系统,也谈新1代移动通信技术 — 4G

摘要：当前，3G已经随着日益普及的手机走进了我们的生活和工作，基本完全取代了2G的通信地位。作为新一代的多功能集成宽带移动通信系统，4G目前已成为各国移动通信领域的探讨热点。
关键词：移动通信技术 4G 进展 关键技术

一、4G概述

根据国际电信联盟的定义，4G（第四代移动通信）技术应当满足下面两个条件：固定状态下数据传输速度达到1Gbps，移动状态下数据传输速度达到100Mbps。目前的移动通信服务受传输速度所限，无法传输高清晰度节目，但4G通信则可使之变为现实，它集3G与WLAN（无线局域网）技术于一体，能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求，运用4G技术，用户可以收看高清晰、多频道电视，并遥控家中的电器。相对于3G技术而言，4G技术可以实现更快的传输速度和更好的无缝“切换”，还可进行多媒体操作。在用户最为关注的方面，4G与固定宽带网络在方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，甚至比目前的通信费用还要低，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很显著，4G有着不可比拟的优越性。

二、4G进展目前状况

20世纪90年代早期，欧洲就开始了4G移动通信系统的探讨，其目标速率是100Mbps，预期在2012年左右投入商用。目前全球范围内有多个组织正在进行4G系统的探讨和标准化工作，如IPv6论坛、SDR论坛、3GPP、无线世界探讨论坛等。同时，一些移动通信设备厂商也在进行4G的研发工作，如：AT&T已经开发了名为4G接入的实验网络，NORTEL进行了软件无线电功率放大器技术的探讨，而HP实验室也正在进行4G网络传输多媒体内容的相关探讨。在我国，4G移动通信技术于2000年初开始酝酿，随后国家成立了由尤肖虎教授负责、由863计划通信技术主题专家组领导的项目组，这个引领我国4G探讨，被简称为“FuTURE计划”的重大项目于2001年启动，2001年-2003年为关键技术的重点研发攻关阶段；2003年-2006年为系统集成演示和示范阶段；2006年-2010年为外场试验和预商用阶段。这项面向未来的探讨计划被认为是我国“未来通用无线环境探讨计划”的重要一环，吸引了东南大学、北京邮电大学、清华大学、华为公司等国内多所高校及企业，同时，中兴、华为等公司企业也加入到了研发队伍中，甚至阿尔卡特、西门子等国际公司作为合作伙伴也参加了863计划通信主题有关项目的探讨。现阶段我国的4G探讨成果，主要是在上海建立的一个4G试验网，实验系统由3个无线覆盖小区、6个接入节点和6个移动终端组成，并引入了世界上最复杂的技术，如IPv6核心网络、IPTV高清晰度业务与移动通信的切换技术等等。这是世界上第一个基于分布式无线网络的第四代移动通信现场实验系统，具有在移动环境下支持峰值速率为100Mbps的无线传输及高清晰度交互式图像业务演示等功能，外场演示和示范在世界范围内都处于领先地位。

三、4G系统的关键技术

1.OFDM技术。正交频分复用技术（OFDM）有很多独特的优点：频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高出近一倍；抗衰落能力强；适合高速数据传输；抗码间干扰能力强。OFDM允许各载波间频率互相混叠，采用基于载波频率正交的FFT(快速傅立叶变换)调制，由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量，因而能够实现各个载波的正交。此外，不通过很多带通滤波器来实现，而是直接在基带处理，也是OFDM有别于其他系统的优点之一。
2.多用户检测技术。多用户检测(MUD)技术能够有效地消除码间干扰，提高系统性能。多用户检测的基本思想是把同时占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当作有用信号，而不是作为干扰信号处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号，即综合利用各种信息及信号处理手段，对接收信号进行处理，以而达到对多用户信号的最佳联合检测。多用户检测是4G系统中抗干扰的关键技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。
3.智能天线技术。智能天线(SA)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，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线使用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号之目的。智能天线可以提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益进展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价，因而成为4G系统的关键技术之一。
4.多入多出天线技术。MIMO(多输入多输出)是指利用多发射和多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，以而大大提高系统容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，以而获得巨大的容量。
5.软件无线电技术。软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是：在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地使用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。软件无线电在4G中的可能运用为：采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；当终端移动时，可重新配置，如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动系统中时，终端可按照该系统的标准重新进行自动配置，以而获得系统提供的各种服务。
四、结束语
目前，虽然中国的老百姓尚未完全经历3G，可能还不能够理解4G，但国家的有关部门在密切关注4G的最新进展，并积极参与有关技术的研发和标准的制定，期望在4G上夺得先机，相信4G将带给人们真正的沟通自由。
参考文献:
Maury Wright.WiMax技术与4G.END电子设计技术，2007.7.
郎为民.下一代网络技术原理与运用.北京机械工业出版社，2005.
[3]汪裕民.OFDM关键技术与运用[M].北京:机械工业出版社，2007.