4G移动通信技术探讨论文

LTE的全名是3GPP长期演进（LongTermEvolution），能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率，支持100Km半径的小区覆盖。英国沃达丰、日本NTTDoCoMo、美国AT&T和Verizon等世界最主要电信运营商已经决定采用LTE技术，近期中国移动、中国电信的加入，将大力推动LTE技术的发展。

WiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，能提供最高接入速度是70Mbitps，其信号传输半径可以达到50公里，刚好弥补了WiFi、3G的不足。WiMAX不仅在北美、欧洲迅猛发展，而且这股热浪已经推进到亚洲。

用户对互联网的速率要求越来越高，目前韩国达20.4Mbitps,日本达15.8Mbitps,瑞典达成2.8Mbitps。为了适应通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，4G移动通信系统不管是采用WiMAX技术还是采用LTE技术，与3G相比，4G将是以数字宽带为主的高度自组织、自适应的网络，其特点主要有：高速率、良好的兼营性、多类型用户共存、多种业务的融合、多种先进的技术应用。

4G移动通信系统的关键技术：

(1)OFDM正交频分复用技术

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技术的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。

(2)MIMO技术

MIMO（多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，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

软件无线电是美国MTLTRE公司于1992年明确提出的，其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，都可以通过适当的软件来完成。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。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。

(4)智能天线技术

智能天线（SA）原名自适应天线阵列，由多个天线单元组成，每个天线后面接一个加权器，经过加权器处理以后的信号，最后用相加器进行合并。智能天线具有抑制信号干扰、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。智能天线应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的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

(5)调制与编码技术

4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够的性能。

(6)高性能的接收机

4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon定理给出了在带宽为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，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需的SNR为l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。

(7)全IP技术

4G移动通信系统应该是一个全IP的网络，全IP网络节约成本，提高可扩展性，灵活性，并使网络运行更有效率，可支持IPv6，解决IP地址不足并能实现移动IP。同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：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。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)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究竟采用何种方式和协议。

(8)多用户检测技术

多用户检测是WCDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为WCDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。

（9）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。切换既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，终端只与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。

（10）睡眠模式

终端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。Sleep模式的目的在于减少终端的能量消耗并降低对Serving基站空中资源的使用。Sleep模式是终端在预先协商的指定周期内暂时中止Serving基站服务的一种状态。从Serving基站的角度观察，处于这种状态下的终端处于不可用（unavailability）状态。Idle模式为终端提供了一种比Sleep模式更为省电的工作模式，在进入Idle模式后，终端只是在离散的间隔，周期性地接收下行广播数据（包括寻呼消息和M基站业务），并且在穿越多个基站的移动过程中，不需要进行切换和网络重新进入的过程。Idle模式与Sleep模式的区别在于：Idle模式下终端没有任何连接，包括管理连接，而Sleep模式下终端有管理连接，也可能存在业务连接；Idle模式下终端跨越基站时不需要进行切换，Sleep模式下终端跨越基站需要进行切换，所以Idle模式下终端和基站的开销都比Sleep小；Idle模式下终端定期向系统登记位置，Sleep模式下终端始终和基站保持联系，不用登记。

在不同的4G移动通信系统中将采用的不同的新技术组合，并且以上的新技术正在不断的发展完善中，特别是目前的4G标准未确定，处于研究开发和完善阶段，成熟期预计要三到五年或更长。但可以肯定的是，随着移动互联网高速发展，新技术将随着4G也会继续高速发展，4G将会是多功能集成的宽带移动通信系统，是满足未来市场需求的新一代的移动通信系统。