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【摘 要】近几年来在通信技术的发展过程中，移动通信的发展潜力可以说是最大的，具有非常广阔的市场前景。随着移动通信的不断更新换代，3G移动通信也逐渐无法满足社会现阶段的需求，4G移动通信系统必将成为未来移动通的发展趋势。基于此，本文通过比较，简要介绍了4G和3G移动通信系统的区别及优势，4G系统网络结构及核心技术，4G研究现状及前景等。
【关键词】4G；网络结构；关键技术
引言
移动通信技术給世界带来的变化是非常巨大的，可以说在人们的生活中掀起了一场革命性的变化。在社会经济水平不断提高的今天，人们进行信息的交流以及传播时逐渐对通讯技术提出了更高的要求，更加强烈地去追求那些具有更高效率、更高品质的通讯方法，这就成为了现代通讯技术水平提高和通讯系统更迭的一个巨大助力。而之前3G移动通信技术的出现给人们带来了意想不到的体验，但是由于其自身存在的一些技术缺陷并不能确保信息的快速交流和传播，因此在此基础上我们进行了4G移动通信系统的研究和开发，以期可以更好地弥补3G技术存在的不足，尽可能地满足人们越来越多的通信需求。
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 移动通信系统中采用的关键技术
2.1 网络结构
4G系统网络结构其大致可分为三层，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 .
2.2MIMO+OFDM技术
虽然早在20世纪初就提出了MIMO技术，但是直到20世纪90年代才真正意义上地推动了无线移动通信系统MIMO技术的发展与应用。MIMO系统通过在发射端和接收端采用多天线以及多通道的方式，能够让信号在经过多重切割以后，最终实现信号的同步传送。接收端可以在多重天线的基础上同时接收各种信号，并且采用DSP重新计算的方法，按照测得的时间差，重新把各个相互分开的信号进行组合，及时准确地将信号进行了还原。而OFDM技术则是一种多载波传输技术，其中多载波之间能够互相实现正交，充分利用的频率资源，把总带宽有效地分隔成多个窄带子载波，进一步提高了频率选择性衰减的抵抗力度。而在此基础上通过结合MIMO技术，可以同时利用空间、时间以及频率等三种分集技术以及相应的空间资源，不仅提高了通信系统的传输效率，同时还能提高频谱的利用率，确保系统运行的可靠性，而且对于增加对噪声、干扰等的容限也有一定的作用，目前已经成为了4G移动通信系统发展过程中的一个重要解决方案。
2.2 软件无线电技术
从根本上来看，软件无线电技术（Software Radio Technology）就是一种无线电广播通信技术，通过利用软件架构起来的一种通信协议。在该技术中主要将硬件功能替换掉，采用软件编程的方式建立起一个无线电通信平台，而且在这一平台上可以同时运用多个软件系统，更好地实现了通信协议的功能，只需要在不断应用并更新软件的基础上就能够实现多种终端通信的无线通信技术。软件无线电技术不仅能够解决4G移动通信系统中存在的用户终端复杂化的问题，还可以确保不同的用户终端都能够在同一个平台中进行无阻碍的信息交流，进一步解决了兼容性的问题，为多种通信方式的兼容和传输的实现奠定了良好的基础。
2.3 智能天线
基于软件无线电技术，人们进一步提出了智能天线的设计理念，该技术主要是通过采用天线阵以及无线收发机等在无线基站端完成射频信号的接收以及发射工作，同时结合基带数字信号处理技术以及相关的计算方法，将接收到的所有信号合并起来，最终形成波束赋形，把软件无线电技术和数字多波束形成技术巧妙地结合起来。通过形成智能天线波束可以避免其在空间域中出现相互干扰的现象，有效增强了有用信号强度，不仅能够改善信号的质量，还可以增加系统传输的信息容量。另外在智能天线设计概念中主要采用了空分多址技术，由于信号在传输方向上存在一定的差别，所以可以有效地把同频率、同码道或者同时隙的信号区分开来，确保主波束能够对准用户所在方向，自动完成对用户的跟踪工作以及环境的监测工作等，最终有效地抑制干扰，增加有效信号提取的准确率。由此我们可以看出，在一些电波传播较为复杂的环境当中，智能天线技术能够发挥出巨大的作用。
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。
参考文献：
[1]黎建波.下一代无线通信关键技术研究[J].长沙通信职业技术学院学报，2012，（3）.
[2]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.
[3]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..
[4]工信部：坚定不移地推动4G发展[J].信息化建设，2012，（7）
【摘 要】近几年来在通信技术的发展过程中，移动通信的发展潜力可以说是最大的，具有非常广阔的市场前景。随着移动通信的不断更新换代，3G移动通信也逐渐无法满足社会现阶段的需求，4G移动通信系统必将成为未来移动通的发展趋势。基于此，本文通过比较，简要介绍了4G和3G移动通信系统的区别及优势，4G系统网络结构及核心技术，4G研究现状及前景等。
【关键词】4G；网络结构；关键技术
引言
移动通信技术給世界带来的变化是非常巨大的，可以说在人们的生活中掀起了一场革命性的变化。在社会经济水平不断提高的今天，人们进行信息的交流以及传播时逐渐对通讯技术提出了更高的要求，更加强烈地去追求那些具有更高效率、更高品质的通讯方法，这就成为了现代通讯技术水平提高和通讯系统更迭的一个巨大助力。而之前3G移动通信技术的出现给人们带来了意想不到的体验，但是由于其自身存在的一些技术缺陷并不能确保信息的快速交流和传播，因此在此基础上我们进行了4G移动通信系统的研究和开发，以期可以更好地弥补3G技术存在的不足，尽可能地满足人们越来越多的通信需求。
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 移动通信系统中采用的关键技术
2.1 网络结构
4G系统网络结构其大致可分为三层，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 .
2.2MIMO+OFDM技术
虽然早在20世纪初就提出了MIMO技术，但是直到20世纪90年代才真正意义上地推动了无线移动通信系统MIMO技术的发展与应用。MIMO系统通过在发射端和接收端采用多天线以及多通道的方式，能够让信号在经过多重切割以后，最终实现信号的同步传送。接收端可以在多重天线的基础上同时接收各种信号，并且采用DSP重新计算的方法，按照测得的时间差，重新把各个相互分开的信号进行组合，及时准确地将信号进行了还原。而OFDM技术则是一种多载波传输技术，其中多载波之间能够互相实现正交，充分利用的频率资源，把总带宽有效地分隔成多个窄带子载波，进一步提高了频率选择性衰减的抵抗力度。而在此基础上通过结合MIMO技术，可以同时利用空间、时间以及频率等三种分集技术以及相应的空间资源，不仅提高了通信系统的传输效率，同时还能提高频谱的利用率，确保系统运行的可靠性，而且对于增加对噪声、干扰等的容限也有一定的作用，目前已经成为了4G移动通信系统发展过程中的一个重要解决方案。
2.2 软件无线电技术
从根本上来看，软件无线电技术（Software Radio Technology）就是一种无线电广播通信技术，通过利用软件架构起来的一种通信协议。在该技术中主要将硬件功能替换掉，采用软件编程的方式建立起一个无线电通信平台，而且在这一平台上可以同时运用多个软件系统，更好地实现了通信协议的功能，只需要在不断应用并更新软件的基础上就能够实现多种终端通信的无线通信技术。软件无线电技术不仅能够解决4G移动通信系统中存在的用户终端复杂化的问题，还可以确保不同的用户终端都能够在同一个平台中进行无阻碍的信息交流，进一步解决了兼容性的问题，为多种通信方式的兼容和传输的实现奠定了良好的基础。
2.3 智能天线
基于软件无线电技术，人们进一步提出了智能天线的设计理念，该技术主要是通过采用天线阵以及无线收发机等在无线基站端完成射频信号的接收以及发射工作，同时结合基带数字信号处理技术以及相关的计算方法，将接收到的所有信号合并起来，最终形成波束赋形，把软件无线电技术和数字多波束形成技术巧妙地结合起来。通过形成智能天线波束可以避免其在空间域中出现相互干扰的现象，有效增强了有用信号强度，不仅能够改善信号的质量，还可以增加系统传输的信息容量。另外在智能天线设计概念中主要采用了空分多址技术，由于信号在传输方向上存在一定的差别，所以可以有效地把同频率、同码道或者同时隙的信号区分开来，确保主波束能够对准用户所在方向，自动完成对用户的跟踪工作以及环境的监测工作等，最终有效地抑制干扰，增加有效信号提取的准确率。由此我们可以看出，在一些电波传播较为复杂的环境当中，智能天线技术能够发挥出巨大的作用。
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。
参考文献：
[1]黎建波.下一代无线通信关键技术研究[J].长沙通信职业技术学院学报，2012，（3）.
[2]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.
[3]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..
[4]工信部：坚定不移地推动4G发展[J].信息化建设，2012，（7）