浅谈关于移动通信的发展趋势

【摘要】：21世纪移动通信技术和市场飞速发展，在新技术和市场需求的共同作用下，未来移动通信技术将呈现以下几大趋势：网络业务数据化、分组化，移动互联网逐步形成;网络技术数字化、宽带化;网络设备智能化、小型化;应用于更高的频段，有效利用频率;移动网络的综合化、全球化、个人化;各种网络的融合;高速率、高质量、低费用。这正是第四代(4G)移动通信技术发展的方向和目标。

【关键词】：移动通信、4G、技术要求、关键技术

引言：

移动通信技术飞速发展.已经历了3个主要发展阶段。每一代的发展都是技术的突破和观念的创新。第一代起源于20纪8 O年代.主要采用模拟和频分多址(FDMA)技术。第二代(2G)起源于90年代初期.主要采用时分多址(TDMA)和码分多(CDMA)技术。第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带.不仅传输话音.还能传输高速数据，从而提供快捷方便的无线应用。但是第三代移动通信系统仍是基于地面标准不～的区域性通信系统.尽管其传输速率可高达2Mb/s。仍无法满足多媒体通信的要求.因此第四代移动通信系统(4G)的研究势在必行。

一、4G的定义及技术要求

第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络.具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力.对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统).集成不同模式的无线通信.移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容.实现广带多媒体通信.形威综合广带通信网(1BCN)，他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。其主要技术要求及特征如下：

(1) 通信速度更快

由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。专家预估，第四代移动通信系统的速度可达到10-20Mbit/s，最高可以达到100Mbit/s。

(2) 网络频谱更宽

要想使4G通信达到100Mbit/s的传输速度，通信运营商必须在3G通信网络的基础上对其进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网络的20倍。

(3) 多种业务的完整融合

个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求。4G应能集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、各种系统平台间的互联更便捷、安全，面向不同用户要求，更富有个性化。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。

(4) 智能性能更高

第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，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、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人。

(5) 兼容性能更平滑

要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G、3G平稳过渡等特点。

(6) 实现更高质量的多媒体通信

4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“多媒体移动通信”。

(7) 通信费用更加便宜

由于4G通信不仅解决了与3G的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端通信技术，因此，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易、迅速得多。同时在建设4G通信网络系统时，通信运营商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运营成本。

二、4G的关键技术

1、OFDM(正交频分复用)

OFDM技术实际上是MCM(Multi--CarrierModulation。多载波调制)的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道.将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开.这样可以减少子信道之间的相互干扰(I C I)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽.因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落.从而可以消除符号问干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分.信道均衡变得相对容易。由于OFDM技术由于具备上述特点.是对高速数据传输的一种潜在的解决方案.因此被公认为4G的核心技术之一。

2、软件无线电

软件无线电(Software Defined Radio，简称SDR).就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上.利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的”数字/模拟”转换器.尽早地完成信号的数字化.从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。

3、智能天线

智能天线是波束问没有切换的多波束或自适应阵列天线。多波束天线在一个扇区中使用多个固定波束，而在自适应阵列中，多个天线的接收信号被加权并且合成在一起使信噪比达到最大。与固定波束天线相比，天线阵列的优点是除了提供高的天线增益外.还能提供相应倍数的分集增益。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.其基本工作原理是根据信号来波的方向自适应地调整方向图.跟踪强信号，减少或抵消干扰信号。智能天线的核心是智能算法.而算法决定电路实现的复杂程度和瞬时响应速率.因此需要选择较好算法实现波束的智能控制。

4、IPv6协议

4G通信系统选择了采用基于lP的全分组的方式传送数据流.因此I PV6技术将成为下一代网络的核心协议。

(1) 巨大的地址空间

在一段可预见的时期内.它能够为所有可以想像出的网络设备提供一个全球惟一的地址。

(2) 自动控制

IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下.需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另～种即插即用的机制.在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球惟一的路由地址。

(3) 服务质量

服务质量(OoS)包含几个方面的内容。从协议的角度看.IPv6与目前的IPv4提供相同的OoS.但是IPv6的优点体现在能提供不同的服务。IPV6报头中新增加的字段“流标志”有了这个20位长的字段.在传输过程中，中国的各节点就可以识别和分开处理任何地址流。

(4)移动性

移动IPv6(MIPv6)在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。’每个移动设备设有一个固定的家乡地址(home address)，这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时.通过一个转交地址(care-of address)来提供移动节点当前的位置信息。移动设备每次改变位置，都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。

三、结束语

对于现在的人来说，未来的4G通信的确显得很神秘，不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来最复杂的技术系统。总的来说，要顺利、全面地实施4G通信，还将可能遇到一些困难。

首先，人们对未来的4G通信的需求是它的通信传输速度将会得到极大提升，从理论上说最高可达到100Mbit/s，但手机的速度将受到通信系统容量的限制。据有关行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。

其次，4G的发展还将面临极大的市场压力。有专家预测，在10年以后，2G的多媒体服务将进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上的人口使用3G，到那时，整个行业正在消化吸收第三代技术，对于4G技术的接受还需要一个逐步过渡的过程。

因此，在建设4G通信网络系统时，通信运营商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，使移动通信从3G逐步向4G过渡。

参考文献：

1、谢显忠等.基于TDD的第四代移动通信技术[M].电子工业出版社,2005;

2、宋文涛,罗汉文.移动通信[M].上海交通大学出版社,1996;

3、何林娜.数字移动通信技术[M].机械工业出版社,2004;

4、吴伟陵：移动通信中的关键技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2000;

5、丁雄：移动通信技术[M].北京：电子工业出版社，2004。