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[摘要]：结合当前的发展趋势阐述了第四代移动通信系统的概念、目标要求和具体特点，并对第四代移动通信系统中可能采用的一些关键技术进行了讨论。
[关键词]：4G 移动通信 关键技术
0 .引言
第三代移动通信（3G）在20 世纪80 年代末提出时倍受关注，近年来却遭遇降温。究其原因，单从技术角度考虑，3G系统就有很多需要改进的地方，如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率只有384kbit/s（标称最高速率为2Mbit/s）不能满足用户对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信（视频）的完全需求；没有达成全球统一的标准等。正是由于3G的诸多不足，使得在3G还没有大规模投入商用、距离完全实用化还有一段时间的情况下，国内外移动通信领域的专家就已经在进行第四代移动通信系统（4G）的研究和开发工作。
1 .什么是第四代移动通信技术
严格说来，现在还不能对第四代移动通信作出确切地定义，但可以肯定，4G通信将是一个比3G通信更完美的无线世界，它可以创造出许多难以想象的应用。
关于4G的一般描述为：“第四代移动通信的概念可称为广带接入和分布网络，具有非对称的和超过2Mbit/s的数据传输能力。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）。此外，第四代移动通信系统将是由多功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统”。
2. 第四代移动通信的目标要求和特点
2.1目前业界人士对第四代移动通信已达成的共识
a）与已有的数字移动通信系统相比，4G系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量（QoS）更高的频谱利用率，更高的安全性＼智能性和灵活性；
b） 可以容纳更多的用户，应能支持包括非对称性业务在内的多种业务；
c） 4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势，将在不同的固定和无线平台以及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务；
d） 能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，包括网络无缝＼终端无缝和内容无缝；
e） 将是多功能集成的宽带移动通信系统，不仅联系人与人，更将联系人与机器、环境，人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息，并可远端控制其他设备。
2.2第四代移动通信系统的一些具体特点
2.2.1传输速率更快
4G系统的目标速率为：
a）对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；
b） 对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbit/s；
c） 对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。
2.2.2带宽更宽
据研究，每个4G信道将占有100MHz或更多带宽，而3G网络的带宽则在5～20MHz之间。
2.2.3容量更大
将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来极大地提高系统的容量，以满足未来大信息量的需求。
2.2.4智能性更高
4G系统的智能性更高"它将能自适应地进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境。。
3.4G系统中可能的关键技术
近年来人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。归纳起来可分为以下一些方面。
3.1未来移动通信系统需要研究的课题
a）与系统相关的技术：IP 语音技术，软件无线电技术，广带无线收发信机，移动服务的系统平台，高可靠性的网络结构，全IP 无线，安全性、加密、计费、身份认证及移动电子商务Ad hoc 网技术。
b） 与应用相关的技术：下一代编码/压缩技术，动态可变码率编码技术，移动代理技术，人_机接口（包括“智能”移动终端），流数据通信技术，内容描述语言，应用发展环境技术。
c） 先进的无线接入技术：动态QoS控制，差错控制及超高速小区搜索，多播技术，IP 移动性控制，无缝IP 包传输，链路自适应，光纤无线电。
3.2 4G系统中可能用到的一些关键技术
3.2.1无线接入方式与多址方案
a） 在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM 等多址方式中，OFDM 是4G系统最为合适的多址方案，从目前的研究进展来看，OFDM 也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。
OFDM 的主要优点是对多径衰落和多普勒频移不敏感，能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，能够克服高速率数据传输时符号间干扰增大的问题；各个子信道的载波相互正交，在减小子载波间的相互干扰的同时又提高了频谱利用率；硬件实施简单等。
3.2.2调制与编码
a） 多载波调制（MCM）技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率，用这些数据流去并行调制若干个载波，然后合成输出。 b） 自适应调制与编码（AMC）是目前研究的又一热点技术。AMC 的原理是根据信道条件（基于从接收机反馈信息来估计）瞬时的变化改变调制与编码格式，对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法可获得最好的分集性能；多天线技术，如采用2 或4天线可实现发射分集，或者采用MIMO 技术可实现发射和接收分集。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，一方面要采用有效的措施提高频谱利用率，另一方面要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP 的核心网
综观当前的发展趋势，IP 被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案，使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网（WLAN）或者是Ad hoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP 的3G网络等则通过特定的网关连接。
3.2.6软件无线电（SDR）技术
在4G系统中，由于移动用户在不同的系统间漫游，系统之间以及系统内部需要无缝切换，而且随着4G系统的发展，会不断出现新的业务和新的需求，这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mbit/s，则所需的SNR为1.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见由于4G系统的速率很高，因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列，它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能，可以跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，实现空间分集，提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价。
4 .结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨，具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现，可以预见，随着技术的进步和网络的发展，下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。
参考文献
1 吴伟陵.移动通信中的关键技术.北京；北京邮电大学出版社，2002。
2 雷春娟，李承恕.关于第四代移动通信若干问题的探讨.移动通信2002（06）。
[关键词]：4G 移动通信 关键技术
0 .引言
第三代移动通信（3G）在20 世纪80 年代末提出时倍受关注，近年来却遭遇降温。究其原因，单从技术角度考虑，3G系统就有很多需要改进的地方，如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率只有384kbit/s（标称最高速率为2Mbit/s）不能满足用户对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信（视频）的完全需求；没有达成全球统一的标准等。正是由于3G的诸多不足，使得在3G还没有大规模投入商用、距离完全实用化还有一段时间的情况下，国内外移动通信领域的专家就已经在进行第四代移动通信系统（4G）的研究和开发工作。
1 .什么是第四代移动通信技术
严格说来，现在还不能对第四代移动通信作出确切地定义，但可以肯定，4G通信将是一个比3G通信更完美的无线世界，它可以创造出许多难以想象的应用。
关于4G的一般描述为：“第四代移动通信的概念可称为广带接入和分布网络，具有非对称的和超过2Mbit/s的数据传输能力。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）。此外，第四代移动通信系统将是由多功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统”。
2. 第四代移动通信的目标要求和特点
2.1目前业界人士对第四代移动通信已达成的共识
a）与已有的数字移动通信系统相比，4G系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量（QoS）更高的频谱利用率，更高的安全性＼智能性和灵活性；
b） 可以容纳更多的用户，应能支持包括非对称性业务在内的多种业务；
c） 4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势，将在不同的固定和无线平台以及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务；
d） 能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，包括网络无缝＼终端无缝和内容无缝；
e） 将是多功能集成的宽带移动通信系统，不仅联系人与人，更将联系人与机器、环境，人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息，并可远端控制其他设备。
2.2第四代移动通信系统的一些具体特点
2.2.1传输速率更快
4G系统的目标速率为：
a）对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；
b） 对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbit/s；
c） 对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。
2.2.2带宽更宽
据研究，每个4G信道将占有100MHz或更多带宽，而3G网络的带宽则在5～20MHz之间。
2.2.3容量更大
将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来极大地提高系统的容量，以满足未来大信息量的需求。
2.2.4智能性更高
4G系统的智能性更高"它将能自适应地进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境。。
3.4G系统中可能的关键技术
近年来人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。归纳起来可分为以下一些方面。
3.1未来移动通信系统需要研究的课题
a）与系统相关的技术：IP 语音技术，软件无线电技术，广带无线收发信机，移动服务的系统平台，高可靠性的网络结构，全IP 无线，安全性、加密、计费、身份认证及移动电子商务Ad hoc 网技术。
b） 与应用相关的技术：下一代编码/压缩技术，动态可变码率编码技术，移动代理技术，人_机接口（包括“智能”移动终端），流数据通信技术，内容描述语言，应用发展环境技术。
c） 先进的无线接入技术：动态QoS控制，差错控制及超高速小区搜索，多播技术，IP 移动性控制，无缝IP 包传输，链路自适应，光纤无线电。
3.2 4G系统中可能用到的一些关键技术
3.2.1无线接入方式与多址方案
a） 在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM 等多址方式中，OFDM 是4G系统最为合适的多址方案，从目前的研究进展来看，OFDM 也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。
OFDM 的主要优点是对多径衰落和多普勒频移不敏感，能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，能够克服高速率数据传输时符号间干扰增大的问题；各个子信道的载波相互正交，在减小子载波间的相互干扰的同时又提高了频谱利用率；硬件实施简单等。
3.2.2调制与编码
a） 多载波调制（MCM）技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率，用这些数据流去并行调制若干个载波，然后合成输出。 b） 自适应调制与编码（AMC）是目前研究的又一热点技术。AMC 的原理是根据信道条件（基于从接收机反馈信息来估计）瞬时的变化改变调制与编码格式，对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法可获得最好的分集性能；多天线技术，如采用2 或4天线可实现发射分集，或者采用MIMO 技术可实现发射和接收分集。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，一方面要采用有效的措施提高频谱利用率，另一方面要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP 的核心网
综观当前的发展趋势，IP 被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案，使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网（WLAN）或者是Ad hoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP 的3G网络等则通过特定的网关连接。
3.2.6软件无线电（SDR）技术
在4G系统中，由于移动用户在不同的系统间漫游，系统之间以及系统内部需要无缝切换，而且随着4G系统的发展，会不断出现新的业务和新的需求，这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mbit/s，则所需的SNR为1.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见由于4G系统的速率很高，因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列，它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能，可以跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，实现空间分集，提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价。
4 .结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨，具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现，可以预见，随着技术的进步和网络的发展，下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。
参考文献
1 吴伟陵.移动通信中的关键技术.北京；北京邮电大学出版社，2002。
2 雷春娟，李承恕.关于第四代移动通信若干问题的探讨.移动通信2002（06）。