4G通信的关键技术及发展
科技创新 2014年7月（下）
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4G 通信的关键技术及发展
胡春春
（郑州幼儿师范高等专科学校，河南 郑州 450000）
摘要：3G 在我国的商用以来,用户在使用手机电视和视频通话方面,出现信号不稳,视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G 能够提供更高的数据速率,更大的容量和带宽。本文主要简析了（1）4G 的发展史；（2）4G 的关键技术；（3）全球4G 的发展状况；（4）4G 的发展所面临的问题。
关键词：第四代移动通信（4G）；正交频分复用；多模式终端；关键技术
第一章 移动通信的发展历程
一、第一代移动通信技术（1G）。主要采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。缺点也很明显，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。
二、第二代移动通信技术（2G）。主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。主要业务是语音，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。由于带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务如移动的多媒体业务。
三、第三代移动通信技术（3G）。与前两代通信系统相比，3G 将有更宽的带宽，不仅能传输话音，还能传输数据，能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务。第四代移动通信系统的提出便是满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。
第二章 4G 的网络结构
一、网络结构：4G 网络结构可分为三层:物理网络层、中间的环境层、应用网络层。
1.物理网络层提供接入和路由选择功能。
2.中间的环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。
3.物理网络层与中间的环境层及其应用环境之间的接口是开放的,使发展和提供新的服务变得更容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带,提供更大范围服务。
二、物理层：从物理层的传输技术看，虽然在目前LTE、UMB 系统设计已经很完善，但在此基础上还需进一步的改造，尤其在多用户层面上。
1.现有网络向着扁平化发展，其中最突出的是简化系统结构和减少延时，但同时也带来很多问题，如基站间的协调与管理。所以如何动态地感知周围干扰、对资源进行动态的配置，成为扁平化网络结构首先需要解决的问题。
2.小区中心的性能差异在4G 中仍将是重大难题。由于信号存在衰减，离天线越远，频谱利用率越低。
第三章 4G 通信系统的关键技术
一、正交频分复用技术
正交频分复用（OFDM）技术是一种无线环境下的高速传输技术，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。OFDM 有很多独特的优点：频谱利用率高；抗衰落能力强；适合高
速数据传输；抗码间干扰能力强。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。
二、智能天线技术 智能天线（SA）技术具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能。智能天线使用数字信号处理技术，产生空间定向波束，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。提高信噪比， 降低系统整体造价。
三、软件无线电技术
软件无线电（SDR）技术是将标准化、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。
四、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。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，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。
五、多输入多输出技术
多输入多输出技术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，大大提高系统容量。
第四章 4G 移动通信系统的发展动态
一、国外发展动态 20世纪90年代早期，欧洲就开始了4G 移动通信系统的研究，其目标速率是100Mbps。目前全球范围内有多个组织正在进行4G 系统的研究和标准化工作，如IPv6论坛、SDR 论坛、3GPP、无线世界研究论、IETF 和MWIF 等。国际上4G 的技术与标准角力早就如火如荼地展开，目前，日本、韩国、美国、欧盟等已经在泛4G 技术的研究上取得了领先。欧洲和美国一些大学和机构都已大力投入对4G 的研究，并结成了一些联盟。
二、我国发展动态 2001年，“国家863计划”启动了面向后三代/四代的移动通信发展研究计划——未来通用无线环境研究计划。为中国未来无线与移动通信产业的跨越式发展创造条件。“国家863”项目“超3代蜂窝移动通信无线网络实验系统研究与开发”子课题——“TDD 系统OFDM 上行链路设计与实现及TDD 技术集成”。该子课题于在2006年6月17日进行了正式验收，这标志着我国在下一代移动通信系统的研究中取得了突破性进展。2007年1月，工作人员在上海延安西路高架做了2km 长的覆盖，车辆在真实的路况
中以50km/h 的时速行驶，获得的下行速率
为20Mbps ～90Mbps ，上行最高也可达80Mbps。这标志着我国第一个4G 试验网已经正式进入第三阶段。
三、4G 发展的优缺点
4G 的优点：1.通信速度更快。4G 通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。2.网络频谱更宽。要想使4G 通信达到100Mbps 的传输，通信营运商必须在3G 通信网络的基础上，进行大幅度的改造和研究。3.通信更加灵活。未来的4G 通信使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像。4.智能性能更高。第四代移动通信的智能性更高表现于4G 通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的4G 手机可以实现许多难以想象的功能。5.兼容性能更平滑。未来的第四代移动通信系统具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点6.实现更高质量的多媒体通信。第四代移动通信系统提供的无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去7、通信费用更加便宜。
4G 的缺点：1.标准难以统一。开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题，但世界各大通信厂商会对此一直在争论不休。2.技术难以实现。尽管未来的4G 通信能够给人带来美好的明天，而要实现4G 通信的下载速度，还面临着一系列技术问题。3.容量受到限制。手机的速度会受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。4.市场难以消化。覆盖全球的3G 网络已经基本建成，到那时整个行业正在消化吸收的第三代技术，对于第四代移动通信系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。5.设施难以更新。目前覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系统建立的，如果要向第四代通信技术转移的话，那么全球的许多无线基础设施都需要经历着大量的变化和更新，这种变化和更新势必减缓4G 通信技术全面进入市场、占领市场的速度。
参考文献：
[1]4G 中的MIMO-OFDM 原理及关键技术[J].中国新通信，2009，11(23).
[2]4G 移动通信技术简析与发展预期[J].中小企业管理与科技，2010(22).
[3]4G 中的关键技术——OFDM 及其时域同步[J].信息技术，2003，27(2).
[4]4G 的核心技术——MIMO OFDM 及其同步[J].中国数据通信，2005，7(6).
[5]高健，罗华斌.直放站的原理与应用[J].中国无线电，2005.
4G通信的关键技术及发展
作者：胡春春
作者单位：郑州幼儿师范高等专科学校,河南郑州,450000
刊名：
魅力中国
英文刊名：Charming China
年，卷(期)：2014(21)
参考文献(5条)
1.王芳,熊建设4G中的MIMO-OFDM原理及关键技术[期刊论文]-中国新通信 2009(23)
2.李明浩4G移动通信技术简析与发展预期[期刊论文]-中小企业管理与科技 2010(22)
3.叶卫明,王燕,周利岗4G中的关键技术--OFDM及其时域同步[期刊论文]-信息技术 2003(02)
4.朱敏4G的核心技术--MIMO OFDM及其同步[期刊论文]-中国数据通信 2005(06)
5.高健,罗华斌直放站的原理与应用[期刊论文]-中国无线电 2005(07)
引用本文格式：胡春春4G通信的关键技术及发展[期刊论文]-魅力中国 2014(21)