2023年12月11日发(作者：慈夏云)

一： 4G(TD-LTE)关键技术

4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。

1 OFDM技术

OFDM由多载波调制(MCM)发展而来，OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于快速傅立叶反变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT）来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在传统的频分复用系统中，各载波上的信号频谱是没有重叠的，以便接收端利用传统的滤波器分离和提取不同载波上的信号。OFDM系统是将数据符号调制在传输速率相对较低的、相互之间具有正交性的多个并行子载波上进行传输。它允许子载波频谱部分重叠，接收端利用各子载波间的正交性恢复发送的数据。因此，OFDM系统具有更高的频谱利用率。同时，在OFDM符号之间插入循环前缀，可以消除由于多径效应而引起的符号间干扰，能避免在多径信道环境下因保护间隔的插入而影响子载波之间的正交性。这使得OFDM系统非常适用于多径无线信道环境。

OFDM的优点在于抗多径衰落的能力强，频谱效率高，OFDM将信道划分为若干子信道，而每个子信道内部都可以认为是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速实现方法，在频率选择性信道中，OFDM接收机的复杂度比带均衡器的单载波系统简单。与其它宽带接入技术不同，OFDM可运行在不连续的频带上，这将有利于多用户的分配和分集效果的应用等。但OFDM技术对频偏和相位噪声比较敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。

2 MIMO技术

要达到LTE-A提出的目标数据传输速率，需要通过增加天线数量以提高峰值频谱效率，即多天线技术，包括Beam-forming和空间复用。多天线技术是一种有效的提高系统容量的方法。当前LTE应用基于码本预编码技术的下行4天线技术。峰值速率达到300Mbit/s。由于LTE-A的带宽高达100M，当前峰值速率可以达到下行1.5Gbit/s。

3 载波聚合

当前LTE系统在频带利用率上已经接近Shannon极限。如果要提高系统吞吐量，就必须提高系统的带宽或者信噪比。

LTE-A通过“载波聚合”（Spectrum Aggregation）的方式进行带宽增强，即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起，通过提高可用带宽，LTE-A将带宽扩展到100M。但是实际上很可能没有一整块的空闲带宽，所以LTE-A允许离散频带的聚合。在具体应用中还面临很多问题，如载波聚合时多个可选载波是否需要划分可用集合和各种集合的等级划分；在切换中载波变化的通信问题；载波变化时的信令传输问题；各个载波的激活和去激活过程。这些问题都在3GPP会议中提出并存在多种方案。当前载波聚合作为LTE-A的重要组成部分和关注焦点，是R10制定中的重点。 4 无线中继

LTE系统容量要求很高，这样的容量需要较高的频段。为了满足下一代移动通信系统的高速率传输的要求，LTE-A技术引入了无线中继技术。用户终端可以通过中间接入点中继接入网络来获得带宽服务。减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高边缘用户信道容量。无线中继技术包括Repeaters和Relay。

Repeaters是在接到母基站的射频信号后，在射频上直接转发，在终端和基站都是不可见，而且并不关心目的终端是否在其覆盖范围，因此它的作用只是放大器而已。它的作用仅限于增加覆盖，并不能提高容量。

Relay技术是在原有站点的基础上，通过增加一些新的Relay站（或称中继节点、中继站），加大站点和天线的分布密度。这些新增Relay节点和原有基站（母基站）都通过无线连接，和传输网络之间没有有线的连接，下行数据先到达母基站，然后再传给Relay节点，Relay节点再传输至终端用户，上行则反之。这种方法拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。

5 多点协同

协同多点传输，即CoMP（Coordinated Multi-point Transmission）技术通过对空域的扩充提高系统容量减小用户间干扰，是LTE-Advanced对空域扩充的核心技术之一。CoMP技术利用光纤连接的天线站点协同在一起为用户服务，相邻的几个天线站或节点同时为一个用户服务，从而提高用户的数据率，提高小区边缘的通信质量。作为LTE-Advanced对空域扩充的两种核心技术，Relay和CoMP技术对LTE标准做出了很大的创新。 根据终端是否知道信号从多个天线站点发射，CoMP可以分为3类：终端不知道接收到的信号来自多个分布的天线，终端按照单基站方式接收；终端将接收到的所有信道测量反馈，但接收方式按照单基站方式接收，效果相当于多径接收；终端将接收到的所有信号测量反馈，但是基站侧发送时，同时发送各个天线的发射信息，包括发射点和权重等。

6 自组织网络

为了通过有效的运维成本（OPEX）和LTE网络参数和结构复杂化的压力，3GPP借用自组织网络的概念，在R8提出一种新运维策略。该策略将eNodeB作为自组织网络节点，在其中添加自组织功能模块，完成蜂窝无线网络的自配置（Self-configuration）、自优化(Self-optimization)和自操作(Self-operation)。作为LTE的特性，SON已经在R8引入需求，R9完成自愈性、自优化能力的讨论。

LTE自组织网络与传统IP互联网自组织不同在于，LTE要求自组织节点可以互联之外，可以对网络进行自优化和自操作。

二：4G的主要优势

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通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；专家则预估，第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以达到每秒高达100Mbps速度传输无线信息，这种速度将相当于目前手机的传输速度的1万倍左右。

2、网络频谱更宽

要想使4G通信达到100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的基础上，进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。据研究4G通信的AT&T的执行官们说，估计每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网路的20倍。

3、通信更加灵活

从严格意义上说，4G手机的功能，已不能简单划归“电话机”的范畴，毕竟语音资料的传输只是4G移动电话的功能之一而已，因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了，而且4G手机从外观和式样上，将有更惊人的突破，我们可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任何一件你能看到的物品都有可能成为4G终端，只是目前我们还不知应该怎么称呼它。未来的4G通信将使我们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。也许你将有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼，但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比，这简直可以忽略不计。

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，例如对菜单和滚动操作的依赖程度将大大降低，更重要的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来适时地提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什么事，4G手机可以将电影院票房资料，直接下载到PDA之上，这些资料能够把目前的售票情况、座位情况显示得清清楚楚，大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类的各种现场直播。

5、兼容性能更平滑

要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑的它的功能强大外，还应该考虑到现有通信的基础，以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，未来的第四代移动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第二代平稳过渡等特点。

6、提供各种增殖服务

4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它们的核心建设技术根本就是不同的，3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目，利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增殖服务；不过考虑到与3G通信的过渡性，第四代移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术，CDMA技术将会在第四代移动通信系统中，与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用，甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到的数字音讯广播，其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA

2023年12月11日发(作者：慈夏云)

一： 4G(TD-LTE)关键技术

4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。

1 OFDM技术

OFDM由多载波调制(MCM)发展而来，OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于快速傅立叶反变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT）来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在传统的频分复用系统中，各载波上的信号频谱是没有重叠的，以便接收端利用传统的滤波器分离和提取不同载波上的信号。OFDM系统是将数据符号调制在传输速率相对较低的、相互之间具有正交性的多个并行子载波上进行传输。它允许子载波频谱部分重叠，接收端利用各子载波间的正交性恢复发送的数据。因此，OFDM系统具有更高的频谱利用率。同时，在OFDM符号之间插入循环前缀，可以消除由于多径效应而引起的符号间干扰，能避免在多径信道环境下因保护间隔的插入而影响子载波之间的正交性。这使得OFDM系统非常适用于多径无线信道环境。

OFDM的优点在于抗多径衰落的能力强，频谱效率高，OFDM将信道划分为若干子信道，而每个子信道内部都可以认为是平坦衰落的，可采用基于IFFT/FFT的OFDM快速实现方法，在频率选择性信道中，OFDM接收机的复杂度比带均衡器的单载波系统简单。与其它宽带接入技术不同，OFDM可运行在不连续的频带上，这将有利于多用户的分配和分集效果的应用等。但OFDM技术对频偏和相位噪声比较敏感，而且峰值平均功率比（PAPR）大。

2 MIMO技术

要达到LTE-A提出的目标数据传输速率，需要通过增加天线数量以提高峰值频谱效率，即多天线技术，包括Beam-forming和空间复用。多天线技术是一种有效的提高系统容量的方法。当前LTE应用基于码本预编码技术的下行4天线技术。峰值速率达到300Mbit/s。由于LTE-A的带宽高达100M，当前峰值速率可以达到下行1.5Gbit/s。

3 载波聚合

当前LTE系统在频带利用率上已经接近Shannon极限。如果要提高系统吞吐量，就必须提高系统的带宽或者信噪比。

LTE-A通过“载波聚合”（Spectrum Aggregation）的方式进行带宽增强，即把几个基于20MHz的LTE设计捆绑在一起，通过提高可用带宽，LTE-A将带宽扩展到100M。但是实际上很可能没有一整块的空闲带宽，所以LTE-A允许离散频带的聚合。在具体应用中还面临很多问题，如载波聚合时多个可选载波是否需要划分可用集合和各种集合的等级划分；在切换中载波变化的通信问题；载波变化时的信令传输问题；各个载波的激活和去激活过程。这些问题都在3GPP会议中提出并存在多种方案。当前载波聚合作为LTE-A的重要组成部分和关注焦点，是R10制定中的重点。 4 无线中继

LTE系统容量要求很高，这样的容量需要较高的频段。为了满足下一代移动通信系统的高速率传输的要求，LTE-A技术引入了无线中继技术。用户终端可以通过中间接入点中继接入网络来获得带宽服务。减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高边缘用户信道容量。无线中继技术包括Repeaters和Relay。

Repeaters是在接到母基站的射频信号后，在射频上直接转发，在终端和基站都是不可见，而且并不关心目的终端是否在其覆盖范围，因此它的作用只是放大器而已。它的作用仅限于增加覆盖，并不能提高容量。

Relay技术是在原有站点的基础上，通过增加一些新的Relay站（或称中继节点、中继站），加大站点和天线的分布密度。这些新增Relay节点和原有基站（母基站）都通过无线连接，和传输网络之间没有有线的连接，下行数据先到达母基站，然后再传给Relay节点，Relay节点再传输至终端用户，上行则反之。这种方法拉近了天线和终端用户的距离，可以改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。

5 多点协同

协同多点传输，即CoMP（Coordinated Multi-point Transmission）技术通过对空域的扩充提高系统容量减小用户间干扰，是LTE-Advanced对空域扩充的核心技术之一。CoMP技术利用光纤连接的天线站点协同在一起为用户服务，相邻的几个天线站或节点同时为一个用户服务，从而提高用户的数据率，提高小区边缘的通信质量。作为LTE-Advanced对空域扩充的两种核心技术，Relay和CoMP技术对LTE标准做出了很大的创新。 根据终端是否知道信号从多个天线站点发射，CoMP可以分为3类：终端不知道接收到的信号来自多个分布的天线，终端按照单基站方式接收；终端将接收到的所有信道测量反馈，但接收方式按照单基站方式接收，效果相当于多径接收；终端将接收到的所有信号测量反馈，但是基站侧发送时，同时发送各个天线的发射信息，包括发射点和权重等。

6 自组织网络

为了通过有效的运维成本（OPEX）和LTE网络参数和结构复杂化的压力，3GPP借用自组织网络的概念，在R8提出一种新运维策略。该策略将eNodeB作为自组织网络节点，在其中添加自组织功能模块，完成蜂窝无线网络的自配置（Self-configuration）、自优化(Self-optimization)和自操作(Self-operation)。作为LTE的特性，SON已经在R8引入需求，R9完成自愈性、自优化能力的讨论。

LTE自组织网络与传统IP互联网自组织不同在于，LTE要求自组织节点可以互联之外，可以对网络进行自优化和自操作。

二：4G的主要优势

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通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；专家则预估，第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以达到每秒高达100Mbps速度传输无线信息，这种速度将相当于目前手机的传输速度的1万倍左右。

2、网络频谱更宽

要想使4G通信达到100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的基础上，进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。据研究4G通信的AT&T的执行官们说，估计每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网路的20倍。

3、通信更加灵活

从严格意义上说，4G手机的功能，已不能简单划归“电话机”的范畴，毕竟语音资料的传输只是4G移动电话的功能之一而已，因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了，而且4G手机从外观和式样上，将有更惊人的突破，我们可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任何一件你能看到的物品都有可能成为4G终端，只是目前我们还不知应该怎么称呼它。未来的4G通信将使我们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。也许你将有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼，但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比，这简直可以忽略不计。

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，例如对菜单和滚动操作的依赖程度将大大降低，更重要的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来适时地提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什么事，4G手机可以将电影院票房资料，直接下载到PDA之上，这些资料能够把目前的售票情况、座位情况显示得清清楚楚，大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类的各种现场直播。

5、兼容性能更平滑

要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑的它的功能强大外，还应该考虑到现有通信的基础，以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，未来的第四代移动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第二代平稳过渡等特点。

6、提供各种增殖服务

4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它们的核心建设技术根本就是不同的，3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目，利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增殖服务；不过考虑到与3G通信的过渡性，第四代移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术，CDMA技术将会在第四代移动通信系统中，与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用，甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到的数字音讯广播，其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA