个子信道的信号带宽不大于划分时相关带宽，带宽被切分为许多小部分，最大限度对系统性能进行提高，以适应不同设计需求，功率与数据容量灵活分配，便于提供更高速、灵活和变速综合的数据传输。能够提供比较大的系统容量，有抗频率选择性的衰落、频率扩散能力与比较强的抗多径干扰，适应多径与移动信道的传播条件，但缺点是其功率和效率不高。

2、调制与编码

4G移动通信系统，使用多载波调制（MCM）技术，在数据传输的过程中速率不太高、多径干扰没有非常严重时，根据合适均衡算法的使用能够使系统正常工作。但对于宽带数据业务来说，数据传输由于速率比较高，时延扩展导致数据符号之间的相互重叠，而产生符号之间的干扰（ISI，Inter-Symbol

Interference），对均衡来说有着更高的要求，需要引入十分复杂的均衡算法，实现其来相对比较困难。当信号的带宽超过与接近信道的相关带宽时，对信道来说，依然会导致频率选择性的衰落。

3、基于IP的核心网

基于IP的核心网络能够对不同网络间的无缝连接进行实现，然而这项技术在3G移动通信系统中是没有被使用到的，3G所用的CDMA2000是基于ANSI-41，采用这一技术在4G移动通信系统中，是一种低成本的集成在目前网络中是最有

效的方法之一。另外，基于全IP网络，能够独立于种种具体的无线接入方案，可以实现端到端的IP业务提供。要对全IP的核心网络实现，还有很多的问题需要解决与改进，4G技术作为一种开放的结构，各种空中接口接入网络互联要允许，所以说，在设计IP的核心网时要求有非常大的灵活性，不用考虑无线接入到底采用什么协议和方式，在4G移动通信系统当中，会用IPv6取代IPv4，这就使IP地址的长度变为128bit，增大地址空间，提高安全性能，在IPv6网络使用中，用户能够对网络层数据加密并且校验IP报文，鉴别与加密选项提供了分组的保密性与完整性，很大程度的增强了网络的安全性。

4、多用户的检测技术

多用户检测技术是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术，其基站与终端会使用到用户检测技术以对系统容量进行提高，在实际的通信系统架构之中，各个用户信号在传输过程中难免存在必然的相关性要进行考虑，这也是多用户检测技术存在的根源。假如只有个别客户用数据传输，多址的干扰可能性是非常小的，但是根据全球覆盖率的影响，用户数量不断的增加或者是信号功率不断的增大，多址干扰就变成CDMA通信系统中的一个主要干扰。目前来说，3G网络所用的检测是根据经典直接序列扩频技术，根据每个用户的接收信号对扩频码匹配进行处理，所以，抗干扰能力比较差；充分利用多用户检测技术导致多址干扰的所有用户信号信息对于单个信号检测，在检测抗干扰性上更加优良，系统对于功率精度控制要求降低。

5、智能的天线技术

智能天线是能够对到达无线阵列信号进行分析的一项技术，用自适应的算法，所发射的波束灵活的使用，自动跟踪和数字波束智能调节等一系列功能，根据现代数字信号处理技术、阵列天线技术，减少干扰与被干扰目的，使得同一信道上发射与接收的多个不同的用户之间的信号互不被干扰，频率利用率的提高，改善系统性能的同时又能增加传输容量。由于智能天线具有定向波束功能，信号能够传递的距离更远，在质量得到保证的同时又能扩大覆盖区域，直接的使系统成本降低。

结语：

3G移动通信系统在竞争过程中刚刚趋于平稳阶段时，4G技术已经伴随着其自身强大的通信竞争力强势来临。4G比较3G而言，至少在以下的几个方面占据相当大的优势：远远高于3G的数据传输速率与频谱的带宽，能够在很大程度上满足用户对于通信的有效性的要求；有良好的兼容性，能够实现任意终端或是任意网络之间的互联与互通；其灵活性非常强，在任何环境中能够随时随地的提供给用户所需要的各种数据甚至是多媒体业务；在智能程度上更进一层，真正意义上可以达到智能机的要求。

总的来说，作为下一代移动通信技术的4G通信，将会是通信行业的又

一次重大的革命，能够从更深层次地带给人们更加方便与舒适的通信体验，也将使信息全球化更上一层台阶。

参考文献：

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[2]李小文，李贵勇，陈贤亮，彭大芹，段红光，黄俊伟．第三代移动通信系统、信令及实现[M]．北京：人民邮电出版社，2004．

[3]张明，张平，张建华．4G无线通信系统的信道特性[J]．移动通信，2004，（10）．