4G移動通信系統(tǒng)的主要特點和關(guān)鍵技術(shù)

1、引言

隨著人們對移動通信系統(tǒng)的各種需求與日俱增，目前投入商用的2G、2.5G系統(tǒng)和部分投入商用的3G系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，許多國家已經(jīng)投入到對4G移動通信系統(tǒng)的研究和開發(fā)中。本文將概要介紹4G移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù)特點，并討論4G系統(tǒng)中可能采用的有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

2、4G移動通信系統(tǒng)的主要特點

與3G相比，4G移動通信系統(tǒng)的技術(shù)有許多超越之處，其特點主要有：

(1)高速率。對于大范圍高速移動用戶(250km/h)，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s；對于中速移動用戶(60km/h)，數(shù)據(jù)速率為20Mb/s；對于低速移動用戶(室內(nèi)或步行者)，數(shù)據(jù)速率為100Mb/s。

(2)以數(shù)字寬帶技術(shù)為主。在4G移動通信系統(tǒng)中，信號以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區(qū)也會相應(yīng)小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時也會引起系列技術(shù)上的難題。

(3)良好的兼容性。4G移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，讓所有移動通信運營商的用戶享受共同的4G服務(wù)，真正實現(xiàn)一部手機(jī)在全球的任何地點都能進(jìn)行通信。

(4)較強(qiáng)的靈活性。4G移動通信系統(tǒng)采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配，能對通信過程中不斷變化的業(yè)務(wù)流大小進(jìn)行相應(yīng)處理而滿足通信要求，采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行信號的正常發(fā)送與接收，有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。

(5)多類型用戶共存。4G移動通信系統(tǒng)能根據(jù)動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和變化的信道條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，使低速與高速的用戶以及各種各樣的用戶設(shè)備能夠共存與互通，從而滿足系統(tǒng)多類型用戶的需求。

(6)多種業(yè)務(wù)的融合。4G移動通信系統(tǒng)支持更豐富的移動業(yè)務(wù)，包括高清晰度圖像業(yè)務(wù)、會議電視、虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)等，使用戶在任何地方都可以獲得任何所需的信息服務(wù)。將個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等行業(yè)結(jié)合成一個整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。

(7)先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用。4G移動通信系統(tǒng)以幾項突破性技術(shù)為基礎(chǔ)，如：OFDM多址接入方式、智能天線和空時編碼技術(shù)、無線鏈路增強(qiáng)技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高性能的收發(fā)信機(jī)和多用戶檢測技術(shù)等。

(8)高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。4G移動通信系統(tǒng)是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，擁有對結(jié)構(gòu)的自我管理能力，以滿足用戶在業(yè)務(wù)和容量方面不斷變化的需求。

3、4G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

為了適應(yīng)移動通信用戶日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，具體實現(xiàn)4G系統(tǒng)較3G的優(yōu)越之處，4G移動通信系統(tǒng)將主要采用以下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)接入方式和多址方案

OFDM(正交頻分復(fù)用)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。盡管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM技術(shù)的優(yōu)點是可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。OFDM的主要缺點是功率效率不高。

(2)調(diào)制與編碼技術(shù)

4G移動通信系統(tǒng)采用新的調(diào)制技術(shù)，如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)等調(diào)制方式，以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。4G移動通信系統(tǒng)采用更高級的信道編碼方案(如Turbo碼、級連碼和LDPC等)、自動重發(fā)請求(ARQ)技術(shù)和分集接收技術(shù)等，從而在低Eb/N0條件下保證系統(tǒng)足夠的性能。

(3)高性能的接收機(jī)

4G移動通信系統(tǒng)對接收機(jī)提出了很高的要求。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實現(xiàn)容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以計算出，對于3G系統(tǒng)如果信道帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s，所需的SNR為l.2dB；而對于4G系統(tǒng)，要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數(shù)據(jù)，則所需要的SNR為12dB�？梢妼τ�4G系統(tǒng)，由于速率很高，對接收機(jī)的性能要求也要高得多。