新一代移动通信技术_4G

2009 年第 1 期 No.1,2009电力职业技术学刊2009 年第 1 期 No.1,2009电力职业技术学刊 新一代移动通信技术———4G 张 宁 （长沙电力职业技术学院信息工程系，湖南 长沙 410131） [摘 要] 4G 是多功能集成的宽带移动通信系统，具有许多关键优势，已成为移动通信领域的研究热点。文章介绍 4G 的技 术目标及国际、国内的发展现状，对 4G 的关键技术进行了分析。 [关键词] 4G;发展;关键技术 [中图分类号] TN91 [文献标识码]A [文章编号]O280（2009）01-0050-03 [收稿日期] 2008-11-25 [作者简介] 张 宁（1972- ）女，大学本科、讲师，主要研究方向：通信技术。 一、引言 几秒钟时间，就可传输一部高清晰度电影；眨一 眨眼睛的工夫，你的手机已经下载了 100 首 MP3，这 不是神话， 而是不久的将来你可能亲身体验到的事 实———实现它的就是 4G技术。 二、什么是 4G? 根据国际电信联盟的定义，4G （第四代移动通 信）技术应当满足下面两个条件：固定状态下数据传 输速度达到 1Gbps， 移动状态下数据传输速度达到 100M bps(比目前的拨号上网快 2000 倍)。 目前的移 动通信服务受传输速度所限， 无法传输高清晰度节 目 ， 但 4G 通信则可使之变为现实 ， 它集 3G 与 WLAN（无线局域网）技术于一体，能够传输高质量视 频图像， 它的图像传输质量与高清晰度电视不相上 下，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求， 运用 4G技术，用户可以收看高清晰、多频道电视，并 遥控家中的电器。 相对于第三代移动通信（3G）技术而言，4G 技术 可以实现更快的传输速度和更好的无缝 “切换”，还 可进行多媒体操作。在用户最为关注的价格方面，4G 与固定宽带网络在价格方面不相上下， 而且计费方 式更加灵活机动，甚至比目前的通信费用还要低，用 户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。 此外， 4G 可以在 DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的 地方部署，然后再扩展到整个地区。 很明显，4G有着 不可比拟的优越性。 三、4G的发展 20 世纪 90 年代早期，欧洲就开始了 4G 移动通 信系统的研究，其目标速率是 100Mbps，预期在 2012 年左右投入商用。 目前全球范围内有多个组织正在 进行 4G 系统的研究和化工作， 如 IPv6 论坛、 SDR 论坛、3GPP、 无线世界研究论坛 （TheWireless World Research Forum）、IETF（TheInternet Engineering Task Force） 和 MWIF （The MobileWireless Internet Forum）等。 同时，一些移动通信设备厂商也在进行 4G 的研发工作， 如：AT&T 已经开发了名为 4G 接 入的实验网络，NORTEL 进行了软件无线电功率放 大器技术的研究，而 HP 实验室也正在进行 4G 网络 传输多媒体内容的相关研究。 在我国，4G 移动通信技术于 2000 年初开始酝 酿，随后国家成立了由尤肖虎教授负责、由 863 计划 通信技术主题专家组领导的项目组， 这个引领我国 4G研究， 被简称为 “FuTURE 计划” 的重大项目于 2001年启动，2001年—2003年为关键技术的重点研 发攻关阶段；2003 年—2006 年为系统集成演示和示 范阶段；2006 年—2010 年为外场试验和预商用阶 段。 这项面向未来的研究计划被认为是我国“未来通 用无线环境研究计划” 的重要一环， 吸引了东南大 50· · 2009 年第 1 期 No.1,2009电力职业技术学刊2009 年第 1 期 No.1,2009电力职业技术学刊 学、北京邮电大学、清华大学、华为公司等国内多所 高校及企业，同时，中兴、华为等公司企业也加入到 了研发队伍中，甚至阿尔卡特、西门子等国际公司作 为合作伙伴也参加了 863 计划通信主题有关项目的 研究。目前，由于 4G技术前瞻性太强，企业只能投入 较少资金来研究，故我国 4G 的研究主要还是靠政府 的支持。 现阶段我国的 4G 研究成果，主要是在上海建立 的一个 4G试验网，实验系统由 3 个无线覆盖小区、6 个接入节点和 6 个移动终端组成， 并引入了世界上 最复杂的技术， 如 IPv6 核心网络、IPTV 高清晰度业 务与移动通信的切换技术等等。 这是世界上第一个 基于分布式无线网络的第四代移动通信现场实验系 统， 具有在移动环境下支持峰值速率为 100Mbps 的 无线传输及高清晰度交互式图像业务演示等功能， 外场演示和示范在世界范围内都处于领先地位。 四、4G系统的关键技术 4G 系统的关键技术包括 OFDM 技术、多用户检 测技术、智能天线技术、多入多出技术和软件无线电 技术等。 1.OFDM技术 正交频分复用是一种无线环境下的高速传输技 术，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将 高速数据信号转换成并行的低速子数据流， 调制在 每个子信道上进行传输。 OFDM有很多独特的优点： 频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高出近一倍； 抗衰落能力强；适合高速数据传输；抗码间干扰能力 强。 OFDM允许各载波间频率互相混叠，采用基于载 波频率正交的 FFT(快速傅立叶变换)调制，由于各个 载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量， 因而 能够实现各个载波的正交。 此外，不通过很多带通滤 波器来实现，而是直接在基带处理，也是 OFDM 有别 于其他系统的优点之一。 2.多用户检测技术 多用户检测(MUD)技术能够有效地消除码间干 扰，提高系统性能。 多用户检测的基本思想是把同时 占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当作 有用信号，而不是作为干扰信号处理，利用多个用户 的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单 个用户的信号， 即综合利用各种信息及信号处理手 段，对接收信号进行处理，从而达到对多用户信号的 最佳联合检测。多用户检测是 4G系统中抗干扰的关 键技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。 3.智能天线技术 智能天线(SA)具有抑制信号干扰、自动跟踪以及 数字波束调节等智能功能， 被认为是未来移动通信 的关键技术。 智能天线使用数字信号处理技术，产生 空间定向波束， 使天线主波束对准用户信号到达方 向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利 用移动用户信号并消除或抑制干扰信号之目的。 智 能天线可以提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无 线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾， 降低系统 整体造价，因而成为 4G系统的关键技术之一。 4.多入多出天线技术 MIMO(多输入多输出)是指利用多发射和多接收 天线进行空间分集的技术， 它采用的是分立式多天 线， 能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子 信道，从而大大提高系统容量。 信息论已经证明，当 不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关 时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声 性能，从而获得巨大的容量。 5.软件无线电技术 软件无线电(SDR)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， 利用软件加载方式 来实现各种类型无线电通信系统的一种具有开放式 结构的新技术。 软件无线电的核心思想是：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 可能多地使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。软件无线电在 4G中的 可能应用为： 采用软件无线电实现的基站可同时为 多个网络服务；当终端移动时，可重新配置，如当移 动终端移动到一个采用不同标准的移动系统中时， 终端可按照该系统的标准重新进行自动配置， 从而 获得系统提供的各种服务。 五、结束语 2008年 5月 23日，中国在经历建国以来最严重 的汶川大地震以后，电信重组也终于尘埃落定了。 重 组与之前盛传的五并三一致， 即铁通并入中移 动、联通 C网并入电信组成新电信、联通 G 网和网通 合并成立新网通。 重组意味着 3G 的正式发牌，即意 味着 3G将正式走入中国普通老百姓的生活。 目前， 虽然中国的老百姓尚未完全经历 3G，可能还不能够 51· · 2009 年第 1 期 No.1,2009电力职业技术学刊2009 年第 1 期 No.1,2009电力职业技术学刊 New Generation of Mobile Communication Technology ——— 4G Zhang Ning （Information Engineering Department of Changsha Electric Power Technical College,Hunan Changsha 410131） Abstract :4G is the multi -purpose integrated wide band mobile communication system, has many essential superiority, has become the mobile communication domain the research hot spot.The article introduced 4G technical objectives and international, domestic development present situation, has carried on the analysis to the 4G key technologies. Key words :4G；Development；Key technologies 理解 4G， 但国家的有关部门在密切关注 4G 的最新 进展，并积极参与有关技术的研发和标准的制定，期 望在 4G 上夺得先机。 用负责项目实施的上海的 4G 试验网项目总体组组长、 东南大学移动通信国家重 点实验室主任尤肖虎的话说就是：“如果说 1G 我们 压根儿没有自主专利，2G 是从产业末端介入，3G 是 在技术标准制定末端介入，那么 4G 研究我们则是从 起始端介入。 ” 未来的通信将无时、无处、无刻不在，所有环境 都将被无线通信系统所覆盖， 而且这些覆盖都将是 无缝的， 从一个地点移动到另一个地点之间的业务 是连续的，完全感觉不到时间上的延迟，也感觉不到 业务和网络之间的切换———相信 4G 将带给人们真 正的沟通自由！ [参考文献] [1]Maury Wright.WiMax 技术与 4G.END 电子设 计技术，2007.7. [2]郎为民.下一代网络技术原理与应用.北京机 械工业出版社，2005. [3]汪裕民.OFDM 关键技术与应用[M].北京:机械 工业出版社，2007. 52· ·