淺談不同移動通信技術的優劣

閆麗莉 許海琨

摘 要：信息時代下的通信技術飛速發展，尤其是近幾年來，通信技術不斷普及和創新，人們對于更快、更有效的網絡信息的需求日益增長。從技術方面講，盡管4G條件下單用戶的容量已經接近香農限，但在多用戶條件下無線系統容量還有提升的空間。學術界提出過小波多址等新的多址方式，但是產業界對采用完全革新性的技術還持保留態度。本文從通信技術的發展階段出發，對每個階段的技術簡要分析，最后對5G通信系統展望。

關鍵詞：第四代移動通信系統；第五代移動通信系統；WLAN

移動通信技術已經實現了四個發展階段，每個發展階段都代表著科技和觀念的創新。第一代起源于20世紀80年代，主要采用模擬和頻分多址（FDMA）技術。第二代（俗稱2G通信）起源于90年代初，主要采用時多分址（TDMA）和碼多分址（CDMA）技術。第三代移動通信系統（3G）可以提供更寬的頻帶，不僅能傳輸話音，還能傳輸高速數據，從而提供更方便的快捷無線應用。然而，第三代移動通信系統仍舊基于地面標準不一的區域性通信系統，盡管其傳輸速率可高達2Mb/s，但仍無法滿足多媒體通信的需求。因此，第四代移動通訊系統（4G）應運而生。

1 4G通信技術的概念

到底什么是4G技術呢？目前，普遍描述是：4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質量視頻圖像，它的圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下。4G系統能夠以100Mb/s的速率下載，比撥號上網快2000倍，上傳的速度也能達到20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。而在用戶最為關注的價格方面，4G與固定寬帶網絡在價格方面不相上下，計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據自身的需求確定所需的服務。此外，4G覆蓋面更廣，很明顯，4G有著不可比擬的優越性。

4G與3G之間的主要區別在于終端設備的類型、網絡的拓撲結構以及構成網絡的技術類型。終端設備除了手機之外還應當包括頭戴式話機、PDA終端、膝上機、手表話機、電視機、游戲機、DVD、零售機、甚至寵物機等等。凡是人所能構想的和能夠識別IP地址的無線電收發信機。另外，4G是由多種技術組成的，包括彼此似乎不相干的技術，如Wi-Fi、超快帶無線電、便攜式電腦、軟件無線電等技術構成的高速全球通網絡。與3G手機相比，4G手機的功能更強大，應用更廣泛。4G手機智能化程度更高，通話只是最基本的功能之一，更多的功能體現在多媒體應用方面。

2 4G通信的關鍵技術

2.1 正交頻分復用（OFDM）

OFDM技術的主要思想就是在頻域內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行調制，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地分配傳輸負荷，這樣可優化總的傳輸速率。OFDM技術還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統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。

2.2 智能天線（SA）與多入多出天線（MIMO）技術

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線成形波束能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，這種技術既能改善信號質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無線收發信機來實現射頻信號的接收和發射。同時通過基帶數字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并，實現上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應方式和基于多波束的波束切換方式。

多入多出天線MIMO（Multiple-Input Multiple-output）系統，該技術最早由馬可尼于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據收發兩端無線數量，相對于普通的SISO（Single-Input Single-Output）系統，MIMO還可以包括SIMO（Single-Input Multiple-output）系統和MISO（Multiple-Input Single-Output）系統。

2.3 軟件無線電技術

軟件無線電技術是利用數字信號處理軟件實現無線功能的技術，能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現不同的業務性能。軟件無線電技術被認為是可以將不同形式的通信技術有效聯系在一起的唯一技術。在4G移動通信系統中，軟件將會變得非常繁雜。應用軟件無線電技術，一個移動終端就可以實現其在不同系統和平臺之間暢通無阻的使用。

3 4G通信技術面臨的挑戰

4G網絡幾乎是個全IP的核心網絡，這個網絡能夠接入衛星通訊系統、藍牙技術系統、2G和3G通信系統、數字音頻視頻系統、無線WALN系統等?？梢?G通信系統比3G更加復雜，功能也更加齊全，與此同時對于高新科技水平的要求也更高。雖然，4G通信系統具有很多的優勢，但也面臨著挑戰：標準難以統一、技術難以實現、容量受到限制、市場難以消化和設施難以更新。因此，5G通信系統因運而生。

4 第五代移動通信系統（5G）

第五代移動通信將提供更高素的接入速率、更寬的帶寬、更靈活的配置及組網方式。5G可能需要從2GHz～6GHz的頻段中選取2000MHz的頻譜資源。從技術方面講，在5G中，會支持多種無線技術，芯片需要支持可配置的多模方式。采用軟件無線電需支持智能無線識別配置，節約電能。天線技術上，5G將采用更多空間分集方式，天線根數和種類也更多。不同應用的天線類型不同，例如室內采用微帶天線、車聯網上可以采用陣列天線等形式，接收機需能自動識別天線類型和頻段。無線通信的增益是通過分集和復用達到的，但兩者是負相關的，即提升分集增益會降低復用增益。分集技術有多載波、多天線、協同通信，增加分集的數目可以提升分集增益。例如，增加載波的密度；增加天線數，引入極化天線；采用中繼、或終端協同收發的情況。

從組網方面講，5G的核心網將會延續扁平化的趨勢。另外，隨著云計算技術的發展，核心網與運營商的云計算中心相連，核心網設備將計算分發給分布式的云計算網絡，合并計算結果。即核心網設備具有云計算的MapReduce功能，此外，核心網還有虛擬化功能，無線接入網提交邏輯需求，核心網將邏輯需求轉換成物理單元執行?？紤]到5G時代，承載語音的GSM，承載數據的CDMA，承載多媒體的OFDM技術仍然運行，這些技術還繼續占有一定頻段；新的技術例如物聯網、遠程控制、遠程識別、人機交互等，可以說，5G接入網會成為一個具有層次結構的異構網。

從應用方面講，5G是個異構的、自組織、自適應、自配置的智能化網絡，可以承載多種不同的應用。5G的終端也是多種多樣，有嵌入在機器中的，有人隨身攜帶的，也有放置于室內或車內，有室內小基站作為中繼再接入5G網絡中。

隨著技術的發展，5G將有更廣闊的應用場景，也將為我國移動產業的發展和升級提供新的機遇。

參考文獻

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