4G通信技术综述

2017-12-27郑莉中国移动通信集团设计院有限公司有线所

数码世界 2017年8期

关键词：传输速率信道天线

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4G通信技术综述

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本文概述了第四代移动通信技术的概念、关键技术及主要优势，并简要介绍了目前4G通信技术的发展现状，并对其面临的挑战进行讨论。

第四代移动通信通信技术优势发展与挑战

1 4G通信技术的概念

移动通信技术的发展到目前为止经历了三个阶段，每一代的发展都有关键的技术支撑。第一代移动通信技术是频分多址技术，第二代是时分多址和码分多址技术，第三代是频带变宽、数据传输加快，无线应用开始普及。但第三代的数据传输速率仍然不能满足人们的使用需求，第四代通信技术由此诞生。

4G通信是指能够传输一定质量要求的图像信息和视频，满足用户对于无线通信等的需求，在价格方面，4G的计费方式更加人性化，用户可根据自身流量的使用情况进行相应服务的订购，相比3G更加有优势。4G的不同体现在其通信终端的网络技术类型上，如WiFi、超宽带无线电等，其终端的智能程度更高，多媒体应用更广泛。

2 4G通信的关键技术

2.1 正交频分复用技术

正交频分复用技术（OFDM）的核心是将频域划分为若干个正交的子信道，在每个子信道上分别使用不同的子载波进行调制传输，用以达到减少信号之间的干扰的目的。由于移动通信中最有特点的是多径干扰和多径时延扩展，对于传输的数据要求其速率要小于信道的相关带宽，否则会引起信号的失真和质量。OFDM技术的出现能够解决上述问题，成为4G通信的核心技术之一。

2.2 多输入多输出天线技术和智能天线

多输入多输出天线技术（MIMO）在不增加带宽、不改变天线的发送功率的前提下，通过增加天线矩阵的规模，即增加天线的数量，来提高信道容量，改善频谱利用率。MIMO技术能够增加空间分集增益，使通信系统的误码率减小，具体算法主要有：ZF算法、ML算法、MMSE算法等，应用MIMO技术还能对抗多径衰落。

智能天线是通过无线基站的天线阵和收发信机来对各个天线链路上的信号进行算法合并，其主要有两种方式进行实现：全自适应方式和基于多波束的波束切换方式。通过波束在空间范围内的相互干扰抑制实现增强目的信号的传输需求。

2.3 软件无线电技术

软件无线电是指在一个指定的硬件平台上，使用软件来处理信号，不同的软件具有不同的功能，能够对信号进行相应的处理和优化。软件无线电技术在4G通信系统中应用较广，能够利用软件无线电技术进行信道的分离，调制所需信号等。通过创建一个无线电通信平台，能够进行多种模式下的通信过程，保证了不同系统间的通信交流。

3 4G通信技术的主要优势

3.1 数据传输速率加快

4G通信发起的最初的目的就是为了提高数据的传输速率，相比于前三代的移动通信技术，第四代移动通信做到了提高无线通信和无线访问互联网的数据传输速率。第一代只提供语音服务，第二代的数据传输速率只有9.6kb/s，最高时才有32kb/s，第三代时达到了2Mb/s，而现如今的4G移动通信可以将数据传输速率提高至10Mb/s-20Mb/s，最高时有100Mb/s。

3.2 扩宽频谱带宽

4G移动通信的数据传输速率的高数值促使4G网络的通信带宽要超出3G网络很多，只有这样才能保证其数据传输速率的大幅度提升。

3.3 灵活性提高

由于4G通信网络的发展，只能终端的发展迅速，手机已经不能简单的用电话来定义，4G手机更趋近于一台小型电脑，将数据进行上传和下载，实现之间的通信操作，这是我们能随时随地获取想要信息，进行通信，4G给我们带来的通信灵活程度远远超出前三代。

3.4 通话费用便宜

4G通信在数据流量上更加保证了用户的自主选择性，通过用户自身的使用需求，在这方面产生的费用价格有所降低，既保证了使用的方便流畅，也能为用户节省资金，吸引更多的使用者。

4 4G通信技术的发展历史

4G通信时代在2010年开始，世界发达国家对于4G技术标准进行了详细的制定。早在2000年美国就推出了4G Access网络，第一阶段的落实是构建移动电话基地台软件，第二阶段是建立智能天线系统。爱立信在2000年也开始研发第四代移动通信系统，并联合加利福尼亚大学进行合作研发。中国从2002年开始，进行蜂窝移动通信系统无线传输链路技术的项目研究。经过全世界通信行业的不断努力，4G时代的到来是必然趋势。