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摘要：移动通信技术的发展给人们带来了生活上的便利和生产上的帮助，在第三代移动通信技术已经正式商用的今天，我们应该将目光放长，观察角度更多元，用发展的观点去看待新型的移动通信技术。4G 移动通信技术是在前三代移动通信技术基础上发展起来，具有高速、 抗干扰和更兼容的优势，是通信行业未来发展的必然。本文对 4G 移动通信技术进行了分析，阐述了 4G 移动通信技术的结构和技术关键，对 4G 移动通信技术的应用和发展进行了展望。
关键词：4G；移动通信技术；性能分析；技术结构
0 前言
4G移动通信技术是在前三代移动通信技术基础上发展起来，具有高速、 抗干扰和更兼容的优势，是通信行业未来发展的必然趋势。在国际上 4G 移动通信技术的制定标准工作已经接近尾声，在不久的将来 4G移动通信技术将会实现商业化运作，通信行业应该对 4G 移动通信技术有清晰的认知，了解4G 移动通信技术的结构和技术关键，对 4G 移动通信技术的性能加以预测和评估，对 4G移动通信技术的应用和发展有相应的行业展望和技术准备，抓住 4G 移动通信技术推广、 普及和商用时机，大力推进移动通信技术的发展。
1 4G 移动通信网络的体系结构
第 4 代移动通信系统（4th Generation，4G）技术已成为目前移动通信领域的研究热点，与 3G 相比，4G 将提供更高速、高容量、 低网络建设成本和基于全 IP 的核心网平台。4G 移动通信系统包括广带无线固定接入，广带无线局域网，移动广带系统以及互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。 是集多种无线技术和无线 LAN 系统为一体的综合系统，也是宽带 IP接入系统。 基于 IP 技术的网络结构使用户可实现在 3G、4G、WLAN 及固定网间无缝漫游。
4G 移动通信系统网络结构可分为物理网络层、 中间环境层、 应用网络层。 接入和路由选择功能由物理网络层提供；中间环境层提供有源网络，具有地址变换、QoS 映射、 完全性管理等功能；此外中间环境层和物理网络层共同提供开放式 IP 接口，而应用网络层与中间环境层之间也是开放式接口，从而更容易提供、 发展新的应用和服务，无缝搞数据率的无线服务也同样可以提供并在多个频带运行。 这一服务的优势在于能够提供更大服务范围，主要是由于该服务能自行适应多个无线标准与多模终端。
2 4G 移动通信网络中的关键技术
根据国际电信联盟定义，4G 移动通信技术是可为移动中的用户提供 100 Mb/S 的数据传输，为静止中的用户提供 1Gb/S 的数据传输，4G 移动通信系统具有比 3G 更加优良的性能，因此是一个远比 3G 复杂的通信系统。4G 将要采用的关键技术主要有以下几种。
2.1 正交频分复用（OFDM）
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交频分复用技术，属于多载波调制技术的一种。 由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易被外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输环境中。 它的基本思想是：在频域内将给定的信道划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，调制到在每个子信道上进行传输。 在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。 尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，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。 由于在OFDM 系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波（ICI）间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。OFDM 技术还具有以下优点：可以对抗多径干扰和频率选择性衰落；调制解调实现容易；支持非对称业务；适合高速数据传输；OFDM 技术还易与和其它多址方式结合使用。 由此，OFDM 技术必将成为 4G 移动通信的关键技术。
2.2 智能天线技术
智能天线也叫自适应天线阵列（AAA），它由天线阵、波束形成网络、波束形成算法三部分组成。 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 4G 移动通信的关键技术。 智能天线在移动通信中的用途主要包括抗衰落、 抗干扰、 增加系统容量、 降低成本，扩大覆盖范围以及实现对移动台的定位。
2.3 MIMO 技术
多输入输出技术（MIMO）是指发射端和接收端使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线发送和接收，从而改善每个用户的服务质量。MIMO 利用无线信道的多径传播，开发空间资源，建立空间并行传输通道，采用各类空时编码方案来实现发射分集与接收分集，由此来获得相对常规无线通信系统明显的复用增益与分集增益，若想使信道容量和频谱利用率成倍提高，那么天线发射功率和无线频谱资源不能增加。 若想使 MIMO 系统能够更好地使系统的抗衰落性能和抗噪声得到提高，需要做到总的发射功率不变，多个接收天线与多个发射天线之间也互不相关，如此便会获得巨大的容量并提高无线系统的覆盖范围。 由此必将成为 4G 移动通信的核心技术。
2.4 软件无线电（SDR）技术
软件无线电技术，简单的说就是用现代化软件来操纵、 控制传统的 “纯硬件电路” 的无线通信。 它的核心思想是将宽带模数变换器（A/D）及数模变换器（D/A）尽可能地靠近射频天线，将模块化的、 标准化的硬件单元连接一个开放的公共硬件平台，采用 DSP 技术，在通用的可编程控制平台上，通过软件编程来实现无线电台的各部分功能，如各种通信频段的选择，信道调制解调方式的选择，以及网络协议，控制终端功能以及保密模式的实现等。 软件无线电具有以下特点：多频段多功能通信能力；很强的灵活性；可以方便的通过软件编程来进行系统升级和扩展系统功能；便于实现模块化等。 在 4G 移动通信系统中，将利用软件无线电技术来实现对各种移动台的互连互通互操作、 来实现各种移动终端之间的无缝连接，在很大程度上节省了投资成本。
2.5 切换技术
切换（handover）是指在移动通信的过程中，在保证通信不间断的前提下，把通信的信道从一个无线信道转换到另一个无线信道的功能。 这是移动通信系统不可缺少的重要功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 主要划分为硬切换、 软切换和更软切换。
硬切换是在不同频率的基站或覆盖小区之间的切换。 这种切换的过程是移动台（手机）先暂时断开与原基站的联系的信道，然后自动向新的频率调谐，与新的基站建立联系，建立新的信道，从而完成切换的过程。 简单来说就是 “先断开、 后切换” 。这种方式因为移动台在与原基站的联系信道切断后，往往不能马上建立新基站的新信道，这时就容易出现一个短暂的通话中断，影响通话质量，这是硬切换的一个缺点。软切换是指在不同频率的基站之间的切换。 在切换过程中，移动台（手机）与原基站和新基站都保持通信链路，只有当移动台在目标基站的小区建立稳定通信后，才断开与原基站的联系。 简单地说，软切换的特点是 “先切换、 后断开” 。 这种切换方式是移动台在与新基站建立联系信道后，才断开与原基站的联系信道，因此在切换过程中没有中断的问题，对通信质量没有影响。 可以说软交换具有健壮性。更软切换是指发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的切换。4G 移动通信中的切换技术正朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。
2.6 Ipv6 技术
4G 移动通信系统的核心网是一个基于全 IP 的信网络，能实现与各种网络、 通信主机以及各类媒体之间进行 “无缝连接” 。 为了给更多的用户提供更多的业务，4G 移动通信系统引入了先进的 Ipv6 技术。IPv6 主要有如下一些优势：扩大了地址空间，IPv6 采用 128 位地址长度，能够为所有网络设备提供一个全球唯一的地址；提高了网络的整体吞吐量；为 QoS 提供了良好的网络平台；用户可以对网络层的数据进行加密并对IP 报文进行校验，在 Ipv6 中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性，极大的增强了网络的安全性；并且更好地实现了多播功能等。
3 4G 移动通信技术优势
3.1 通信速度更快
4G 移动通信具有更快的无线通信传输速度，TD -LTE 移动通信系统可以达到下行 100M bps峰值传输速度，是 3G 移动通信传输速度的 50 倍。
3.2 网络频谱更宽
要使 4G 移动通信达到 100M bps的传输速度，通信运营商必须使 4G 网络的频谱带宽高于3G 网络的频谱带宽，每个 4G 信道占有 100M H z 的频谱，相当于 W -CD M A 3G 网络的 20 倍。
3.3 通信更加灵活
4G 手机可以算得上是一台便携式电脑，4G 移动通信使用户不仅可以随时随地通信，还可以双向下载传递资料、图画、影像，4G 终端还可实现定位、告警等功能。4G 移动通信系统会在不同的固定和无线平台及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务，所涉及的关键技术包括高速移动无线信息存取技术、移动平台的拉技术、安全密码技术以及终端间通信技术等。
3.4 智能性能更高
4G 移动通信的智能性能更高，4G 移动通信终端设备的设计和操作具有智能化，对菜单和滚动操作的依赖程度大大降低，4G 手机能够根据设定适时地提醒手机主人此时该做什么事或不该做什么事，4G 手机还可以当作一台手提电视机，可以用来随时随地观看电视节目。
3.5 兼容性能更好
4G 移动通信系统接口开放兼容，能与多种网络互联互通。4G 终端多种多样，支持全球漫游。用户可以使用各种各样的移动终端接入 4G 系统，4G 系统支持将各种不同的接入系统结合成一个公共的平台，4G 系统可成为多行业、多部门、多系统用户沟通的桥梁，实现在任何地址宽带接入互联网。4G 移动通信可集成不同模式的无线通信网络，从无线局域网和蓝牙等室内网络到无线蜂窝网、移动地面广播电视网和移动卫星通信网，移动用户可以自由地从一个网络标准漫游到另一个网络标准，并能自适应资源分配，能在信道条件不同的环境下处理变化的业务流。在移动卫星通信方面能够提供信息通信、定位定时、数据采集和远程控制等综合功能。
3.6 可实现各种增值服务
4G移动通信系统采用空分多址（SDMA）技术和正交频分复用（OFDM）技术，业务容量达到3G的5～10倍，可以实现无线区域环路（W LL）、数字音讯广播（DAB）等方面的无线通信增值服务。
3.7 可实现更高质量的多媒体通信
4G 移动通信能够满足 3G 移动通信尚不能达到的在覆盖范围、 通信质量、宽频带上支持高速数据传输和高分辨率多媒体服务要求，4G 移动通信提供的无线多媒体通信服务包括语音、 数据、影像等，4G 移动通信堪称多媒体移动通信。
3.8 频率使用效率更高
4G 移动通信系统的基站天线可以发送更窄的无线电波波束，可以处理数量更多的业务。4G 移动通信技术对无线频率的使用效率比 3G 系统要高，且抗信号衰落性能更好，可以支持更多的用户使用更多、更快的应用。
3.9 通信费用更加便宜
4G 移动通信兼容 3G 移动通信，可以让现有 3G 用户轻易地升级到 4G移动通信。4G 移动通信容易部署，能够有效地降低运营商和用户的费用。4G 网络与固定宽带网络的使用费用差不多，且 4G 网络计费方式更加灵活机动，4G 移动通信的无线即时连接等服务费用会比 3G 便宜，用户可以根据自身需求借助各种各样的 4G 终端随时随地享受高质量的通信服务。
4 总结
将各种媒体资源都开放接入的4G系统，将成为一个能满足未来市场需求的新一代移动通信系统，在彻底理解和掌握4G技术内核的前提下，充分释放出其关键技术特色，克服其发展面临的困难，创造出适应我国行业特色的移动通信技术，我们应该相信，4G移动通信的出现将给人们的沟通带来更多的便捷。
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论文作者:杨静
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：信道论文; 移动通信论文; 技术论文; 网络论文; 通信系统论文; 基站论文; 移动通信技术论文; 《基层建设》2016年9期论文;