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摘要： 为解决3G系统频率资源趋于饱和的问题，提高数据传输速率，充分利用有限的无线资源，很多国家提出第四代（4G）移动通信系统的概念。首先概要介绍4G移动通信系统的主要特点、基于IP 6V的核心网网络结构，然后重点讨论4G中的主要技术，包括多输入多输出（MIMO）天线+正交频分复用（OFDM）技术，智能天线+联合检测技术，Turbo编/译码，软件无线电，先进的定位技术以及切换方案。最后对4G的发展进行展望。
关健词： 第四代（4G）移动通信系统；核心网；智能天线+联合检测技术；软件无线电
0 引言
移动通信技术一直迅速的发展。为了解决3G系统频率资源趋于饱和的问题，实现数据传输速率的极大提高，实现真正的全世界范围的无缝连接等，很多国家提出了第四代（4G）移动通信系统的概念。本文将分析4G系统的特点和网络结构，讨论4G系统中可能采用的有关技术。
1 4G系统特点分析
4G在业务、功能、频带上都将不同于3G，4G概念也可称为宽带接人和分布式网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接人、宽带无线局域网、移动宽带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。其特点主要有：高速率高质量的数据传输、集中服务、移动接人、不同的用户设备、自治的网络结构。
4G移动通信系统包括广带无线固定接人、广带无线局域网（WLAN）、移动广带系统和互操作的广播网络。4G标准比3G标准具有更多的功能。在不同的固定无线平台和跨越不同频带的网络中，4G可提供无线服务，宽带接人互联网（包括卫星通信和平流层通信），外加定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。4G网络将基于多层蜂窝结构，以EP核心网络为中心，通过多个空中接口，由多个业务提供者和众多网络运行者，提供多媒体业务。
2 4G系统网络结构
3G采用的主要是蜂窝组网，4G网络以数字广带（Broad band）为基础，成为一个集无线LAN和基站宽带网络的混合网络，如图1所示。这种基于IP技术的网络架构。
3 4G系统技术分析
4G移动通信系统核心网络的发展和新的空中接口应满足以下几点：
1）通信业务需求的变化；
2）数据传输速率的极大提高；
3）充分利用有限的无线资源；IP地址的个人化；
4）大动态范围的数据速率。
为了实现上述目标，4G必须采用新技术，具有更好的系统参数。4G中可能用到的技术，有MIMO+OFDM技术，智能天线+联合检测技术，Turbo编/译码，软件无线电，和IM协议技术以及先进的定位方法和切换技术等。下面，对这些技术进行分析。
3.1 MM0+OFDM
MIMO通信系统可以简单地定义为只要在发射端和接收端分别采用多个天线（或阵列天线）的通信系统。MIMO的多输人多输出是针对多径无线信道而言的。MIMO技术利用多个天线实现多发多收，可以大大增加无线通信系统的容量，并改善无线通信系统的性能。
OFDM是一种MCM（多载波调制）技术，其主要思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据流转换成并行的低速子数据流，让它们调制在每个子信道上进行传输。正交信号在接收端采用相关技术被分开，以减少子信道间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成是平坦性衰落有效地抵抗频率选择性衰落，这大大消除了符号间干扰。此外，由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，因而信道均衡也变得相对容易些。
OFDM系统克服频率选择性衰落，为MIMO技术的应用提供一个很好的平台。MIMO技术能为OFDM系统提供明显的分集增益，增加系统容量。两者结合形成的MIMO+OFDM技术，可以带来极大的性能增益。通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量。由于利用了时间、频率和空间3种分集技术，有效地利用空间资源，既可以使系统达到很高的传输效率，提高了频谱利用率，又可以通过分集达到很强的可靠性，大大增加了无线系统对噪声、干扰、多径的容限，从而成为4G的核心技术。
3.2 智能天线和联合检测技术
智能天线具有抑制噪声、自动跟踪信号、智能化时空处理、算法形成数字波束等功能，因此被认为是未来移动通信的关键技术。采用智能天线技术能更好地对抗移动信道，移动通信中存在多径传播，使接收信号呈现快衰落特性，引起系统性能急剧下降。智能天线通过减少多径数目、抑制多径信号和组合多径分量等手段，提高系统的抗多径性能。下行链路，指向性发射限制了信号在其他路径的传播，从而减小移动台接收信号的时延扩展和多径衰落。上行链路，DBF可在某一路径形成高增益波束，而在其他路径形成波束零点，抑制了多径信号，提高系统的信噪比（SNR），改善了通信质量。智能天线通过空分多址，将基站天线的收发限定在一定的方向角范围内，其实质是分配移动通信系统工作的空间区域，使空间资源之间的交叠最小、干扰最小，合理利用无线资源。
联合检测技术的核心思想是利用均衡技术，将来自其他用户的ISI也当作MAI而一并消除。这样可充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰。
将智能天线技术和联合检测技术相结合，可获得较为理想的效果。4G中的联合检测技术为了获得更加理想的效果，可能会采用低码片速率，这样有利于将智能天线和联合检测技术相结合。
3.3 Turbo编/译码技术
Turbo码在低信噪比下具有近Sh～限的性能Turbo码之所以具有如此诱人的性能，主要是由于Turbo码译码器采用了软输出迭代译码算法，充分利用了译码输出的软信息。另外，Turbo码还采用了伪随机交织器分隔的递归系统卷积码（RSC）作为分量码。交织器除了抗信道突发错误外，还改变了码的重量分布，控制编码序列的距离特性，使重量谱窄带化，从而使Turbo码的整体纠错性能得以提高。鉴于Turbo码的优点，3GPP协议已明确要求所有的系统都应支持Turbo编/译码。在4G中，虽然现在还没有明确表示采用那种编码方式，但是鉴于Turbo码的优越的性能，可以预见，在未来的4G系统中，采用Turbo码的可能性会很大。 3.4 软件无线电
软件无线电技术的核心是：将宽带A/D和D/A变换器尽可能地靠近天线，而将电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信功能用软件来实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互连和升级变得非常方便。因此，它是解决终在不同系统间工作的关键技术。应用软件无线电技术，一个移动终端就可以实现在不同系统和平台之间畅通无阻的使用。
3.5 IPV6协议技术
移动IP是未来移动通信的发展趋势，互联网协议将在未来的移动多媒体网络中起关键性的作用。因此在未来的移动通信系统中将用IPv6来取代IPv4o采用IPv6后，带来的好处不仅仅是地址空间的扩大，而且安全性和服务质量都会改善。
3.6 定位技术
定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。分为基于移动网络定位、基于移动终端定位或者混合定位三种方式。在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接和系统中高速率的、高质量的移动通信的前提和保障。
3.7 切换技术
由于在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信，因此，切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。切换技术适用于移动终端在不同频率之间、不同移动小区之间通信或者信号降低信道选择等情况。既有水平（系统内）切换，又有垂直（系统间）切换，还可以在不同速率间进行切换。
4 结束语
本文简要介绍了4G的主要特点，重点主要分析了4G中可能用到的技术。4G在不断的发展之中，随着各种新技术的不断发展和日渐成熟，它们也必将在4G中得到广泛的应用，给我们的生活带来更多的精彩。
参考文献：
[1]管晓光、宋伟，MIMO-OFDM技术，电信快报，2004，11：28-31.
[2]何琳琳、杨大成，4G移动通信系统的主要特点和关键技术.移动通信，2004，10：34-36.
[3]李蔚蔚、童贞理、何方白，3G与4G关键技术的比较和过渡，广东通信技术，2004，24（1）：6-10.
[4]赵亚男、张禄林、吴伟陵，第四代移动通信系统关键技术研究，无线电技术，2005，35（2）：14-16.
[5]罗宏、劳松均，第四代移动通信技术简介，广东通信技术，2003，23（3）：14-16
关健词： 第四代（4G）移动通信系统；核心网；智能天线+联合检测技术；软件无线电
0 引言
移动通信技术一直迅速的发展。为了解决3G系统频率资源趋于饱和的问题，实现数据传输速率的极大提高，实现真正的全世界范围的无缝连接等，很多国家提出了第四代（4G）移动通信系统的概念。本文将分析4G系统的特点和网络结构，讨论4G系统中可能采用的有关技术。
1 4G系统特点分析
4G在业务、功能、频带上都将不同于3G，4G概念也可称为宽带接人和分布式网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接人、宽带无线局域网、移动宽带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。其特点主要有：高速率高质量的数据传输、集中服务、移动接人、不同的用户设备、自治的网络结构。
4G移动通信系统包括广带无线固定接人、广带无线局域网（WLAN）、移动广带系统和互操作的广播网络。4G标准比3G标准具有更多的功能。在不同的固定无线平台和跨越不同频带的网络中，4G可提供无线服务，宽带接人互联网（包括卫星通信和平流层通信），外加定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。4G网络将基于多层蜂窝结构，以EP核心网络为中心，通过多个空中接口，由多个业务提供者和众多网络运行者，提供多媒体业务。
2 4G系统网络结构
3G采用的主要是蜂窝组网，4G网络以数字广带（Broad band）为基础，成为一个集无线LAN和基站宽带网络的混合网络，如图1所示。这种基于IP技术的网络架构。
3 4G系统技术分析
4G移动通信系统核心网络的发展和新的空中接口应满足以下几点：
1）通信业务需求的变化；
2）数据传输速率的极大提高；
3）充分利用有限的无线资源；IP地址的个人化；
4）大动态范围的数据速率。
为了实现上述目标，4G必须采用新技术，具有更好的系统参数。4G中可能用到的技术，有MIMO+OFDM技术，智能天线+联合检测技术，Turbo编/译码，软件无线电，和IM协议技术以及先进的定位方法和切换技术等。下面，对这些技术进行分析。
3.1 MM0+OFDM
MIMO通信系统可以简单地定义为只要在发射端和接收端分别采用多个天线（或阵列天线）的通信系统。MIMO的多输人多输出是针对多径无线信道而言的。MIMO技术利用多个天线实现多发多收，可以大大增加无线通信系统的容量，并改善无线通信系统的性能。
OFDM是一种MCM（多载波调制）技术，其主要思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据流转换成并行的低速子数据流，让它们调制在每个子信道上进行传输。正交信号在接收端采用相关技术被分开，以减少子信道间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成是平坦性衰落有效地抵抗频率选择性衰落，这大大消除了符号间干扰。此外，由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，因而信道均衡也变得相对容易些。
OFDM系统克服频率选择性衰落，为MIMO技术的应用提供一个很好的平台。MIMO技术能为OFDM系统提供明显的分集增益，增加系统容量。两者结合形成的MIMO+OFDM技术，可以带来极大的性能增益。通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量。由于利用了时间、频率和空间3种分集技术，有效地利用空间资源，既可以使系统达到很高的传输效率，提高了频谱利用率，又可以通过分集达到很强的可靠性，大大增加了无线系统对噪声、干扰、多径的容限，从而成为4G的核心技术。
3.2 智能天线和联合检测技术
智能天线具有抑制噪声、自动跟踪信号、智能化时空处理、算法形成数字波束等功能，因此被认为是未来移动通信的关键技术。采用智能天线技术能更好地对抗移动信道，移动通信中存在多径传播，使接收信号呈现快衰落特性，引起系统性能急剧下降。智能天线通过减少多径数目、抑制多径信号和组合多径分量等手段，提高系统的抗多径性能。下行链路，指向性发射限制了信号在其他路径的传播，从而减小移动台接收信号的时延扩展和多径衰落。上行链路，DBF可在某一路径形成高增益波束，而在其他路径形成波束零点，抑制了多径信号，提高系统的信噪比（SNR），改善了通信质量。智能天线通过空分多址，将基站天线的收发限定在一定的方向角范围内，其实质是分配移动通信系统工作的空间区域，使空间资源之间的交叠最小、干扰最小，合理利用无线资源。
联合检测技术的核心思想是利用均衡技术，将来自其他用户的ISI也当作MAI而一并消除。这样可充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰。
将智能天线技术和联合检测技术相结合，可获得较为理想的效果。4G中的联合检测技术为了获得更加理想的效果，可能会采用低码片速率，这样有利于将智能天线和联合检测技术相结合。
3.3 Turbo编/译码技术
Turbo码在低信噪比下具有近Sh～限的性能Turbo码之所以具有如此诱人的性能，主要是由于Turbo码译码器采用了软输出迭代译码算法，充分利用了译码输出的软信息。另外，Turbo码还采用了伪随机交织器分隔的递归系统卷积码（RSC）作为分量码。交织器除了抗信道突发错误外，还改变了码的重量分布，控制编码序列的距离特性，使重量谱窄带化，从而使Turbo码的整体纠错性能得以提高。鉴于Turbo码的优点，3GPP协议已明确要求所有的系统都应支持Turbo编/译码。在4G中，虽然现在还没有明确表示采用那种编码方式，但是鉴于Turbo码的优越的性能，可以预见，在未来的4G系统中，采用Turbo码的可能性会很大。 3.4 软件无线电
软件无线电技术的核心是：将宽带A/D和D/A变换器尽可能地靠近天线，而将电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信功能用软件来实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互连和升级变得非常方便。因此，它是解决终在不同系统间工作的关键技术。应用软件无线电技术，一个移动终端就可以实现在不同系统和平台之间畅通无阻的使用。
3.5 IPV6协议技术
移动IP是未来移动通信的发展趋势，互联网协议将在未来的移动多媒体网络中起关键性的作用。因此在未来的移动通信系统中将用IPv6来取代IPv4o采用IPv6后，带来的好处不仅仅是地址空间的扩大，而且安全性和服务质量都会改善。
3.6 定位技术
定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。分为基于移动网络定位、基于移动终端定位或者混合定位三种方式。在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接和系统中高速率的、高质量的移动通信的前提和保障。
3.7 切换技术
由于在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信，因此，切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。切换技术适用于移动终端在不同频率之间、不同移动小区之间通信或者信号降低信道选择等情况。既有水平（系统内）切换，又有垂直（系统间）切换，还可以在不同速率间进行切换。
4 结束语
本文简要介绍了4G的主要特点，重点主要分析了4G中可能用到的技术。4G在不断的发展之中，随着各种新技术的不断发展和日渐成熟，它们也必将在4G中得到广泛的应用，给我们的生活带来更多的精彩。
参考文献：
[1]管晓光、宋伟，MIMO-OFDM技术，电信快报，2004，11：28-31.
[2]何琳琳、杨大成，4G移动通信系统的主要特点和关键技术.移动通信，2004，10：34-36.
[3]李蔚蔚、童贞理、何方白，3G与4G关键技术的比较和过渡，广东通信技术，2004，24（1）：6-10.
[4]赵亚男、张禄林、吴伟陵，第四代移动通信系统关键技术研究，无线电技术，2005，35（2）：14-16.
[5]罗宏、劳松均，第四代移动通信技术简介，广东通信技术，2003，23（3）：14-16