移动通信4G网络的系统结构与关键技术

摘　要：

摘　要：在科技发展的带动下，移动通信技术得到了迅猛发展，已经逐渐成为通信领域最具发展潜力和市场前景的技术。随着4G通信技术的问世，移动通信也再一次实现了飞跃性的发展和变革。本文结合4G移动通信网络的特点，对其系统结构和关键技术进行了详细分析。

关键词：

关键词：移动通信　4G网络　系统结构　关键技术

目前，4G技术就是一种超高速的无线网络，可以不依靠电缆而直接建立起来的信息高速公路。简单来说，4G移动通信就是具备2M以上数据传输能力，能够对全速的移动用户提供高质量、高速率的影像服务，可以实现三维图像高效传输的通信技术。4G技术是在3G技术的基础上发展起来的，而相比于3G技术，具有更加优越的性能。

1　4G移动通信网络的特点

　　与现有的3G网络相比，4G移动通信网络的特点主要包括：速度快，理论上可以达到100Mbps，为3G网络的50倍；兼容性强，在全球范围内实现了通信标准的统一，能够实现各类计算机和网络之间的无缝连接；通信灵活，不再局限于移动电话，从理论上讲，任何物品都可能成为4G通信的终端；多业务融合，4G通信的业务不仅包括了3G通信支持的各种业务，还增加了高质量图像传输、虚拟现实业务等新业务，为用户提供更加优质全面的服务。

2　4G移动通信网络的系统结构

　　2.1　无缝网络结构

　　相比于3G通信网络而言，4G移动通信网络的特征，是实现不同接入技术到不同有线系统之间的水平通信。在当前的技术条件下，新的接入系统要充分考虑相同网络之间以及不同网络之间的信息传递，从而形成无缝全IP核心网。而要想确保网络性能的充分发挥，就必须加强对于移动的检测管理，确保其能够满足业务的要求，以及对接入技术漫游功能的移动性要求。

　　2.2　接入技术的层结构

　　对于不同的应用环境和领域，需要选择恰当的系统，不同的接入技术可以按照分层结构对其进行组织利用，接入技术的层结构包括以下几方面。

　　2.2.1　Cellular 层

　　Cellular 层属于一种无线通信技术，可以对有限的无线传输频率进行充分合理的利用，提高无线资源的利用效率。Cellular 层适用于多媒体应用以及个人连接。

　　2.2.2　热点层

　　热点层主要包括WLAN系统、IEEE802.11、MMAC 等，可以支持更高速率的应用以及个人连接业务。

　　2.2.3　定点层

　　定点层主要包括固定接入系统，不支持移动性，如FFTx、xDSL，以及CATV。相比较而言，适用范围较小，应用有限。

　　2.2.4　个人网络层

　　个人网络层主要是指利用蓝牙、DECT和HomeRF等，实现相互之间的信息传递，可以在办公室和家庭环境中，实现不同设备的通信。

　　无缝网络的分层结构如下图所示：

3　4G移动通信网络的关键技术

　　国际电信联盟于2012年1月20号通过了4G标准，包括有LTE、LTE-Advanced、WiMAX以及Wire less MAN-Advanced (802.16m)等。这些标准之间存在着一定的差异性，但是总的来说，在核心技术方面大同小异。4G移动通信网络的关键技术主要包括：

　　3.1　OFDM技术

　　OFDM技术指正交频分复用技术，其本质属于多载波调制技术的一种，属于高速率调制技术。该技术的基本原理在于，可以将传统通信系统中信道划分为多个互不相关的正交子信道，从而将原本传输速度较高的串行数据库分为多个传输速度相对较低的并行数据流，在正交子信道中进行传输。利用这种技术，可以有效消除信号之间的干扰，提高信息传输的质量和速率。

　　3.2　IPV6技术

　　相对于IPV4而言，IPV6大幅提高了编制能力，减少了地址空间的浪费，从而有效解决了地址资源逐渐枯竭的问题。从目前来看，IPV6的优点有：选址空间更大，更加灵活；路由表更小，更加方便；强化了组播支持以及对流支持，通过相应的网络平台，提高了服务质量；自动化程度高，可以支持地质的自动配置；安全性能更高。

　　3.3　无线链路增强技术

　　可以提高容量和覆盖无线链路增强的技术包括：分集技术，通过空间分集、频率分集、极化分集等，获取最佳的分集性能；多天线技术，采用2天线甚至4天线，实现发射分集，或者采用多输入输出技术（MIMO），实现发射与接收分集。

　　3.4　多输入输出（MIMO）技术

　　该技术在3G通信中已经得到了比较广泛的应用，并取得了良好的效果，因此在4G通信中，仍然作为关键技术而存在。从本质上看，MIMO技术属于利用多天线传输的无线通信技术，可以由多个发送端独立发送信号，也可以利用多个天线对信号进行接收。MIMO技术的应用，可以有效降低无线信道的衰落，提高无线系统的容量。

　　3.5　多用户检测技术

　　多用户检测，主要是为了避免不同用户之间在衰落环境中扩频码的正交，防止用户之间的相互干扰，减少容量的限制。多用户检测技术的基本原理，就是对用户信号的用户码、定时、幅度、延迟等信息进行收集，并将这些信息当做有效信号而非干扰信息，从而降低多路径、多地址之间的相互干扰和影响。

　　3.6　智能天线技术

　　智能天线主要由三部分组成，即天线阵列、波束形成网络以及波束形成算法。该技术主要是通过适当的算法，使得每一个天线单元信号的幅度和相位都可以处于最佳状态，从而构成最合适的天线阵列方向图，对有用信号进行增强，对干扰信号进行减弱或排除。在4G移动通信中，智能天线技术可以减少信号的传输过程中的衰落以及受到的干扰，提高通信系统的容量，也可以实现对于移动台的快速定位。

　　3.7　空分多址

　　空分多址是对空间进行划分，以得到更多的地址，从而在有限的频率资源范围内，实现数据的高效传输，同时也可以在相同的时间间隙内，进行信号的多路传输，达到更高的传输效率。另外，通过这种方式来进行信号的传递，虽然同一时刻会产生大量的数据信息，但是由于这些信号是由不同的路径传来的，并不会出现信号之间相互干扰的现象，或者干扰极小，能够切实保障信息的质量。

4　结语

　　总之，在科学技术不断发展的推动下，，移动通信技术也在飞速进步，为我国移动通信事业的发展提供了前所未有的机遇，但也带来了极其严峻的挑战。4G移动通信技术的发展，有效克服了当前3G通信网络中存在的不足和缺陷，受到了社会各界的广泛关注。相关技术人员应该紧跟时代发展步伐，对移动通信4G网络进行不断完善，体现出4G技术的优点，从而推动我国通信事业的建设和发展。