4G移动通信传输关键技术及应用优势

张朋

（中贝通信集团股份有限公司，武汉430024）

1 引言

信息技术的高速发展推动了4G 业务的兴起，和传统的3G 技术相比，4G 技术在传输的质量和速度上都有了明显的提升，当前4G 技术在人们的生活中应用非常广泛，已经成为人们日常生活中不可或缺的重要部分。4G 技术在未来发展中将发挥非常重要的作用。4G 技术的应用主要是传输关键技术和网络架构，这也是本文研究的重要内容，下面主要分析4G移动通信关键技术及应用优势[1]。

2 4G 移动通信系统中网络架构各部分的主要功能

一般将4G 移动通信网络架构分为三部分，分别是物理层、中间环境层和网络应用层。按照自上而下的顺序，首先是物理层，物理层的功能主要是提供系统接入和路由选择。中间是环境层，环境层的功能主要有地址变化、安全管理、即插即用、QOS 映射和有源网络等，通过中间层来实现网络信息的“接口”部分。最后是应用网络层。由于物理层和中间环境层之间接口都是开放的，应用网络层是实现接口和系统结合，以便能够提供更便捷的服务，同时还可以在多个频带上运行，提供高数据传输率的无线服务。同时，这一服务还可以满足多个无线标准和终端，实现更大范围的服务。

图1 4G 移动通信网络架构

3 4G 移动通信系统的关键技术分析

3.1 正交频分复用技术

正交频分复用技术的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。这种技术采用的无线传输的模式，利用交频分复用的特点，在对每个载波完成调制以后，为了提高数据传输的速率，又采用了一种HomePlug 技术，将信道划分成多个子信道，每个子信道再分别进行传输。这种传输方式有着比较明显的特征：第一，频谱的利用率较高，相比串行系统来说，这一技术效率较高，有着明显的优势；第二，抗衰弱能力较强，在信号传输的过程中不会发生信号衰弱现象；第三，抗干扰能力强，这一技术的应用能够实现各载波之间的相互重叠，利用FFT 的调制作用，实现可以波频率的正交。由于各载波中心并没有频谱分量，因此在传输过程中实现正交载波是比较容易的。此外，这一技术的应用可以不通过带通滤波器，直接在基带进行处理，就可以避免滤波器的局限性，这也是使用正交频分复用技术有别于其他系统的优势之一。

3.2 智能天线技术

现代数字信号处理技术发展迅速，DSP 芯片处理能力的不断提高和芯片价格的不断下降，由于智能天线能显著提高系统的性能和容量，并增加了天线系统的灵活性，在移动通信系统中使用智能技术也越来越广泛。智能天线技术可以明显改善无线通信系统的性能，提升系统的容量，具体主要表现在以下几个方面：第一，提高频谱利用率，使用智能天线技术替代普通天线可以提高频谱利用率，在不建新站的基础上尽可能地增加系统的容量，降低运营成本；第二，抑制干扰信号，智能天线可以将零点对准干扰方向，提高信号的输出比，进而提升系统的可靠性；第三，抗衰落，无线通信中存在的主要问题是信号的衰落，普通天线会因为信号衰落问题而造成信号的失真，而采用智能天线技术则可以较好地避免这一问题，采用智能天线控制接收方向，可以降低信号衰落的影响，同时智能天线技术还可以用在分集中，减少衰落造成的影响；第四，实现移动定位，利用智能天线技术的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵，通过空间特征矩阵可以判断信号的到达方向和信号功率估值，并且通过这一方法，可以将用户终端定位到较小的区域内。

3.3 软件无线电技术

软件无线电技术是利用软件加载的方式，将标准化的硬件功能统一通过一个硬件平台来实现各种无线电通信，这是一种开放式的新技术。在软件无线电技术当中使用A/D 和D/A 变换器时要尽量选择离天线较近的位置，并且要尽可能多地应用软件来定义无线功能，这样可以在很大程度上提升无线电的利用，各种功能和信号处理都可以通过软件来实现。在4G 中应用软件无线电技术实现对多个网络进行同时服务的功能。当终端发生变化时，可根据终端系统的要求进行重新配置，确保能够为系统提供各种多样化的服务方式。由此，可以看出软件无线电技术为终端系统也提供了很大的便利。

3.4 多用户检测技术

多用户检测技术的主要优势在于可以实现消除代码之间的相互干扰，提升系统的稳定性。多用户检测技术的原理主要是可以实现对多个信道的占用并且将这些用户或信号都作为有效信号，通过多个用户的代码、信号幅度等信息进行联合，用来检测单一用户的信号。也就是利用综合信息处理手段，加深对信息的处理，实现对多个信号的联合检测，这一技术是当前4G 技术中抗干扰性能最强的技术，能够进一步提升系统的稳定性，从而改善系统的性能，提高使用效率。

4 4G 移动通信传输关键技术的应用优势

和传统的通信技术相比，4G 技术的优势比较突出，无论是在数据传输的质量和速度上，还是在通话的质量上。3G 技术为人们提供了良好的无线通信环境，而4G 技术的发展则将移动通信推到新的发展领域中去。当前人们的日常生活已经离不开4G 技术了，4G 技术相比于3G 技术来说，其优势主要表现在以下几个方面：第一，通信速度更快，根据相关专家的研究发现，4G 通信技术中每个通道都将会占有100MHz 的频谱，这相当于3G 网络的速度的20 倍；第二，兼容性更好，使用4G 通信技术可以提高各种资料的兼容性，尤其是在高速移动情况下，需要传输的资料较多，兼容性是非常重要的一个因素，而4G 技术的应用则可以解决这一问题；第三，可实现无缝连接，在漫游方面要求全球使用统一的标准，若标准不统一，在使用中会给用户带来极大的不便，而4G 技术的应用则很好地解决了这一问题，实现无缝连接也是开发4G 技术的关键所在；第四，存储容量更大，由于传输频宽的增大，4G 系统的资料存储量将达到3G 系统的10 倍以上；第五，使用频率更高，由于4G 的运行速度较快，在其他方面上相比3G 来说，也具有很大的优势，利用4G 技术可以解决更多的问题，并且速度较快，因此人们的使用频率会更高；第六，费用更加便宜，4G系统操作简单，灵活性强，使用起来更加便捷高效。而且4G 技术是基于3G 技术上开发的，从费用上来说，由于只需要引入新的方法，耗费的成本并不高，还能够有效降低运营者和用户的使用费用。

5 结语

从以上4G 移动通信传输关键技术的研究中能够发现，4G 传输技术的优势比较明显，操作简单，能够提升系统的性能和稳定性，提高使用效率，而且随着4G 技术的深入研究，未来4G 技术将应用到更多领域当中，实现更大的突破，并且朝着智能终端的方向发展，开拓新的发展领域，带来更大的商机。4G 技术的应用前景是非常可观的。