第四代移动通信技术及其应用浅析
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作者: 毕俊辉
摘 要 第四代移动通信技术俗称4G，是第三代移动通信技术3G技术的升级。第四代移动通信技术有更高的传输速度，可提供更安全的技术保障，具备更智能的、人性化的结构从而实现移动通信的互联互通。文章简述第四代移动通信技术的关键技术，分析第四代移动通信技术的特点，在此基础上为第四代移动通信技术的发展前景进行展望。
关键词 第四代移动通信；4G；发展趋势
中图分类号：F493 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0001-01
移动通信技术的出现使用户可以在信号覆盖区域内任意位置并且运动的情况下进行通信，这较有线通信已给人们生活和社会发展带来了深刻的影响。但随着人们通信需求的增大，移动通信技术自身也在发生着变革，到目前已经发展到了第四代。第一代基于模拟技术实现，仅能提供语音通信；第二代采用数字技术实现，在改善语音通信质量的同时可附带低速率的数据传输服务；第三代沿用了第二代的核心技术，提高了数据传输的速度，实现了可视业务和多媒体业务。第四代将会有怎样的进步是当下关注的热点，本文将做进一步的分析。
1 第四代移动通信的概念与关键技术
至今还没有一个准确的科学的含义来定义第四代移动通信技术，我们只能从功能和所使用的技术来界定它。4G技术集3G和WLAN于一身，在提供高质量语音通信的同时实现了高速度的数据、多媒体传输，其速度比目前家用宽带速度快20倍，可以满足所有用户的无线网络服务需求；4G技术基于IP核心网具有网络融合性，可以兼容其他网络、系统实现不同网络间的无缝链接。第四代移动通信技术主要采用了以下技术。
1）正交频分复用技术（OFMD）。OFMD（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是第四代通信的核心技术，作为多载波调制技术（MCM）中的一类，其运行机制大体为：信道被划分成多个正交子信道，高速数据信号被转换成并行的低速数据流后调制在所有子信道上传输。该技术的优点为：频谱的效率高于串行系统，具有更强的抗衰力，消除了信号间的干扰适合高速数据传输。
2）智能天线技术。智能天线（Smart Antenna，SA），也被称为自适应阵列天线。SA大致由三部分构成，天线阵、波束形成算法和波束形成网络。SA通过满足一定标准的算法来调整每个元件信号的相位和加权振幅，以调整天线阵列的形状从而抑制干扰信号同时加强主体信号强度。SA还具有数字波束调节和自动追踪等智能化功能，能够有效的解决匮乏的频率资源、提高数据传输速率、扩展系统容量、保证通信质量。
3）基于全IP的核心网络。第四代移动通信技术具有一个基于全IP的核心网络，从而使不同网络之间可以做到无缝的互联互通。它的核心网络可以提供端对端的IP服务、独立于任何具体的无限接入方案从而兼容其他已有的PSTN和核心网。开放式的结构使得其核心网能够无碍的被各种空中接口接入。基于全IP后的核心网能够实现核心网络协议、链路层与无线接入方式和协议的分离。IP能够与多种无限接入协议相兼容从而提升了设计核心网络的灵活性，不再受限于选定哪种无限接入方式与协议。第四代移动通信技术采用了IPV6协议，地址长度为128位，较IPV4的地址空间增大了296倍，不会再为没有足够的地址而困扰。IPV6还支持自动控制，具有有状态和无状态两种地址自动配置方式。有状态配置机制，需要额外的服务器为DHCP协议的改进和扩展，提升了网络管理的方便性。无状态地址自动配置时需要进行地址节点配置，通过邻居发现机制获得局部连接地址，局部连接地址获得后通过即插即用机制不需要任何干预即可获得一个唯一的路由地址。IPV6还能提供高质量的服务、具有更好的安全性和移动性能。
4）软件无线电技术。软件无线电（Software Defined Radio，SDR）是一种可以将各种通信技术联系在一起的技术。其理念是尽量使数字化后的模拟信号接近于天线，使D/A和A/D转换器靠近RF前段，通过DSP技术来完成调制解调、信道分离和信道编译码等工作。软件无线电能够建立一个运行各种软件系统的平台，以此来建立多层次、多通路和多模式的无线通信，从而做到各种平台和系统间的兼容。
5）MIMO技术。MIMO（Multiple Input Multiple Out put，MIMO）通过在接收端和发射端都设置多副天线，将多接受与多发送天线相结合来提高每个用户的通信效率与质量。在天线发射功率和带宽不变的情况下，通过MIMO信道能使无线信道容量成倍增长、频谱利用率成倍提高。MIMO技术实质上是提升了系统的空间分集和空间复用能力。MIMO技术特点是能够有效的利用存在的多径传播和随机衰弱来大幅度提高传输速率，将通信系统中存在的多径衰落因素有效的转变为提升通信性能的因素，因此实现在占用有限的信号宽带的前提下大幅提升无线通信性能。
2 第四代移动通信技术的主要优势
通过对4G核心技术的分析可以总结出以下优点。
1）网络速度快。使用4G时通过移动终端下载文件的速度最快将达到100Mbps，这是使用3G网络时速度的数倍。
2）系统容量大。增大的传输频宽使得4G系统的储存量较3G系统提升了10倍之多。
3）更好的信号覆盖性能。4G具有相当于3G20多倍的信道频谱，同时支持高速可变速传输，大大的提升了信号覆盖性。
4）全球无缝漫游。全球将采用统一的第四代移动通信标准，这将各类主机、网络和媒体无缝的融合在了一起，从而做到一部移动终端在全球任何时间、地点的无碍通信。
5）更智能化。由于采用了智能的信号处理技术，第四代移动通信系统能对各种不同条件的复杂环境进行数据的接收与发送，提升了系统的适应性和灵活性。
6）更真实的影像多媒体业务。第四代移动通信技术支持150Mb/s的高清影像多媒体业务，可以实现移动终端间实时的高清的视频图像传输。
3 第四代移动通信技术的应用
第四代移动通信技术的种种优点注定了其将创造出前所未有的完美的新无限世界，它将带来许多难以想象的应用的诞生。
首先是电信行业方面的应用：移动可视电话，移动终端之间在信号覆盖范围内进行实时的视频语音通话；数据传输：语音通话的同时实现双向文件、图像、视屏传输，不限时间地点接入互联网进行高速下载和上传；移动电视，持有一台移动终端随时接入服务器播放视频音频，不受移动速度的影响。
在其他行业中的应用：移动银行，通过手机实时进行银行交易业务、获得网上金融服务；车载移动终端娱乐系统，通过车载终端在4G环境中使用导航、紧急呼叫、视频会议、联网获取娱乐资源等很多丰富多彩的车载应用。射频测量，4G所具有的高频谱带宽正好可以满足射频测量技术要求精度更高、速度更快的需求。通过4G网络还可以提供很多应急服务如灾害预警与救援等。
4 结束语
4G目前已在国内开始运营，虽然普及率还不高，但4G的诸多优点注定其将取代以往的移动通信技术。在这种趋势下，通信行业应该抓住机会，仔细分析预测第四代移动通信技术的发展趋势，大力推进其推广与发展。
参考文献
[1]王相平.IPv6技术――新一代网络技术[M].北京：电子工业出版社，2008.
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