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摘要：第四代移动通信系统是多功能集成的宽带高速移动通信系统，它可以在不同的固定平台、无线平台、以及跨越不同频带的网络中提供无线服务，也可以利用宽带随时随地接入互连网，并能提供定位、定时、数据采集和远程控制等其他多种综合功能。本文主要分析了移动通信中的4G技术，希望新技术的引用可以为以后的通信发展带来新的契机。
关键词：移动通信；4G；关键技术
Abstract: The fourth generation mobile communication system is a multifunctional integrated broadband mobile communication system, which can provide wireless services in different fixed platform, the wireless platform, and over different frequency band network, also can use broadband access the Internet whenever and wherever possible, and can provide the location, timing, data acquisition and remote control and other comprehensive function. This paper mainly analyzes the 4G in mobile communications, to refer to the new technology can bring new opportunities for the future development of communication.
Key words: mobile communication; 4G; key technology
中图分类号：F626.5 文献标识码：文章编号
一、4G的定义及其技术要求
第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络，具有非对称超过2 Mb/s的数据传输能力，对全速移动用户能提供150 Mb/s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)，集成不同模式的无线通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(IBCN)，他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。其主要技术要求是：
1.1通信速度提高，数据率超过UMTS，上网速率从2 Mb/s提高到100 Mb/s。
1.2移动数据为主面向Internet大范围覆盖高速移动通信网络，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。
1.3采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采用可穿戴无线电，可下载无线电等新技术。
1.4发射功率比现有移动通信系统降低10～100倍，能够较好地解决电磁干扰问题。
1.5支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务。
二、4G技术的特点分析
2.1具有很高的传输速率和传输质量。未来的移动通信系统应该能够承载大量的多媒体信息，因此要具备50-100Mbit/s的最大传输速率、非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、QoS机制、很低的比特开销等功能；
2.2灵活多样的业务功能。未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络(自组网)、代理等功能；
2.3开放的平台。未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络。
2.4高度智能化的网络。未来的移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求；
三、4G的关键技术
3.1 OFDM。OFDM技术将需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流，在将它们各自调制到相互正交的子载波上，最后合成输出，输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同。首先，由于这些子载波相互正交，因此允许它们之间的频谱重叠，从而提高了频谱利用率。其次，由于信号分解后并行子数据流的码元周期变长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的数值，就不会造成码间干扰，且这些子数据流的信号传输带宽减小，可以有效降低频率选择性衰落，同时合成后输出的总数据速率并没有降低。第三，OFDM采用跳频的方法来选用正交子载波。跳频是把一个宽频段分解为若干个频率间隔(频道或频隙)，发端在某一个特定的时间间隔中采用哪一个频道发送信号，由一个伪随机序列进行控制。因此，OFDM技术有很好的抗窄带干扰能力。第四，OFDM每个子载波所使用的调制方法可以不同，但不同的调制方法具有不同的频谱利用率和误码率，尤其在无线信道条件不同的情况下，如何选用一种最佳的调制方法是值得考虑的。而OFDM技术采用了自适应调制的方案，可以根据信道条件的好坏，灵活选择不同的调制方式。这样，系統以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。但自适应调制方式需要信号中包含一定的开销比特。
3.2软件无线电技术。软件无线电的核心技术是用宽频带的无线接收机来代替原来的窄带接收机，并将宽带的模拟/数字、数字/模拟变换器尽可能的靠近天线，从而使通信电台的功能尽可能多的采用可编程软件来实现。软件无线电的优势主要体现在以下几个方面：(1)系统结构通用，功能实现灵活，改进升级方便。(2)提供了不同系统间相互操作的可能性。软件无线电可以使移动终端适合各种类型的空中接口，可以在不同类型的业务间转换。(3)由于通过软件实现系统的主要功能，因此更易于采用新的信号处理手段，从而提高了系统抗干扰的性能。(4)拥有较强的跟踪新技术的能力。由于它能够在保证硬件平台的基本结构不发生变化的情况下，通过改变软件来实现新业务和使用新技术，因此大大降低了设备商新通信产品的开发成本和周期，同时也降低了运营商的投资。(5)多频段天线的设计。软件无线电的天线需要覆盖多个频段，以满足多信道不同方式同时通信的需求，而射频频率和传播条件的不同，使得各频段对天线的要求存在着较大的差异，因此多频段天线的设计成为软件无线电技术实现的难点之一。(6)宽带A/D、D/A转换。根据奈奎斯特抽样定理，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。(7)高速DSP(数字信号处理器)。高速DSP芯片主要完成各种波形的调制解调和编解码过程，它需要有更多的运算资源和更高的运算速度来处理经宽带A/D、D/A变换后的高速数据流，因此其芯片有待进一步研发。
3.3智能天线。智能天线采用了空分多址(SDMA)的技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，使主波束对准用户方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号，从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。
因此，智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。在我国提出的3G标准TD-SCDMA中采用了智能天线技术。这种技术的优点如下：(1)提高系统容量。智能天线采用了SDMA技术，利用空间方向的不同进行信道的分割，在不同的信道中可以在同一时间使用同一种频率而不会产生干扰，从而提高了系统容量。(2)降低系统干扰。智能天线技术将波束的旁瓣或零陷对准干扰信号方向，因此能够有效抑制干扰。(3)扩大覆盖区域。由于智能天线有了自适应的波束定向功能，因此与普通天线相比，在同等发射功率的条件下，采用智能天线技术的信号能够传送到更远的距离，从而增加了覆盖范围。(4)降低系统建设成本。由于智能天线技术能够扩大覆盖区域，因此基站的建设数量可以相对减少，降低了运营商的建设成本。智能天线技术的主要缺点在于它的使用将增加通信系统的复杂度，并对元器件提出了较高的性能要求。
四、结束语
由于4G与1～3G相比具有通信速度更快，网络频谱更宽，通信更加灵活，智能性能更高，兼容性能更平滑等优点，4G将成为行业关注的焦点。相信不久的将来4G将一统移动通信的天下，产生巨大的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 张重阳.数字移动通信技术[M].西安:江西科技大学出版社,2006.
[2] 唐兴.移动通信技术的历史和发展趋势[J].江西通信科技,2008(2).
[3] 张献英.第四代移动通信技术浅析[J].数字通信世界,2008(6).
[4] 陈忠民，田增山.浅谈软件无线电技术及其在4G中的应用.电信快报，2006（1）
关键词：移动通信；4G；关键技术
Abstract: The fourth generation mobile communication system is a multifunctional integrated broadband mobile communication system, which can provide wireless services in different fixed platform, the wireless platform, and over different frequency band network, also can use broadband access the Internet whenever and wherever possible, and can provide the location, timing, data acquisition and remote control and other comprehensive function. This paper mainly analyzes the 4G in mobile communications, to refer to the new technology can bring new opportunities for the future development of communication.
Key words: mobile communication; 4G; key technology
中图分类号：F626.5 文献标识码：文章编号
一、4G的定义及其技术要求
第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络，具有非对称超过2 Mb/s的数据传输能力，对全速移动用户能提供150 Mb/s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)，集成不同模式的无线通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(IBCN)，他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。其主要技术要求是：
1.1通信速度提高，数据率超过UMTS，上网速率从2 Mb/s提高到100 Mb/s。
1.2移动数据为主面向Internet大范围覆盖高速移动通信网络，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。
1.3采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采用可穿戴无线电，可下载无线电等新技术。
1.4发射功率比现有移动通信系统降低10～100倍，能够较好地解决电磁干扰问题。
1.5支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务。
二、4G技术的特点分析
2.1具有很高的传输速率和传输质量。未来的移动通信系统应该能够承载大量的多媒体信息，因此要具备50-100Mbit/s的最大传输速率、非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、QoS机制、很低的比特开销等功能；
2.2灵活多样的业务功能。未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络(自组网)、代理等功能；
2.3开放的平台。未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络。
2.4高度智能化的网络。未来的移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求；
三、4G的关键技术
3.1 OFDM。OFDM技术将需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流，在将它们各自调制到相互正交的子载波上，最后合成输出，输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同。首先，由于这些子载波相互正交，因此允许它们之间的频谱重叠，从而提高了频谱利用率。其次，由于信号分解后并行子数据流的码元周期变长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的数值，就不会造成码间干扰，且这些子数据流的信号传输带宽减小，可以有效降低频率选择性衰落，同时合成后输出的总数据速率并没有降低。第三，OFDM采用跳频的方法来选用正交子载波。跳频是把一个宽频段分解为若干个频率间隔(频道或频隙)，发端在某一个特定的时间间隔中采用哪一个频道发送信号，由一个伪随机序列进行控制。因此，OFDM技术有很好的抗窄带干扰能力。第四，OFDM每个子载波所使用的调制方法可以不同，但不同的调制方法具有不同的频谱利用率和误码率，尤其在无线信道条件不同的情况下，如何选用一种最佳的调制方法是值得考虑的。而OFDM技术采用了自适应调制的方案，可以根据信道条件的好坏，灵活选择不同的调制方式。这样，系統以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。但自适应调制方式需要信号中包含一定的开销比特。
3.2软件无线电技术。软件无线电的核心技术是用宽频带的无线接收机来代替原来的窄带接收机，并将宽带的模拟/数字、数字/模拟变换器尽可能的靠近天线，从而使通信电台的功能尽可能多的采用可编程软件来实现。软件无线电的优势主要体现在以下几个方面：(1)系统结构通用，功能实现灵活，改进升级方便。(2)提供了不同系统间相互操作的可能性。软件无线电可以使移动终端适合各种类型的空中接口，可以在不同类型的业务间转换。(3)由于通过软件实现系统的主要功能，因此更易于采用新的信号处理手段，从而提高了系统抗干扰的性能。(4)拥有较强的跟踪新技术的能力。由于它能够在保证硬件平台的基本结构不发生变化的情况下，通过改变软件来实现新业务和使用新技术，因此大大降低了设备商新通信产品的开发成本和周期，同时也降低了运营商的投资。(5)多频段天线的设计。软件无线电的天线需要覆盖多个频段，以满足多信道不同方式同时通信的需求，而射频频率和传播条件的不同，使得各频段对天线的要求存在着较大的差异，因此多频段天线的设计成为软件无线电技术实现的难点之一。(6)宽带A/D、D/A转换。根据奈奎斯特抽样定理，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。(7)高速DSP(数字信号处理器)。高速DSP芯片主要完成各种波形的调制解调和编解码过程，它需要有更多的运算资源和更高的运算速度来处理经宽带A/D、D/A变换后的高速数据流，因此其芯片有待进一步研发。
3.3智能天线。智能天线采用了空分多址(SDMA)的技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分，动态改变信号的覆盖区域，使主波束对准用户方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号，从而达到抑制干扰、准确提取有效信号的目的。
因此，智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。在我国提出的3G标准TD-SCDMA中采用了智能天线技术。这种技术的优点如下：(1)提高系统容量。智能天线采用了SDMA技术，利用空间方向的不同进行信道的分割，在不同的信道中可以在同一时间使用同一种频率而不会产生干扰，从而提高了系统容量。(2)降低系统干扰。智能天线技术将波束的旁瓣或零陷对准干扰信号方向，因此能够有效抑制干扰。(3)扩大覆盖区域。由于智能天线有了自适应的波束定向功能，因此与普通天线相比，在同等发射功率的条件下，采用智能天线技术的信号能够传送到更远的距离，从而增加了覆盖范围。(4)降低系统建设成本。由于智能天线技术能够扩大覆盖区域，因此基站的建设数量可以相对减少，降低了运营商的建设成本。智能天线技术的主要缺点在于它的使用将增加通信系统的复杂度，并对元器件提出了较高的性能要求。
四、结束语
由于4G与1～3G相比具有通信速度更快，网络频谱更宽，通信更加灵活，智能性能更高，兼容性能更平滑等优点，4G将成为行业关注的焦点。相信不久的将来4G将一统移动通信的天下，产生巨大的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 张重阳.数字移动通信技术[M].西安:江西科技大学出版社,2006.
[2] 唐兴.移动通信技术的历史和发展趋势[J].江西通信科技,2008(2).
[3] 张献英.第四代移动通信技术浅析[J].数字通信世界,2008(6).
[4] 陈忠民，田增山.浅谈软件无线电技术及其在4G中的应用.电信快报，2006（1）