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摘 要 随着人们对移动通信系统的各种需求与日俱增，目前投入商用的2G、2.5G系统和部分投入商用的3G系统已经不能满足现代移动通信系统日益增长的高速多媒体数据业务，许多国家已经投入到对4G移动通信系统的研究和开发。本文介绍了第四代移动通信系统（4G）及其特点，4G系统网络结构，以及4G移动通信系统的发展前景本文简要分析了：（1） 4G的网络结构；（2） 4G的关键技术，如OFDM，软件无线电，智能天线技术，MIMO技术。（3）初步探讨了国内4G的发展。
关键词 第四代移动通信（4G） 正交频分复用多模式终端 网络通信
随着3G在我国的商用以来，用户在使用手机电视和视频通话方面，出现信号不稳，视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G能够解决这些问题，能够提供更高的数据速率，更大的容量和带宽。从而使4G比3G更接近个人通信，在技术上比3G更完善。所谓4G技术是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性
一、4G系统网络结构
4G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。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输；抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源、网络结构协议等。4G移动通信对加速增长的宽带无线连接的要求提供技术上的回应，对跨越公众的和专用的、室内和室外的多种无线系统和网络保证提供无缝的服务。通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务，能应付基于因特网通信所期望的增长，增添新的频段，使频谱资源大扩展，提供不同类型的通信接口，运用路由技术为主的网络架构，以傅利叶变换来发展硬件架构实现第四代网络架构。移动通信会向数据化，高速化、宽带化、频段更高化方向发展，移动数据、移动IP预计会成为未来移动网的主流业务。
二、第四代移动通信系统中的关键技术
（1）OFDM正交频分复用技术
OFDM正交频分复用技术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N（通常取偶数）路并行的低速数据流，再将这N路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为N的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM技术的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。
（2）MIMO技术
MIMO（多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能
（3）软件无线电技术
软件无线电是美国MTLTRE公司于1992年明确提出的，其基本思想是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统，所有体制和标准的更新，以及不同体制之间的兼营，都可以通过适当的软件来完成。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。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。
（4）智能天线技术
智能天线（SA）原名自适应天线阵列，由多个天线单元组成，每个天线后面接一个加权器，经过加权器处理以后的信号，最后用相加器进行合并。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，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。
三、4G时代下三大运营商的发展趋势
移动，联通，电信三分天下，中国电信当前采用的是CDMA标准，有点受制约，所以中国电信会积极推动中国4G的发展，到了那时，它结合固网优势，发展综合运营，优势较大。中国移动的3G标准是TD-SCDMA，这个只有中国用，好在移动2G用户基数大，但毫无疑问被联通抢走了一部分高端用户，它也是4G的坚定推动者。联通目前采用WCDMA，最成熟，能演进到HSPA+，技术最先进，但运营方面不怎么被看好，服务相比移动差一些，它对4G的需求最不迫切，而且3G的投入估计短时间也赚不回来，所以不会那么急着建4G网络。综合比较，中国电信将赢得这场4G争夺战。
本文分析了4G网络构架以及其关键技术，展望了4G的市场发展。从中我们可以看出所有技术的发展都不可能在一夜之间实现。三大运营商在4G牌照还没有发放之前，仍处于重重的迷雾当中，让我们静待4G网络的时代的来临。
参考文献：
[1]吴伟陵等编著.移动通信原理[M].电子工业出版社.
[2]何林娜编著.数字移动通信技术[M].机械工业出版社.
[3]尚帅.第四代移动通信系统（4G）关键技术及安全威胁综述[J].保密科学技术，2011，（3）：50-53.
[4]刘海文，李征帆.第四代移动通讯技术的构架及其关键技术[J].微电子学与计算机，2002，19（3）：30-34，23.
（作者单位： 中国矿业大学信息与电气工程学院）
关键词 第四代移动通信（4G） 正交频分复用多模式终端 网络通信
随着3G在我国的商用以来，用户在使用手机电视和视频通话方面，出现信号不稳，视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G能够解决这些问题，能够提供更高的数据速率，更大的容量和带宽。从而使4G比3G更接近个人通信，在技术上比3G更完善。所谓4G技术是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性
一、4G系统网络结构
4G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。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输；抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源、网络结构协议等。4G移动通信对加速增长的宽带无线连接的要求提供技术上的回应，对跨越公众的和专用的、室内和室外的多种无线系统和网络保证提供无缝的服务。通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务，能应付基于因特网通信所期望的增长，增添新的频段，使频谱资源大扩展，提供不同类型的通信接口，运用路由技术为主的网络架构，以傅利叶变换来发展硬件架构实现第四代网络架构。移动通信会向数据化，高速化、宽带化、频段更高化方向发展，移动数据、移动IP预计会成为未来移动网的主流业务。
二、第四代移动通信系统中的关键技术
（1）OFDM正交频分复用技术
OFDM正交频分复用技术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N（通常取偶数）路并行的低速数据流，再将这N路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为N的子载波上，并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM技术的优点是可以通地添加循环前缀来减小或消除码间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率，可实现低成本的单波段接收机。OFDM的主要缺点是功率效率不高，对频偏和相位噪声比较敏感。
（2）MIMO技术
MIMO（多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵（AAS）和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能
（3）软件无线电技术
软件无线电是美国MTLTRE公司于1992年明确提出的，其基本思想是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统，所有体制和标准的更新，以及不同体制之间的兼营，都可以通过适当的软件来完成。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。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。
（4）智能天线技术
智能天线（SA）原名自适应天线阵列，由多个天线单元组成，每个天线后面接一个加权器，经过加权器处理以后的信号，最后用相加器进行合并。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，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。
三、4G时代下三大运营商的发展趋势
移动，联通，电信三分天下，中国电信当前采用的是CDMA标准，有点受制约，所以中国电信会积极推动中国4G的发展，到了那时，它结合固网优势，发展综合运营，优势较大。中国移动的3G标准是TD-SCDMA，这个只有中国用，好在移动2G用户基数大，但毫无疑问被联通抢走了一部分高端用户，它也是4G的坚定推动者。联通目前采用WCDMA，最成熟，能演进到HSPA+，技术最先进，但运营方面不怎么被看好，服务相比移动差一些，它对4G的需求最不迫切，而且3G的投入估计短时间也赚不回来，所以不会那么急着建4G网络。综合比较，中国电信将赢得这场4G争夺战。
本文分析了4G网络构架以及其关键技术，展望了4G的市场发展。从中我们可以看出所有技术的发展都不可能在一夜之间实现。三大运营商在4G牌照还没有发放之前，仍处于重重的迷雾当中，让我们静待4G网络的时代的来临。
参考文献：
[1]吴伟陵等编著.移动通信原理[M].电子工业出版社.
[2]何林娜编著.数字移动通信技术[M].机械工业出版社.
[3]尚帅.第四代移动通信系统（4G）关键技术及安全威胁综述[J].保密科学技术，2011，（3）：50-53.
[4]刘海文，李征帆.第四代移动通讯技术的构架及其关键技术[J].微电子学与计算机，2002，19（3）：30-34，23.
（作者单位： 中国矿业大学信息与电气工程学院）