浅谈4G移动通信技术
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0328-01
引言：伴随着通信技术的快速发展，移动通信也得到了迅速的发展，目前它的应用已遍布陆、海、空三大领域。所谓移动通信即指沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的一种通信方式。它以其用户可在通信覆盖区域内任何位置、任何时间并在可移动的情况下通信，从而极大扩展了实用性，因此被广泛研究应用。目前，在移动通信领域已进行了四代技术革新。以模拟信号传输为基础的第一代一些通信即1G解决了人们的基本通话需求，所采用的蜂窝网络结构实现了频率的重复利用，满足了在有限的频率下实现广大民众通话的需求。第二代移动通信技术即2G已数字信号传输为基础，在改善通信质量、提高频率资源利用率和信道容量的同时还可以进行低速率的数据传输。第三代移动通信技术即3G在数字信号传输基础上进一步提高频率资源利用率，实现了高质量的视频宽带多媒体综合业务，同时也实现了手机上网和移动计算等。这是移动通信领域一次较大的技术革新，满足了不断发展的社会人们对通信技术的不断需求。在人们为3G通信技术取得的成果欢欣时，新一代的移动通信技术正在不断酝酿。第四代移动通信技术即4G在总结前三代技术的基础上又进一步发展，进一步提高了频率资源的利用率，同时还具有通信速度快、网络频谱宽、智能性高、兼容性好等优点，因此被迅速推广应用。目前这一技术已被应用于社会经济发展的方方面面，为经济建设提供了极大帮助。
一、4G的发展概况
4G移动通信技术是在进入二十一世纪后在前三代移动通信技术的基础上为了进一步提高传输速率等而进一步研究发展起来的。伴随着3G在2001年开始于日本和韩国投入商用后，3G业务快速发展，各个国家开始快速构建3G系统并投入使用，但由于用户对移动通信系统的数据传输速率要求越来越高，而3G系统并不能满足用户的实际需求，因此国际电信联盟（ITU）及各厂商们开始思索4G系统的研究和技术标准制定。
发展到今天，4G移动通信技术作为对3G技术的有力补偿，以其更高的数据传输率和频谱利用率，更高的安全性、智慧性和灵活性，更高的传输质量和服务质量而被广泛推广应用。虽然目前还存在网络兼容等问题，但仍会进行不断研究，使4G系统与无线接入网及IP网络不断融合，成为一个全IP的网络。
二、4G移动通信的几种关键技术
4G移动通信技术的两个主要目标是：一是实现无线通信全球覆盖，二是提供无缝的高质量业务。为此，需要研究应用各种关键性的技术来实现这一目标。目前应用的几种关键技术有正交频分复用技术、多输入多输出技术、软件无线电技术和基于IP核心网技术等。
1. 正交频分复用技术（OFDM）
这一技术实际上是多载波调制的一种。OFDM正交频分复用技术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N（通常取偶数）路并行的低速数据流，再将这N路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为N的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰（ISI）能力强。但这一技术还存在一定的缺点，主要缺点有功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。
2. 多输入多输出技术（MIMO）
MIMO多输入多输出技术采用在发射端和接收端分别设置多副发射天线和接受天线，通过多发送天线和多接收天线相结合来改善每个用户的通信质量或提高通信效率。利用MIMO信道成倍的提高无线信道容量在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍的提高。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用技术用以提高信道容量，空间分集则用以提高信道的可靠性，降低信道误码率。MIMO技术的关键是能够将传统通信系统中存在的多径衰落影响因素变成对用户通信性能有力的增强因素，有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高信息传输速率，因此它能够在不增加所占用的信号带宽的前提下使无线通信的性能改善几个数量级，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能。
3. 软件无线电技术（SDR）
软件无线电技术的基本思想是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载的方式来实现各种类型的无线电通信系统，所有体制和标准的更新，以及不同体制之间的兼营，使不同系统和平台之间的通信兼容，从而实现“无疆界网路”。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。
4. 基于IP核心网技术
4G的核心网是基于一个全IP的网路，可以实现不同网络间的无缝互联，这是4G通信技术同已有的移动网络相比具有的根本性优点。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。4G的核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网，同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入方式究竟采用何种方式和协议。
三、4G移动通信的特点
4G移动通信以其优于前三代的技术优势得到人们的普遍认可和青睐而被迅速发展应用。目前4G通信具有以下特征：（1）网络频谱更宽。相比第三代移动通信技术来说，第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，使无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。（2）通信速度更快。人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率，因此，4G通信最显着的特征就是它有更快的无线传输速率。根据研究，第四代移动通信系统的传输速率可以达到10M-20Mbps，最高可达100Mbps；（3）通信更加灵活。从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划归“电话机”的范畴，因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已，因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了，而且4G手机从外观和式样上会有更惊人的突破，眼镜、手表等任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端。
虽然4G移动通信技术有上述诸多优点，但目前仍存在标准多、技术难、容量受限及设施更新慢等多种缺陷。所以仍需不断进行研究来突破现有的技术局限，使其更好地服务于人类社会发展需求。
结语
4G作为通信技术领域的又一次重大技术革新，虽然目前还处于发展阶段，但是这一技术以其特有的优势被人们迅速认可并获得广大青睐。在人们的不断努力研究下，未来这一技术必然会不断突破现有的技术局限朝着更好的方向发展。同时，也可能会遇到新的技术难题，但任何一门创新性技术必然都是挑战与机遇共存的，相信这一技术的未来发展一定是光明的。
