关于4G移动通信系统特点及技术要点分析

周文慧



关于4G移动通信系统特点及技术要点分析

周文慧

广东怡创科技股份有限公司，广东 广州510627

4G技术是用更高的传输速度、更稳定的传输效率、更强的灵活性、更人性化的智能结构来实现移动通信的互联与互通，是3G技术的升级。目前，在通信行业内对4G移动通信没有统一的科学定义，随着人们对用户体验要求的提高，4G移动通信系统与技术成为移动通信领域的研究热点。研究结合笔者的工作实践，提出了3G通信系统的局限性，阐述了4G移动通信技术的概念，在此基础上，对4G系统网络结构作了简单介绍，针对4G移动通信技术要点进行了探讨。

4G；移动通信系统；特点；网络结构；技术要点

随着我中国通信业的发展，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，但3G通信系统的无线传输模式的传输速率和数据格式的限制制约了无线通信技术的发展，不能满足人们对无线通信的需求，因此人们提出了4G无线通信技术。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。

1 4G移动通信系统的特点

4G移动通信技术在很多国家和地区已经投入商用，其高速数据传输速率、高抗干扰能力和更好的兼容性，将使用户拥有更好的移动通信体验。不同的文献对于4G移动通信的特点有不同的侧重，但目前已有如下共识：（1）高数据传输速率：4G技术比3G技术的数据传输速率有了大幅度提高，最低可达2Mb/s（高速移动物体），最高可达 100Mb/s（低速运动，如步行）。（2）系统频谱更宽：要想实现上述高数据传输速率，4G移动通信的系统带宽应达到100MHz，是3G标准WCDMA的20倍。（3）兼容性高：4G的移动通信系统可在全球的各个区域进行覆盖，按照全球的统一保准制定，可与无线、固定网络、3G通信等进行无缝对接，因此所有4G移动通信的运营商用户均可享受共同的业务服务，并可在全球的任意地点进行通信。（4）高度智能化：4G移动通信网络采用智能技术，能够根据时变的业务流大小、系统容量和信道条件，进行动态的自适应的信道分配与管理，在应用上具有较强的灵活性、自适应性和智能性。（5）融合多种数据业务：4G移动通信系统提供形式多样、种类丰富的数据业务，比如视频业务、移动互联网业务和智能化业务。依托4G数据业务，个人通信、服务及娱乐得以整合，为用户提供前所未有的体验。

2 3G通信系统的局限性

目前，经ITU认可的第三代移动通信系统（3G）标准有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。虽然3G和2G相比，3G移动通信系统有很多优点，但是3G还是存在着很多不尽人意的地方。概括地说，3G的局限性主要表现在以下几方面：（1）不能支持较高的通信速率：3G虽然标称能达到2Mbit/s的速率，但平均速率只能达到384kbit/s。尽管目前3G增强型技术在不断发展，但其传输速率还有差距。（2）不能提供动态范围多速率业务：由于3G空中接口主流的3种体制WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA所支持的核心网不具有统一的标准，所以难以提供具有多种QoS及性能的多速率业务。（3）不能真正实现不同频段、不同业务环境间的无缝漫游：由于采用不同频段的不同业务环境，需要移动终端配置有相应不同的软、硬件模块，而3G移动终端目前尚不能实现多业务环境的不同配置。由于3G系统存在以上的局限性，因此目前有很多公司已经开始着手4G通信系统的研究。本文主要对4G的技术特点、可能采用的关键技术以及4G网络结构进行了概述。

3 4G与3G的主技术参数比较

4G移动通信系统是3G移动通信系统的升级，其中很多关键技术都沿用了3G很多的关键技术，但同时4G也采用了很多新的技术，4G系统与3G系统的主要技术参数比较，见表1，对两系统的关键技术特性进行对比。

表1 4G系统与3G系统的主要技术参数比较

4 4G移动通信系统的网络体系结构

4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。在4G移动通信系统中，能够实现不同业务需要的接入系统，通过多媒体接入系统与 IP 核心网进行连接，该结构可以实现2G、3G、4G、WLAN和固网之间的平滑切换。如图1所示。

5 4G通信系统技术要点

（1）正交频分复用（OFDM）技术：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。（2）软件无线电：软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线功能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能。其核心技术是用宽频带的无线接收机来代替原来的窄带接收机，并将宽带的模拟/数字、数字/模拟变换器尽可能靠近天线，从而使通信电台的功能尽可能多地采用可编程软件来实现。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。（3）智能天线技术（SA）：SA技术为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，被认为是未来移动通信的关键技术。SA技术成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器，对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。（4）多输入多输出（MIMO）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，从而大大提高系统容量。MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而实现高的通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。（5）基于IP的核心网：4G通信系统选择了采用基于IP的全分组方式传送数据流，因此，IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。IPv6具有许多的优点，如：有巨大的地址空间；支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式；能够提供不同水平的服务质量；更具有移动性。

6 结语

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，创造出适应中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。

[1]陈语,任栩蝶.4G移动通信技术要点分析及发展趋势探究[J].电子制作,2014(7):156.

About 4G Mobile Communication Systems Features and Analysis Techniques

Zhou Wenhui

Guangdong Yi Chong Technology Co.,Ltd.，Guangdong Guangzhou 510627

4G technology with higher transmission speeds，more stable transmission efficiency，more flexibility，more humane intelligent structure to achieve interconnection and interoperability of mobile communications，upgrade 3G technology.Currently，in the communications industry for 4G mobile communications is no uniform definition of science，as people improve the user experience requirements，4G mobile communication systems and mobile communications technology has become a hot research field.Combining practice author points out the limitations of 3G communication systems，describes the concept of 4G mobile communication technology，on this basis，on the 4G system network architecture made a brief introduction for 4G mobile communication techniques are discussed.

4G；a mobile communication system；characteristics；network structure；Techniques

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1009-6434(2016)07-0008-02