论文部分内容阅读
摘要：随着国家经济水平的持续增长，通信行业也随之得到发展，4G通信技术是在前三代基础上发展起來的，为了不断满足用户需要，在通信质量、通信速度、设备智能化和通信频段上都有了很大程度上的提高，从而赢得了市场的青睐并且得到了广泛的应用。从目前移动通信技术的总体发展来看，与市场的结合已经得到实现了，并且成为当代通信领域中发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。以市场需求为导向，适应移动数据、移动计算和移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起。本文简单论述4G通信技术的定义，同时对4G移动通信的技术要点进行简单论述，希望第四代移动通信技术能迎来大面积的应用【1】。
关键词：论 4G通信 工程 技术 要点
中图分类号：TN91文献标识码： A
引言
4G因为其拥有超高数据传输速度，被中国物联网校企联盟评为机器间当之无愧的“高速对话”。人们呼吁移动通信标准的统一，期待通过第四代移动通信标准的来制定解决兼容问题。部分人称4G是通讯的系统，可以集合、利用不一样的无线通讯模式，无论是蓝牙还是局域网或是室内网络、蜂窝信号以及卫星通信，4G的移动用户都能够自由的切换使用。
一、 4G通信技术的定义
当前，在通信行业内对4G移动通信技术还没有达成一致的科学定义，普遍是依靠功能性描述作为4G移动通信技术的界定，4G移动通信技术首先能够实现在任何地点和时间以合适的方式毫无障碍地连接到通信网络；其次，4G移动通信用户具有选择业务、应用和网络的自由；其三，4G移动通信技术能够实现移动电子商务的综合性业务；最后，4G移动通信技术能够适应其他网络、体系和系统，开展互联网的业务。
4G的性能指标：
（1）数据速率从2Mbps到100Mpbs；
（2）容量达到第3代系统的5～10倍,传输质量跟第三代系统差不多，有时甚至比第三代系统还要优良。广带局域网应该要与宽带综合业务数据网(B-ISDN)和异步传送模式(ATM)兼容,实现广带多媒体通信,形成综合广带通信网；
（3）条件一样的时候，小区覆盖范围等于或大于第三代系统；
（4）具有不同速率间的自动切换能力,得以确保通信质量；
（5）网络的每比特成本要比第三代低。
二、 4G的技术要点分析
（1）0FDM（正交频分复用）技术：OFDM技术是把信道分为若干正交子信道，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技术具有频谱利用率高的优点，其频谱效率比串行系统高近一倍；OFDM技术抗衰落能力强，OFDM通过多子载波传输提高了对脉冲噪声的抵抗并且降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技术适合高速数据传输，使用自适应调制机制改变调制方法、信道和加载算法，增强信息传送的速率；OFDM技术抗码间干扰能力强，用循环前缀的方式对抗码间的干扰。
（2）SDR（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通用硬件平台,利用软件加载方式对各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术进行实现。中心思想是使宽带模数转换器(A/D)和数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽量多使用软件对无线功能进行定义。其软件系统包括各类无线信令规则和处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要关乎于数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等[2] 。
(3)SA（智能天线）技术：智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。SA具有抑制信号干扰、自动跟踪和数字波束调节等功能,是4G移动通信技术的关键技术。智能天线成形波束可以在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,就是能改善信号质量又可以增加传输容量。它的基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发,同一时间通过基带数字信号处理器,对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形。
(4) MIMO (多输入多输出)技术：多输入多输出技术(MIM0)是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线,充分利用空间传播中的多径分量,在同一频带上使用多个子信道发射信号,使容量随着天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两种类别。在分集技术和信道编码技术的空时码的基础上可以获得高的编码增益和分集增益,已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率,且其空间分集可显著改善无线信道的性能,提高无线系统的容量和覆盖范围。
(5) 基于IP的核心网：4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。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。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。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究竟采用何种方式和协议。在4G通信系统中将取代IPv4协议,主要采用全分组方式IPv6技术,IPv6具有巨大的网络地址的空间方便为通信网络的所有设置提供一个全球唯一的地址；IPv6方便实现自动配置，获得一个全球唯一的路由地址；IPv6服务质量高于传统的IPv4，便于形成基于服务级别的系统；IPv6具有移动性，移动通信设备应用IPv6技术可以实现位置变化时通信质量不变。
(6)高性能的接收机：4G移动通信系统对接收机的要求非常高。Shannon定理给出的在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以算出，对于4G系统，在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，SNR的要求必须是12dB。由此得出4G系统由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。
(7)切换技术：MDHO（宏分集切换）和F基站S（快速基站切换）。移动台可以通过当前的服务基站广播的消息获得相邻小区的信息，或者通过请求分配扫描间隔或者是睡眠间隔来对邻近的基站进行扫描和测距的方式获得相邻小区信息，对其评估，寻找潜在的目标小区。切换不仅可以由终端决策发起也可以由基站决策发起。在进行快速基站切换（F基站S）时，终端只和Anchor基站进行通信；所谓快速是指不用执行HO过程中的步骤就可以完成从一个Anchor基站到另一个Anchor基站的切换。支持F基站S对于终端和基站来说是可选的。进行宏分集切换（MDHO）时，终端可以同时在多个基站之间发送和接收数据，这样可以获得分集合并增益以改善信号质量。是否支持MDHO对于终端和基站来说是可选的。
三、 结语
随着移动通信技术的不断发展，第四代移动通信技术4G的出现，被广大群众认为是有史以来最复杂的技术系统。虽然给移动通信业务带来了新机，但是要顺利且全面地实施4G通信，还是会在发展上面临极大的市场压力。人们对未来4G通信的需求是希望它的通信传输速度能够得到很大的提升，从理论上说可高达100Mbit/s，但手机的速度将受到通信系统容量的限制。据有关行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。其不仅有比较高的通信效率，在不同环境业务无缝漫游和提供更多服务方面也能得到实现，4G的智能性和覆盖性也比较好。相信4G技术能很好的满足人们的实际需求[2]。
参考文献
[1]刘伟,丁志杰.4G移动通信系统研究进展与关键技术.中国数据通信
[2]姚克玮.4G通信技术的简析与探讨[J].硅谷,2011.(17).
关键词：论 4G通信 工程 技术 要点
中图分类号：TN91文献标识码： A
引言
4G因为其拥有超高数据传输速度，被中国物联网校企联盟评为机器间当之无愧的“高速对话”。人们呼吁移动通信标准的统一，期待通过第四代移动通信标准的来制定解决兼容问题。部分人称4G是通讯的系统，可以集合、利用不一样的无线通讯模式，无论是蓝牙还是局域网或是室内网络、蜂窝信号以及卫星通信，4G的移动用户都能够自由的切换使用。
一、 4G通信技术的定义
当前，在通信行业内对4G移动通信技术还没有达成一致的科学定义，普遍是依靠功能性描述作为4G移动通信技术的界定，4G移动通信技术首先能够实现在任何地点和时间以合适的方式毫无障碍地连接到通信网络；其次，4G移动通信用户具有选择业务、应用和网络的自由；其三，4G移动通信技术能够实现移动电子商务的综合性业务；最后，4G移动通信技术能够适应其他网络、体系和系统，开展互联网的业务。
4G的性能指标：
（1）数据速率从2Mbps到100Mpbs；
（2）容量达到第3代系统的5～10倍,传输质量跟第三代系统差不多，有时甚至比第三代系统还要优良。广带局域网应该要与宽带综合业务数据网(B-ISDN)和异步传送模式(ATM)兼容,实现广带多媒体通信,形成综合广带通信网；
（3）条件一样的时候，小区覆盖范围等于或大于第三代系统；
（4）具有不同速率间的自动切换能力,得以确保通信质量；
（5）网络的每比特成本要比第三代低。
二、 4G的技术要点分析
（1）0FDM（正交频分复用）技术：OFDM技术是把信道分为若干正交子信道，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技术具有频谱利用率高的优点，其频谱效率比串行系统高近一倍；OFDM技术抗衰落能力强，OFDM通过多子载波传输提高了对脉冲噪声的抵抗并且降低了通信信道快衰落的可能；OFDM技术适合高速数据传输，使用自适应调制机制改变调制方法、信道和加载算法，增强信息传送的速率；OFDM技术抗码间干扰能力强，用循环前缀的方式对抗码间的干扰。
（2）SDR（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通用硬件平台,利用软件加载方式对各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术进行实现。中心思想是使宽带模数转换器(A/D)和数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽量多使用软件对无线功能进行定义。其软件系统包括各类无线信令规则和处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要关乎于数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等[2] 。
(3)SA（智能天线）技术：智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。SA具有抑制信号干扰、自动跟踪和数字波束调节等功能,是4G移动通信技术的关键技术。智能天线成形波束可以在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,就是能改善信号质量又可以增加传输容量。它的基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发,同一时间通过基带数字信号处理器,对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形。
(4) MIMO (多输入多输出)技术：多输入多输出技术(MIM0)是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线,充分利用空间传播中的多径分量,在同一频带上使用多个子信道发射信号,使容量随着天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两种类别。在分集技术和信道编码技术的空时码的基础上可以获得高的编码增益和分集增益,已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率,且其空间分集可显著改善无线信道的性能,提高无线系统的容量和覆盖范围。
(5) 基于IP的核心网：4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。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。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。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究竟采用何种方式和协议。在4G通信系统中将取代IPv4协议,主要采用全分组方式IPv6技术,IPv6具有巨大的网络地址的空间方便为通信网络的所有设置提供一个全球唯一的地址；IPv6方便实现自动配置，获得一个全球唯一的路由地址；IPv6服务质量高于传统的IPv4，便于形成基于服务级别的系统；IPv6具有移动性，移动通信设备应用IPv6技术可以实现位置变化时通信质量不变。
(6)高性能的接收机：4G移动通信系统对接收机的要求非常高。Shannon定理给出的在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以算出，对于4G系统，在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，SNR的要求必须是12dB。由此得出4G系统由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。
(7)切换技术：MDHO（宏分集切换）和F基站S（快速基站切换）。移动台可以通过当前的服务基站广播的消息获得相邻小区的信息，或者通过请求分配扫描间隔或者是睡眠间隔来对邻近的基站进行扫描和测距的方式获得相邻小区信息，对其评估，寻找潜在的目标小区。切换不仅可以由终端决策发起也可以由基站决策发起。在进行快速基站切换（F基站S）时，终端只和Anchor基站进行通信；所谓快速是指不用执行HO过程中的步骤就可以完成从一个Anchor基站到另一个Anchor基站的切换。支持F基站S对于终端和基站来说是可选的。进行宏分集切换（MDHO）时，终端可以同时在多个基站之间发送和接收数据，这样可以获得分集合并增益以改善信号质量。是否支持MDHO对于终端和基站来说是可选的。
三、 结语
随着移动通信技术的不断发展，第四代移动通信技术4G的出现，被广大群众认为是有史以来最复杂的技术系统。虽然给移动通信业务带来了新机，但是要顺利且全面地实施4G通信，还是会在发展上面临极大的市场压力。人们对未来4G通信的需求是希望它的通信传输速度能够得到很大的提升，从理论上说可高达100Mbit/s，但手机的速度将受到通信系统容量的限制。据有关行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。其不仅有比较高的通信效率，在不同环境业务无缝漫游和提供更多服务方面也能得到实现，4G的智能性和覆盖性也比较好。相信4G技术能很好的满足人们的实际需求[2]。
参考文献
[1]刘伟,丁志杰.4G移动通信系统研究进展与关键技术.中国数据通信
[2]姚克玮.4G通信技术的简析与探讨[J].硅谷,2011.(17).