基于4G的移动通信网络的研究与展望

基于4G的移动通信网络的研究与展望

作者：刘文娅

来源：《电脑知识与技术》2013年第17期

摘要：在3G移动通信系统开展应用的同时，关于4G移动通信系统的研究已全面展开。通过对未来移动通信发展方向的阐述，引入4G移动通信系统的产生背景以及4G技术特点，介绍了4G移动通信系统的网络架构及其关键技术，最后对第四代移动通信系统的发展方向进行了展望。

关键词：4G；网络结构；关键技术

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）17-3941-02

第四代移动通信标准将比第三代标准可提供更多功能，提供更高的传送速率。南京邮电大学校长杨震就指出云计算、物联网、大数据以及各类网络信息的应用引致的信息消费有可能成为新一轮拉动经济的热点。目前的技术应更多关注4G 通信终端产品，它也将逐步深入到人们的日常工作和生活中，根本改变人们的工作和生活方式。 1 4G概述

1.1 未来移动通信发展的方向

随着用户需求的不断增多，在未来的移动通信发展中，无线资源将会越来越显得紧缺。为了满足用户不断提高的要求，移动通信领域必须给出对应的解决方案。用户的这些需求主要体现在技术的三个方面，即可靠性、有效性和安全性。

在未来的无线通信领域里，通信环境可能非常复杂，终端移动速度在变，传输数据速率在变，网络拓扑结构在变等。因此，在4G移动通信系统中，需要从上述三个方面考虑和设计。 1.2 4G的产生背景

尽管目前对3G技术的研究比较成熟，其各种标准和规范已达成协议，并已开始商用，但3G技术仍存在一些不足之处：（1）缺乏全球统一标准；（2）3G所运用的语音交换架构仍继承了2G的电路交换，而不是全IP形式；（3）由于3G采用CDMA技术，很难达到较高的通信速率，不能满足用户对高速多媒体业务的需求；（4）由于3G空中接口标准对核心网有所限制，因此3G很难提供具有多种QoS及性能的多速率业务；（5）由于3G采用不同频段的不同业务环境，需要MT配置有相应不同的软、硬件模块，而3G MT目前还不能够实现多业务环境的不同配置，因此也就无法实现不同频段的不同业务环境间的无缝漫游。所有这些局限性推动了人们对下一代移动通信系统——4G的探索与研究。

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1.3 4G移动通信技术的基本特征

尽管4G暂处在研究的初级阶段，而ITU、WWRF和3GPP已开始研究4G系统及其标准化工作。4G移动通信网络将基于多层蜂窝结构，通过多个无线接口，由多个业务提供者和众多网络运营商提供多媒体业务。因此，4G移动通信技术将具备如下特征：多种业务的完整融合、高速移动中不同系统间的无缝连接、各种用户设备便捷地入网、独立的软件平台、通信速度更快、网络频谱更宽、智能性能更好、通信费用更低等。 2 4G网络的基本结构和关键技术

4G移动通信网络将首次采用全IP无线网络协议和分布式控制方式，为无线接入网的可靠性带来了新的解决方案。在该系统中，核心网和无线接入网是紧密结合在一起的，不向以前各成系统。网络结构如图1所示，核心网络作为一种统一的网络，支持有线及无线的接入，它就向具有移动管理功能的固定网络，其接入点可以是有线或无线，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、WLAN等。不论何种接入方式，均具有统一的信令结构，格式可以是ATM信元，也可以是IP分组。

4G移动通信网络采用的关键技术可以归纳为以下几个方面： 1） 定位技术

在4G移动通信系统中，要对MT进行定位和跟踪，实现MT在不同系统或平台间的无缝连接，保证高速率和高质量移动通信。 2） 切换技术

在4G移动通信系统中，切换技术的适用范围更广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。

3） 软件无线电技术

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（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。而在4G移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂，因此，采用软件无线电技术，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。 4） 智能天线技术

智能天线被认为是未来移动通信的关键技术，具有自动跟踪信号、抑制噪声以及数字波束调节等智能功能，该技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

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5） 光纤中的无线电传输技术

利用光纤传输无线电信号，与其他的传输媒介相比，损耗比较小。还可以用光纤传输包含多种业务的高频（60GHz）无线电信号。因此，利用光纤传输无线电信号已成为现阶段研究的一大热点。 6） 网络协议

4G移动网络包含许多类型的通信网络，采用以软件连接和控制为主的方法进行网络互连。因此，无线接口协议是4G移动通信网络的关键技术之一。 7） 调制和信号传输技术

为了克服在高频段面临的严重选频衰落、保证频谱利用率、延长用户终端电池的寿命，4G移动通信系统采用了新的调制技术（如多载波OFDM调制技术以及单载波自适应均衡技术等）。

3 4G的展望

4G移动通信技术实现了任何人在任何时候和任何地点都能和任何人进行任何方式的通信，但是要顺利全面的实施4G通信，还将遇到许多难题：（1）理论上，4G的通信传输速度最高可以达到100Mbit/s，但手机的速度在通信中会受到系统容量的限制。因此，4G手机很难达到理论的最高值。（2）4G的发展还面临极大的压力。有专家预测，现阶段3G技术蓬勃发展，即使10年后对于4G技术的接受还是需要一个漫长的过程。

尽管4G系统的发展道路非常坎坷，但是随着新技术和新需求的不断出现，4G必然会成为未来移动通信领域的主导，让未来的通信前景更加美好。 参考文献：

[1] 孙友伟，张晓燕，畅志贤等.现代移动通信网络技术[M].北京：人民邮电出版社，2012. [2] 高娟.无线通信技术最终将迈向4G网络时代[EB/OL].北京：通信世界网，2009. [3] 杨震.宽带中国与4G移动通信展望[J].中兴通讯技术，2013（1）.