4G移动通信系统及核心技术

王 昆

(西安航空学院，陕西 西安 710077)

0 引言

近年来，随着4G通信技术的深入研究，人们期望通过4G系统来解决3G无法解决的问题，最终实现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等的无缝衔接并相互兼容，真正实现用户在任何地点、任何时间、以任何形式接入网络。因此，本文通过比较，简要介绍了4G和3G移动通信系统的区别和优势，4G系统网络结构及核心技术，4G研究现状及前景等。

1 4G和3G移动通信系统的区别与优势

1.1 区别

4G是fourth generation的缩写，而4G移动通信系统和3G移动通信系统到底有何区别？与3G移动通信系统比，4G移动通信系统应具有：

（1）比3G系统更接近于个人通信，即任何人、在任何时间、任何地点可实现任何形式通信；

（2）在技术上，应比3G更上一个的台阶，各种新的4G核心技术被引入到系统和业务中；

（3）在服务上，用户可以自由选择业务类型、应用和网络形式；

（4）在应用上，4G移动通信系统终端不在局限于手机，可以是任何类型的。

1.2 优势

随着人们对移动通信系统的各种需求与日俱增，使得大力推广的3G系统已无法满足现代移动通信系统日益增长的高速多媒体数据业务需求。因此，人们在享受3G移动通信系统所带来的优质服务的同时，也期待着通过4G通信技术的引入，给人们带来更加美好的未来。相比3G系统，未来4G系统应具有如下优势：

①高速率、高容量:对于大范围高速移动用户(250km/h)，数据速率为2Mbit/s；对于中速移动用户(60km/h)，数据速率为20Mbit/s；对于低速移动用户(室内或步行者)，数据速率为100Mbit/s；其容量至少应是3G系统容量的10倍以上。

②网络频谱更宽:每个4G信道将占100MHz频谱，相当于W-CDMA 3G网络的20倍。

③通信更加灵活：4G终端可以是任何类型，可使人们不仅可以随时随地、以不同方式通信。

④智能性能更高：4G采用智能技术，使得终端设备具有智能化，同时系统可自适应地进行资源分配。

⑤兼容性能更平滑：4G系统具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化，在不同系统间无缝切换，传送高速多媒体业务数据。

⑥实现更高质量、低费用的通信：4G系统可提供良好覆盖性、高速数据和高分辨率的多媒体服务，因此4G移动通信系统也可称为“多媒体移动通信”。同时，其能够有效地降低运行者和用户的费用

2 4G系统网络结构及核心技术

2.1 网络结构

4G系统网络结构如图1所示，其大致可分为三层，分别为物理网络层、承载层和应用层。物理层与承载层提供开放式IP接口。应用层与承载层之间也是开放式接口，用于第三方开发和提供新业务

2.2 核心技术

与3G移动通信系统相比较，4G移动通信系统中采用了一些不同的核心技术。

2.2.1 正交频分复用（OFDM）技术

3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而OFDM技术则被公认为4G移动通信系统的核心技术之一。OFDM[1-2]技术实际上是多载波调制的一种，其将给定信道分为若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行低速数据流，调制在每一个子信道上传输。因而，OFMD技术具有频率利用率高、抗衰能力强、适合高速数据传输、抗码间干扰能力强等优点。

图1 4G系统网络结构

2.2.2 软件无线电（SDR）技术

SOR[3]技术是一种基于DSP芯片，以软件为核心的无线电技术。其核心思想在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，从而尽可能使用软件来定义无线功能，使用软件来实现各种功能和信号处理。

2.2.3 智能天线技术

智能天线即波束间没有切换的多波束或自适应天线阵列，具有抑制信号、自动跟踪及数字波束调节等职能功能。其核心是通过选择良好的智能算法来实现对波束的智能控制。

2.2.4 多输入多输出（MIMO）技术

MIMO技术是利用多发射、多接收天线进行空间集分的技术，可实现高速率、高容量、高传输质量。它采用多个分立式天线将通信链路分解成为许多并行的子信道，当不同的接收天线和发射天线之间互不相关时，MIMO系统就能有效地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。

3 研究现状和发展前景

当前，世界各国对4G移动通信系统的研究工作已经启动，但4G系统的研究还处于初级阶段。ITU计划在2004年征求第四代移动通信的方案，2010年制定出全世界统一的第四代移动通信标准。就我国而言，4G移动通信的研究已经正式列入863项目，并启动“FuTURE计划”。

目前，D-LTE技术由中国自主研发，已于2010年10月入选4G国际标准。2012年5月，中国移动首次在广州、深圳、北京、杭州、南京等五个城市同时启动了TD-LTE的体验测试，2013年7月杭州成为国内首个开放4G体验网络的城市，而4G运营牌照的正式发放也迫在眉睫。4G移动通通信网带给人们的美好的未来指日可待。

4 结束语

尽管4G移动通信系统目前仍然不太成熟和完善，有待进一步的验证。但作为新一代移动通信技术，其发展前景是不可限量的。4G通信技术的研究与实现，将可实现人们对个人通信渴望。

［1］秦连铭，王香丽.OFDM技术应用现状与前景发展[J].中国科技信息， 2009（21）：32-33.

［2］张重阳.数字移动通信技术[J].西安电子科技大学，2006.

［3］夏少波，许娥.软件无线电SDR的关键技术研究[J].无线通信技术， 2010（2）：48-51.