余建平

(武汉铁路职业技术学院，湖北武汉430205)

0 引言

随着我国在信息通信投入的加大以及信息化高速公路的建设，移动通信正在逐渐改变人们的日常生活，在过去的20 年中，通信技术得到迅猛的发展和广泛的应用。移动通信自20世纪初诞生以来，整个发展大致可分为三个阶段:第一阶段是20 世纪40 年代以前，这是移动通信的早期发展阶段。在这阶段，进行了一些传播特性的测试，并在短波的频段上进行了一些通信应用。第二阶段是40 年代至60 年代后期，在这个阶段发展了一些具有拨号、半双工功能的移动通信系统，但它们还都停留在专用系统的水平上。第三阶段是70 年代至今。由于蜂窝理论的应用，频率复用的概念得以实用化。这阶段在技术上又可分为第一代移动通信系统，第二代移动通信系统和第三代移动通信系统IMT2000。目前构思中的4G 移动通信技术将具有通信速度更快、网络频谱更宽、通信更加灵活、智能性更高、兼容性更平滑的特点，更高质量的多媒体通信等优势将占据未来移动通信的主导位置。如图1 所示，移动通信系统向4G 的演进过程。

图1 移动通信网络向4G 的演进过程

1 4G 移动通信技术的定义和性能

所谓的4G 通信技术，在通信行业内，迄今为止还没有统一的科学定义。通常情况下是按照其功能性描述来界定4G 移动通信技术的。其实就是下一代移动通信技术的一个通用名称而已。总之，它是不断优化，并为用户给予更多体验的移动通信网络。是在3G 移动通信技术的基础上，集3G 与WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。2012 年1 月18 日下午17 时，在日内瓦举行的国际电联2012 年无线电通信全体会议上，WirelessMAN-Advanced(802.16 m)和 LTE -Advanced 技术规范通过审议，正式被确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准。它具有数据传输速率高、高度智能化的网络优势，更好的兼容性和覆盖性能，基于IP 的网络，能实现不同QoS 的业务，通信资费更加便宜等性能。

2 4G 移动通信的网络接入系统结构

4G 通信技术的接入网络系统结构最明显的特点是以多模式的智能化的终端作为公共平台。以公共平台为基准点，实现各种的接入技术完好的协和与连接。并且基于这个平台的支撑来实现各种类的接入系统的完好融和。能最高要求的满足通信用户的要求。越来越多的新的技术将在未来的不断需求下增长衍生。与密密麻麻的3G 中蜂窝网络相比，4G 采用全数字全IP 技术，采用单一的全球范围的蜂窝核心网。结构如图2所示。这种结构的通用性和可扩展性很好。使得多种业务能透明地与IP 核心网连接。

图2 4G 网络体系结构

未来的全球互联网络IP 核心网和骨干网系统，将以结合宽带IP 技术和光纤网技术为主如图3 所示。进一步来提高和扩展IP 技术在移动网络中的应用，形成基于IP 核心网的灵活、可扩展一个公共平台。这种基于IP 技术的未来网络架构可以使用户在3G、4G、WLAN、固定网之间实现无缝连接和漫游。

图3 网络系统未来构架

3 4G 移动通信的关键技术

3.1 正交频分复用(OFDM)技术

多载波技术包括OFDM 和多载波CDMA 技术等，现在主要网络与通信应用的是OFDM 技术。最适合4G 系统的多址方法是OFDM 技术，该技术的主要思想是将某一频分信道分为较多的正交子信道在每个子信道上使用一个子载波进行调制使他们并行传输。因此，可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM 技术具有频谱利用率高，抗衰落能力强，适合高速数据传输的优点，另外，OFDM 采用加载算法，提高信息传送的速率;抗码间干扰能力强，还可与时分、频分、码分等多种方式相结合，灵活支持多种业务。

3.2 智能天线(SA)

智能天线原名自适应天线阵列(Adaptive AntennaArray，AAA)，最初用来完成空间滤波和定位。移动通信智能天线(SA)技术具有抑制信号干扰，可以自动地进行跟踪以及数字波束的调节等功能，是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术，它在消除干扰、扩大小区半径、降低系统成本、提高系统容量等方面具有不可比拟的优越性。该技术采用了空分多址(SDMA)的技术，是一种能分析到达无线阵列信号的技术，其基本工作原理是根据信号来波的方向自适应地调整方向图，跟踪强信号，减少或抵消干扰信号。并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号，从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的，将成为4G 系统中一个广泛的应用方向。

3.3 多输入多输出(MIMO)技术

MIMO 技术产生巨大推动的奠基工作则是20 世纪90 年代由AT＆TBell 实验室学者完成的。MIMO 技术是指利用多发射、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，而GSM、CDMA IS - 95 、3G 系统中都没有采用这种技术。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是4G 移动通信系统的核心技术之一。如图3所示。MIMO 系统采用空时处理技术进行信号处理，在丰富的散射环境下，空分复用MIMO 系统(如BLAST 结构)可以获得与天线数成正比的容量增长，从而极大地提高频谱效率，增加系统的数据传输速率。

3.4 软件无线电(SDR)技术

在4G 通信系统中，软件会变得至关重要，软件无线电(SDR)技术是4G 移动通信技术的微电子技术基础，其基本思想就是将硬件作为其通用的基本平台，方便的升级和重配置构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，允许多方运营的介入。软件无线电技术主要是模拟信号的数字化过程，利用高速的DSP 处理数据进行信道的编码和解码。实现了多通路、多层次和多模式的无线通信方式。

图4 MIMO 系统原理图

3.5 IPv6 技术

目前使用最为广泛的网络协议是网络协议版本4. Ipv4 有32 位地址长度，理论上能编址1 600 万个网络、40 亿台主机。但采用A、B、C 三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP 地址近乎枯竭。IPv6 可提供大量的IP 地址，IPv6 具有巨大的网络地址的空间方便为通信网络的所有设备提供一个全球唯一的地址，IPv6 方便实现自动配置，获得一个全球惟一的路由地址IPv6 将把地址长度扩展至 128 位，共计约 3.4 × 1 038 个地址，是 IPv4 地址空间(232)的近1 600 亿倍(296)。胜过传统IPv4 的服务质量，利于形成以服务级别为基础的系统，具有移动安全性好等优势。

4 4G 移动通信技术的未来与展望

在新世纪里，市场的需求不断扩大，推动了信息技术和移动通信技术迅猛的发展，网络业务的数据化、移动互联性和分组化以及网络设备的小型化和智能化等，这些趋势正是第四代移动通信技术的发展目标和方向.

5 结语

文中对移动通信的演变过程、4G 移动通信的体系结构、关键技术和发展方向进行了探讨，第四代移动通信技术高速率、高质量、大容量的多媒体服务，将使世界更美好。但具体的实现还面临着许多问题。随着技术的发展，困难会随着某一关键技术的突破而解决。所以本文对4G 关键技术的研究对4G 的发展有十分深远重要的意义。

［1］柴远波，戚建平. 移动通信技术的发展现状分析［J］.山东大学学报，2009(12).

［2］2 Young Kyun Kim. New technological and standards toward beyond3G［J］. IEEE Trans. on Commun.，2001，45(12):113 -117.

［3］李飞鹏. 3G 移动通信技术及其应用［J］.信息通信，2011(4).

［4］刘志远.浅析移动通信技术应用与发展［J］.电脑知识技术，2011(5).