4G通信技術(shù)綜述

移動通信技術(shù)已經(jīng)歷了三個主要發(fā)展階段。每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。第一代起源于20世紀(jì)80年代，主要采用模擬和頻分多址(FDMA)技術(shù)。第二代(2G)起源于90年代初期，主要采用時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。第三代移動通信系統(tǒng)(3G)可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供快捷方便的無線應(yīng)用。然而，第三代移動通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng)，盡管其傳輸速率可高達(dá)2 Mb/s，但仍無法滿足多媒體通信的要求，因此，第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的研究隨之應(yīng)運(yùn)而生。

一、4G通信技術(shù)的概念

4G的定義到目前為止依然有待明確，它的技術(shù)參數(shù)、國際標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、乃至業(yè)務(wù)內(nèi)容均未有明確說法。

在2002年底Wi-Fi熱潮中，Wi-Fi被視作4G技術(shù)。但4G技術(shù)的提倡者認(rèn)為，4G與 Wi-Fi不同。2004年6月，市場研究公司Forrester的分析師預(yù)測，4G移動服務(wù)將是3G與WiMax結(jié)合在一起的技術(shù)。4G將提供以太網(wǎng)的接入速度（如10Mb/s）,并且通過在一部手機(jī)中把3G和WiMax技術(shù)結(jié)合在一起,提供集成無線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的服務(wù)。WiMax（或者說是802.16標(biāo)準(zhǔn)）能夠提供無線寬帶網(wǎng)服務(wù)，最遠(yuǎn)距離可達(dá)30英里，速率大約是10 Mb/s。在2004年富士通發(fā)布的白皮書中，將WiMAX指為“4G”無線技術(shù)。

另外，也有很多專家對LAS-CDMA十分看好，認(rèn)為LAS-CDMA代表著4G水平。

4G到底是什么樣的技術(shù)呢？目前普遍描述如下：

4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mb/s的速率下載，比目前的撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。

4G與3G之間的主要區(qū)別在于終端設(shè)備的類型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)以及構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)類型。終端設(shè)備除了手機(jī)之外應(yīng)當(dāng)包括頭戴式話機(jī)、PDA終端、膝上機(jī)、手表式話機(jī)、電視機(jī)、游戲機(jī)、DVD、零售機(jī)，甚至寵物機(jī)等等，凡是人所能構(gòu)想的和能夠識別IP地址的無線電收發(fā)信機(jī)。其次，4G是由多種技術(shù)組成的，包括彼此似乎不相干的技術(shù)，如Wi-Fi、超寬帶無線電、便攜式電腦、軟件無線電等技術(shù)構(gòu)成的高速全球通網(wǎng)絡(luò)。

與3G手機(jī)相比，4G手機(jī)的功能更強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。4G手機(jī)智能化程度更高，通話只是最最基本的功能之一，更多的功能體現(xiàn)在多媒體應(yīng)用方面。

二、4G通信的關(guān)鍵技術(shù)

1.正交頻分復(fù)用（OFDM）

OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負(fù)荷，這樣可優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統(tǒng)中由于各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。

移動通信信道的突出特點(diǎn)之一就是信道存在多徑時延擴(kuò)展，它限制了數(shù)據(jù)速率的提高，因?yàn)槿绻麛?shù)據(jù)速率高于信道的相關(guān)帶寬，信號將產(chǎn)生嚴(yán)重失真，信號傳輸質(zhì)量大幅度下降。而OFDM技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，是對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N潛在的解決方案，在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM等多址方式中，OFDM是4G系統(tǒng)最為合適的多址方案，因此，OFDM技術(shù)已基本被公認(rèn)為4G的核心技術(shù)之一。

OFDM技術(shù)主要的技術(shù)難點(diǎn)是系統(tǒng)中的頻率和時間同步，基于導(dǎo)頻符號輔助的信道估計(jì)，峰平比問題和多普勒頻偏的影響，以及基于OFDM、多載波技術(shù)的新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的多址方案的研究。

2.智能天線(SA)與多入多出天線(MIMO)技術(shù)

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相關(guān)無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。