浅析第四代移动通信

浅析第四代移动通信

引言

移动通信技术飞速发展，已经历了3个主要发展阶段。每一代的发展都是技术的突破和观念的创新。第一代起源于20世纪80年代，主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术。第二代（2G）起源于90年代初期，主要采用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术。第三代移动通信系统（3G）可以提供更宽的频带，不仅传输话音，还能传输高速数据，从而提供快捷方便的无线应用。但是第三代移动

通信系统仍是基于地面标准不一的区域性通信系统，尽管其传输速率可高达2 Mb/s，仍无法满足多媒体通信的要求，因此第四代移动通信系统（4G）的研究势在必行。

一、4G的定义及其技术要求

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2 Mb/s的数据传输能力，对全速移动用户能提供150 Mb/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。其主要技术要求是：

（1）通信速度提高，数据率超过UMTS，上网速率从2 Mb/s提高到100 Mb/s。

（2）以移动数据为主面向Internet大范围覆盖高速移动通信网络，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。

（3）采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采用可穿戴无线电，可下载无线电等新技术。

（4）发射功率比现有移动通信系统降低10～100倍，能够较好地解决电磁干扰问题。

（5）支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务。

二、4G的关键技术

1.OFDM（正交频分复用）

OFDM技术实际上是MCM（Multi-Carrier Modulation，多载波调制）的一种。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。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。由于OFDM技术由于具备上述特点，是对高速数据传输的一种潜在的解决方案，因此被公认为4G的核心技术之一。

2.软件无线电

软件无线电（Software Defined Radio，简称SDR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。软件无线电是一种基于数字信号处理（DSP）芯片以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。

3.智能天线

智能天线是波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。多波束天线在一个扇区中使用多个固定波束，而在自适应阵列中，多个天线的接收信号被加权并且合成在一起使信噪比达到最大。与固定波束天线相比，天线阵列的优点是除了提供高的天线增益外，还能提供相应倍数的分集增益。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，其基本工作原理是根据信号来波的方向自适应地调整方向图，跟踪强信号，减少或抵消干扰信号。智能天线的核心是智能算法，而算法决定电路实现的复杂程度和瞬时响应速率，因此需要选择较好算法实现波束的智能控制。

4.IPv6协议

4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流，因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。

（1）巨大的地址空间。在一段可预见的时期内，它能够为所有可以想像出的网络设备提供一个全球惟一的地址。

（2）自动控制。IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球惟一的路由地址。

（3）服务质量。服务质量（QoS）包含几个方面的内容。从协议的角度看，IPv6与目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的优点体现在能提供不同的服务。IPv6报头中新增加的字段“流标志”，有了这个20位长的字段，在传输过程中，中国的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。

（4）移动性。移动IPv6（MIPv6）在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址（home address），这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时，通过一个转交地址（care-of address）来提供移动节点当前的位置信息。移动设备每次改变位置，都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。

三、结束语

由于4G与1～3G相比具有通信速度更快，网络频谱更宽，通信更加灵活，智能性能更高，兼容性能更平滑等优点，4G将成为行业关注的焦点。相信不久的将来4G将一统移动通信的天下，产生巨大的社会效益和经济效益。