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浅谈4G通信系统及其关键技术

作者：郑丹旸 祁惠梅

来源：《中国科技博览》2017年第22期

[摘 要]4G移动通信技术能够提供更为快捷的传输速度、更为稳定的传输效率、更优质的通话质量和高强的保密性等，为人们提供更为人性化的用户体验。4G通信系统在3G通信系统的基础上，弥补了其中存在的不足，同时也符合了通信系统的发展趋势。本文对4G通信系统及其关键技术进行了探讨。

[关键词]4G通信系统；优势；关键技术

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0142-01 4G移动通信技术是通信历史上很重要的一次技术革命，它能够提供更为快捷的传输速度、更为稳定的传输效率、更优质的通话质量和高强的保密性等，将为人们提供更为人性化的用户体验。随着人们对技术更新和功能体验要求的提高，4G移动通信技术会越来越成为通信领域研究的重点。 一、4G通信系统概述

在当前社会经济发展的过程中，通信系统的发展已经成为人们生活中的重要组成部分，4G通信系统的发展，在推动通信系统的同时，还推动了社会的发展。与3G通信系统不同的是，4G通信系统在3G通信系统的基础上，弥补了其存在的不足，同时也符合通信系统的发展趋势。

传统的3G技术不能够很好地支持无线多媒体业务，同时网络也不够智能化。正是由于3G技术存在着这样的技术难题，4G技术应运而生。4G无线网络与其他移动网络相比，能够在连接的过程中，不受时间、空间的限制，及时的与其他网络相连接。与其他网络连接不同的是，核心网在独立使用的过程中，主要以无线接入为主，在提供端到端IP业务的同时，还能与已有的核心网与PSTN相兼容。其次，在整个核心网使用的过程中，基于核心网特有的开放性结构，能够允许各种空中接口接入核心网中，同时将这些业务、控制及传输等分开。最后，在使用IP之后，所采用的无线接人方式和协议与核心网协议，IP网络能够与多种无线接人协议兼容，不需要考虑究竟采用何种方式接入核心网。

4G网络的工作原理，主要是将移动用户与线以后的互联网相连接，在体现出移动用户移动性的优势时，还能通过IP协议为其提供强大的移动管理功能及支持跨越区域的切换与无缝漫游的能力。在当前所使用的4G网络工作原理中，IPV6结合着移动IP中的相关优势，其工作理念与网络上使用的MSISDN及MSRN相同。移动终端在离开固定的地区时，网络中的自

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动设置会选择一个路由器作为该地区的代理，并将该用户的所在位置进行转交。在实现固定地点与移动地点相沟通的同时，还能有效的利用资源，避免不必要的资源浪费。 二、4G通信系统的优势

（1）性能更好。在以往的3G通信系统中，基于3G自身的特性，无法通过无线网络为广大用户提供丰富的多媒体内容。与之不同的是，4G通信技术在使用的过程中，能够满足人们对通信技术的使用要求，在为广大用户提供高清、优质的视频时，还能在原有的基础上支持最高速率达100Mbps的无线下载，真正实现了通信网络化、智能化。

（2）智能性更高。4G通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，例如对菜单和滚动操作的依赖程度将大大降低，更重要的是4G手机可以实现许多难以想象的功能。例如4G手机将能根据环境、时间以及其他设定的因素适时提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什么事；4G手机可以被看做一台手提电视，用来看体育比赛之类的各种现场直播。

（3）实现终端多样化。3G通信系统在运行使用过程中，很难在不同的网络间进行漫游与相互操作。而用户在使用通信系统时，急需一个能够提供全球移动和便捷服务的全球标准。4G移动通信系统在使用的过程中，彻底打破了传统的服务网络单一性，能够在3G的基础上实现全球统一标准，在具备全球漫游、接口开放的同时，还能在原有的基础上与多种网络相连，实现终端多样化。

（4）网络更稳定。在3G通信系统使用的过程中，广域网是其实现通信功能的主要依据。面对当前混合网络的发展，在人口密集的地区能够顺利的使用无线LAN技术，而在郊区及偏远的农村地区，则很难使用蜂窝网等技术来实现全面无缝网络的覆盖。在当前4G通信系统使用的时代，基于4G通信系统的优势，高度自治、自适应的网络具有很好的重构性、可变性和自组织性等，以确保移动用户在任何时候任何地点都能与高速网络相连。 三、4G通信系统的关键技术

4G通信系统具有比3G更加优良的性能，因此是一个远比3G复杂的通信系统。4G通信系统采用的关键技术主要有：

（1）MIMO技术。MIMO技术，是在信号的接收端与发射端使用多副天线，以此来对空间传播的多径分量进行有效的运用可以在一个屏带上通过多个不同的子信道来对信号进行发射，其容量随着天线数量的变化而变化。MIMO技术可以有效的加强无线系统的容量以及信号覆盖的范围，并可以通过空间分集的方式来对无线信道的性能进行有效的改善，达到加强频谱利用率的效果。

（2）软件无线电技术。软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线功能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能。其核心技术是用宽频带

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的无线接收机来代替原来的窄带接收机，并将宽带的模拟/数字、数字/模拟变换器尽可能靠近天线，从而使通信电台的功能尽可能多地采用可编程软件来实现。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。

（3）多用户检测技术。多用户检测技术是将同时占用某个信号的部分用户或者全部用户的信号当做有用信号，通过不同用户的时间、相位、码元以及信号的幅度等信息来对单个信号进行联合检测。多用户检测技术是在传统的检测技术基础上进行不断的更新与完善，对造成多址干扰的用户信号进行有效的检测，这种方式可以对信号的抗干扰性与抗远近效应进行提升，也可以将系统对功率控制的精度进行减少，从而达到对链路频谱资源有效的利用，从根本上提高4G通信系统的容量。

（4）智能天线技术。智能天线技术，也被称为自适应天线阵列，主要是通过空时多址思维技术来进行，对信号在传输上存在的差异进行充分的利用，将同码道、同频率以及同时隙的信号进行有效的区分，通过动态的方式来将信号的覆盖区域进行改变，将主波束与用户的方向对准，将零陷与旁瓣与干扰信号的方向进行对准，对用户进行自动跟踪，并对周边的信号状况进行有效的监测，为不同用户提供优质的上、下行链路信号，以此来达到抑制干扰的效果，并对有效信号进行准确的提取。

（5）定位技术。定位技术是4G通信技术中的重要环节，在4G通信的系统中，移动的终端并不仅是在一个系统间进行移动，想要对移动终端的不同移动平台进行有效的连接，提高信号的质量与效率，就应该对移动终端进行定位与跟踪，以此来达到移动终端对信号的要求。现阶段，移动4G中的定位技术主要有混合定位、移动终端的定位以及移动网络的定位。 综上所述，4G移动通信系统的研发是时代发展的必然结果，其关键技术更是有着巨大的应用潜力，不仅能够极大的满足人们的通信需求，对于通信技术的长远发展更是起到了极其重要的推动作用，在一定程度上推动了社会的发展与进步。 参考文献

[1]江雁；4G通行技术的优势及发展之路[J]；中国新通信；2015年21期 [2]胡德清；王珺玺；4G技术的应用现状及前景[J]；电子制作；2016年01期 备注

本文第二作者祁惠梅为郑州大学信息工程学院教师。