论文部分内容阅读
【摘 要】 本文通过对4G移动通信技术的简述、特点、关键技术、网络结构四个方面对4G移动通信技术的要点进行了详细描述，并针对市场规模、技术发展、未来标准等方面对4G移动通信技术的发展趋势进行了展望。
【关键词】 4G移动；通信技术；要点；发展趋势
引言：
4G牌照的发放吸引了公众的视线，三大运营商的推动无疑也会加速公众入网速度，未来将不断刺激着我国移动互联网使用量的规模性增长，掀起移动互联网应用的新一轮浪潮。
一、4G移动通信的意义
4G将为我国移动互联时代勾画出新的发展蓝图，智慧城市、产业经济及信息惠民领域都将得到快速发展。4G高速网络将提升智慧城市发展质量，进一步加快智能化体系的建设流程，在城市管理、公共服务、生态环保等方面发挥更加突出的作用。4G将撬动产业经济转型升级新机遇，激发新一轮信息消费潜能，信息服务业将借此升级，同时也将有力支撑两化深度融合，不断推进实现研发设计协同化、生产装备智能化、生产方式柔性化、生产流程精益化，推动城市的产业加速向绿色、低碳的高端制造和生产性服务业转变。4G将加快提升城镇化居民生活质量，公众运用移动互联网所能实现的不仅仅是购物与娱乐，网络医疗、视频教学、智慧家居等信息惠民工程都将深入到日常生活中为公众提供便利。
二、4G移动通信技术的关键技术
1、正交频分复用（OFDM）调制技术
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，它满足了高信元速率、高传输质量、高数据传输速率等需求。OFDM技术的主要原理是在频域内把定信道分成许多正交子信道，每个子信道上用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，各个相对平坦的子信道上进行的是窄带传输，信道带宽大于信号带宽，大大消除了信号波形对信号的干扰。OFDM技术的频谱利用率高比串行系统高近一倍；OFDM技术将用户信息经由多个子载波进行传输，使OFDM的抗衰落能力加强[3]；除噪声干扰之外，抗码间干扰（ISI）是数字通信系统中最主要的干扰，它是一种与加性的噪声干扰不同的乘性干扰，OFDM的抗ISI能力强；OFDM自适应调制机制可以使不同的子载波根据不同的噪声背景和信道情况使用不同的调制方式，信道条件差采用抗干扰能力强的调制方式，信道条件好采用效率高的调制方式。
2、软件无线电（SDR）技术
经过一个通用的硬件平台，利用软件加载方式将模块化、标准化的硬件功能实现各类无线电通信系统的开放式结构技术就是软件无线电。软件无线电的核心思想是：构造一个具有标准化、模块化、开放性的通用硬件平台，用软件来完成调制数据格式、加密模式、解调类型、工作频段、通信协议等各种功能，并在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，以研制出具有高度开放性和灵活性的新一代无线通信系统[1]。其中，主要涉及的技术有数字信号处理（DSP）、现场可编程器件（FPGA）等；软件系统主要包括调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信号流变换软件、信源编码软件等[4]。SDR技术是通向未来4G移动通信的桥梁。
3、智能天线（SA）技术
SA技术被认为是未来移动通信的关键技术，其具有自动跟踪、抑制信号干扰、数字波束调节等功能。SA技术的基本原理是无线基站端使用基带数字信号处理器，按照一定算法合并各天线链路上接收到的信号并实现上行波束赋形，同时，使用相干无线和天线阵实现射频信号的收发。目前，基于预多波束的波束切换方式和全自适应方式是SA技术的两种主要工作方式[2]。
4、多输入多输出（MIMO）技术
MIMO技术指利用多接收、多发射进行空间分集的技术，即在移动终端和基站都有多个天线，MIMO技术采用分立式多天线对通信链路进行有效分解，分解为很多并行的子信道。MIMO技术还能够为系统提供空间分集增益和空间复用增益，并提供很高的频谱利用率，改善无线信道的性能，大大提高了无线系统的覆盖范围和容量[3]。
5、多用户检测技术
4G系统的基站和终端将使用多用户检测技术提高系统的容量，多用户检测技术核心思想是综合利用多个用户的码元、信号幅度、时间等信息，对接收到的所有信号及信息进行联合检测。现有的多用户检测算法中存在一些缺陷和不足，算法中幅度、定时、频率等一些参数估计有误时，影响到相关矩阵，进而影响到整个系统性能。多用户检测技术还需要进一步研究。
三、4G网络结构
4G网络结构可分为应用网络层、中间环境层、物理网络层三个层次。4G网络结构的特征包括：有一个灵活开放的结构、易于扩展；支持现有、将来系统通用接入的基础结构；是一个自适应网络；拥有一个智能化的环境、可满足用户的各种需求；支持网络技术和接入技术各自独立发展；在高速移动中，能够按需接入系统；与Internet集成统一。
1、4G移动通信技术的发展趋势
1.1 市场规模
目前，移动运营商需部署更多的基站，以达到4G网络所需要达到的速率要求，多种技术的融合使4G的下载速度有着很大的提高，亚洲的韩国、日本以及我国都要在最近两年完成4G的商业化测试，实现4G商用。
1.2 4G移动通信技术的发展
从4G移动通信技术的发展前景来看，除了OFDM、软件无线电、智能天线等关键技术以外，还包括了可重构性自愈网络、多用户识别和交互干扰抑制、无线接入网（RAN）、微微无线电接收器等一些相关技术，这些技术可采用智能处理器处理纠正网络故障、实现了大容量、高速度、低比特成本的目标、确保了高质量信号和服务质量。
1.3 4G未来标准
2012年1月18日，由国际电信联盟无线电通信权贵审核通过的LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced（802.16m）两个4G标准，满足了IMT-Advanced的要求，其中，我国提出的TD-LTE Advanced作为LTE-Advanced标准分支之一入选。LTE-Advanced是LTE在版本8基础上进一步完善的版本、也是3GPP在Release 10（R10）以及之后的技术版本，LTE Advanced技术可以完全兼容LTE，并实现了宽带的移动业务。802.16m实际上就是WiMax（802.16e）的升級版本，其不仅可以兼容未来的4G无线网络、提高VOIP和数据容量、提高频谱效率、还能节省功耗、增强低时延QoS。以LTE为代表的移动通信技术和以WiMAX为代表的宽带无线接入技术之间的界限变得模糊，WiMAX-Advanced逐步实现移动的宽带业务。WiMAX-Advanced和LTE-Advanced的融合度越来越高，这也是未来固定网络和移动世界的发展趋势。
四、结束语
目前，4G通信技术是人类有史以来最为复杂的技术系统，想要广泛的全面实施4G通信技术还会遇到一些困难，它的发展将会面临巨大的市场压力。一些经济发达国家积极研究4G技术，研究内容主要包括用户切换、网络结构、漫游等移动环境下的技术，以突破3G的局限，早日实现由3G到4G的转换以及移动通信用户的大范围移动，使4G通信技术真正应用到人们的生活和工作中。移动通信技术和宽带无线接入的融合将成为4G移动通信技术发展的重要趋势，也是各大通信公司努力奋斗的目标。
参考文献：
[1]毕研珍.4G移动通信技术浅谈[J].兰州交通大学：高校园地，2011，3（1）：56-58.
[2]李明浩.4G移动通信技术简析与发展预期[J].信息技术，2011（8）：283-284.
[3]王金妹.中国移动通信4G发展前景分析[J].科技风，2011（7）：269.
【关键词】 4G移动；通信技术；要点；发展趋势
引言：
4G牌照的发放吸引了公众的视线，三大运营商的推动无疑也会加速公众入网速度，未来将不断刺激着我国移动互联网使用量的规模性增长，掀起移动互联网应用的新一轮浪潮。
一、4G移动通信的意义
4G将为我国移动互联时代勾画出新的发展蓝图，智慧城市、产业经济及信息惠民领域都将得到快速发展。4G高速网络将提升智慧城市发展质量，进一步加快智能化体系的建设流程，在城市管理、公共服务、生态环保等方面发挥更加突出的作用。4G将撬动产业经济转型升级新机遇，激发新一轮信息消费潜能，信息服务业将借此升级，同时也将有力支撑两化深度融合，不断推进实现研发设计协同化、生产装备智能化、生产方式柔性化、生产流程精益化，推动城市的产业加速向绿色、低碳的高端制造和生产性服务业转变。4G将加快提升城镇化居民生活质量，公众运用移动互联网所能实现的不仅仅是购物与娱乐，网络医疗、视频教学、智慧家居等信息惠民工程都将深入到日常生活中为公众提供便利。
二、4G移动通信技术的关键技术
1、正交频分复用（OFDM）调制技术
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，它满足了高信元速率、高传输质量、高数据传输速率等需求。OFDM技术的主要原理是在频域内把定信道分成许多正交子信道，每个子信道上用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，各个相对平坦的子信道上进行的是窄带传输，信道带宽大于信号带宽，大大消除了信号波形对信号的干扰。OFDM技术的频谱利用率高比串行系统高近一倍；OFDM技术将用户信息经由多个子载波进行传输，使OFDM的抗衰落能力加强[3]；除噪声干扰之外，抗码间干扰（ISI）是数字通信系统中最主要的干扰，它是一种与加性的噪声干扰不同的乘性干扰，OFDM的抗ISI能力强；OFDM自适应调制机制可以使不同的子载波根据不同的噪声背景和信道情况使用不同的调制方式，信道条件差采用抗干扰能力强的调制方式，信道条件好采用效率高的调制方式。
2、软件无线电（SDR）技术
经过一个通用的硬件平台，利用软件加载方式将模块化、标准化的硬件功能实现各类无线电通信系统的开放式结构技术就是软件无线电。软件无线电的核心思想是：构造一个具有标准化、模块化、开放性的通用硬件平台，用软件来完成调制数据格式、加密模式、解调类型、工作频段、通信协议等各种功能，并在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，以研制出具有高度开放性和灵活性的新一代无线通信系统[1]。其中，主要涉及的技术有数字信号处理（DSP）、现场可编程器件（FPGA）等；软件系统主要包括调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信号流变换软件、信源编码软件等[4]。SDR技术是通向未来4G移动通信的桥梁。
3、智能天线（SA）技术
SA技术被认为是未来移动通信的关键技术，其具有自动跟踪、抑制信号干扰、数字波束调节等功能。SA技术的基本原理是无线基站端使用基带数字信号处理器，按照一定算法合并各天线链路上接收到的信号并实现上行波束赋形，同时，使用相干无线和天线阵实现射频信号的收发。目前，基于预多波束的波束切换方式和全自适应方式是SA技术的两种主要工作方式[2]。
4、多输入多输出（MIMO）技术
MIMO技术指利用多接收、多发射进行空间分集的技术，即在移动终端和基站都有多个天线，MIMO技术采用分立式多天线对通信链路进行有效分解，分解为很多并行的子信道。MIMO技术还能够为系统提供空间分集增益和空间复用增益，并提供很高的频谱利用率，改善无线信道的性能，大大提高了无线系统的覆盖范围和容量[3]。
5、多用户检测技术
4G系统的基站和终端将使用多用户检测技术提高系统的容量，多用户检测技术核心思想是综合利用多个用户的码元、信号幅度、时间等信息，对接收到的所有信号及信息进行联合检测。现有的多用户检测算法中存在一些缺陷和不足，算法中幅度、定时、频率等一些参数估计有误时，影响到相关矩阵，进而影响到整个系统性能。多用户检测技术还需要进一步研究。
三、4G网络结构
4G网络结构可分为应用网络层、中间环境层、物理网络层三个层次。4G网络结构的特征包括：有一个灵活开放的结构、易于扩展；支持现有、将来系统通用接入的基础结构；是一个自适应网络；拥有一个智能化的环境、可满足用户的各种需求；支持网络技术和接入技术各自独立发展；在高速移动中，能够按需接入系统；与Internet集成统一。
1、4G移动通信技术的发展趋势
1.1 市场规模
目前，移动运营商需部署更多的基站，以达到4G网络所需要达到的速率要求，多种技术的融合使4G的下载速度有着很大的提高，亚洲的韩国、日本以及我国都要在最近两年完成4G的商业化测试，实现4G商用。
1.2 4G移动通信技术的发展
从4G移动通信技术的发展前景来看，除了OFDM、软件无线电、智能天线等关键技术以外，还包括了可重构性自愈网络、多用户识别和交互干扰抑制、无线接入网（RAN）、微微无线电接收器等一些相关技术，这些技术可采用智能处理器处理纠正网络故障、实现了大容量、高速度、低比特成本的目标、确保了高质量信号和服务质量。
1.3 4G未来标准
2012年1月18日，由国际电信联盟无线电通信权贵审核通过的LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced（802.16m）两个4G标准，满足了IMT-Advanced的要求，其中，我国提出的TD-LTE Advanced作为LTE-Advanced标准分支之一入选。LTE-Advanced是LTE在版本8基础上进一步完善的版本、也是3GPP在Release 10（R10）以及之后的技术版本，LTE Advanced技术可以完全兼容LTE，并实现了宽带的移动业务。802.16m实际上就是WiMax（802.16e）的升級版本，其不仅可以兼容未来的4G无线网络、提高VOIP和数据容量、提高频谱效率、还能节省功耗、增强低时延QoS。以LTE为代表的移动通信技术和以WiMAX为代表的宽带无线接入技术之间的界限变得模糊，WiMAX-Advanced逐步实现移动的宽带业务。WiMAX-Advanced和LTE-Advanced的融合度越来越高，这也是未来固定网络和移动世界的发展趋势。
四、结束语
目前，4G通信技术是人类有史以来最为复杂的技术系统，想要广泛的全面实施4G通信技术还会遇到一些困难，它的发展将会面临巨大的市场压力。一些经济发达国家积极研究4G技术，研究内容主要包括用户切换、网络结构、漫游等移动环境下的技术，以突破3G的局限，早日实现由3G到4G的转换以及移动通信用户的大范围移动，使4G通信技术真正应用到人们的生活和工作中。移动通信技术和宽带无线接入的融合将成为4G移动通信技术发展的重要趋势，也是各大通信公司努力奋斗的目标。
参考文献：
[1]毕研珍.4G移动通信技术浅谈[J].兰州交通大学：高校园地，2011，3（1）：56-58.
[2]李明浩.4G移动通信技术简析与发展预期[J].信息技术，2011（8）：283-284.
[3]王金妹.中国移动通信4G发展前景分析[J].科技风，2011（7）：269.