浅析4G移动通信技术

摘　要　文章介绍了第4代移动通信（4G）的特点及发展趋势，提出了实现4G移动通信需要解决的多项关键技术。包括正交频分复用OFDM多载波传输技术、软件无线电技术、智能天线技术、多输入多输出技术（MIMO）、IP网络技术。

关键词　4G移动通信　OFDM　无线接入网

引言

　　第四代移动通信系统（4G）的目标是成为一个无所不在的无线通信系统，提供无缝、高QoS、高速率的无线业务。这必然要求在现存的体系、频谱分配及利用上进行创新，对无线传输网络、无线业务和应用进行创新。4G比3G更接近于个人通信，本文将介绍其体系结构和关键技术。

一　4G简述

　　在移动通信领域，每10年就发生一次革命性变化。80年代的第一代模拟移动通信系统和90年代的第二代蜂窝移动通信系统主要用于话音业务和支持电路交换类型的业务，这两代系统的空中接口速率只有几百kbit/s。将在21世纪初投入使用的3G系统IMT-2000在室内环境下能提供2Mbit/s的速率，在车载情况下速率至少为144kbit/s。移动通信已成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。当今移动通信系统正向高数据率、高度移动性和大范围覆盖方向发展。

　　尽管3G系统标准比现有无线技术更强大，但也将面临竞争和标准不兼容等问题。人们呼吁移动通信标准的统一，期望通过第四代移动通信标准的制定来解决兼容问题。

　　国际电信联盟（ITU）目前已开始研究制定4G系统标准，把移动通信系统同其他系统（如无限局域网，WLAN）结合起来，产生4G技术，2010年前使数据传输速率达到100Mbit/s。提供更有效的多种业务，实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝衔接并相互兼容。4G应具有更高的数据率和频谱利用率，更高的安全性、智能性和灵活性，更高的传输质量和服质量（QoS）。4G系统应体现移动与无线接入网及IP网络不断融合的发展趋势。因此4G 系统应当是一个全IP的网络。

二　4G的技术特点

　　4G是多功能集成宽带移动通信系统，比3G更接近于个人通信。其特点主要有：

　　（1）高速率。4G的信息传输速率要比3G高一个等级，从2Mbit/s提高到10Mbit/s。

　　（2）灵活性强。4G拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性。

　　（3）兼容性好。目前ITU承认的、已有相当规模的移动通信标准有GSM、CDMA和TDMA三大分支，可通过4G标准的制定来解决兼容问题。

　　（4）用户共存性。4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求。

　　（5）业务多样性。未来通信中所需的是多媒体通信：个人通信、信息系统、广播和娱乐等将结合成一个整体。4G能提供各种标准的通信业务，满足宽带和综合多种业务需求。

　　（6）技术基础较好。4G将以几项突破性技术为基础，如OFDM、无线接入、软件无线电等，能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。

　　（7）随时随地的移动接入。4G利用无线接入技术，提供话音、高速信息业务、广播及娱乐等多媒体业务接入方式，用户可随时随地接入系统。

　　（8）自治的网络结构。4G网络将是一个完全自治、自适应的网络。可自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。

三　4G网络结构

　　4G系统针对各种不同业务的接入系统，通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变得更容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带，这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端，跨越多个运营商和服务商，提供更大范围服务。

　　4G网络有如下特征：

　　（1）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构；

　　（2）与Internet集成统一，移动通信网仅仅作为一个无线接入网；

　　（3）具有开放、灵活的结构，易于扩展；

　　（4）是一个可重构的、自组织的、自适应网络；

　　（5）智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求；

　　（6）用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无缝切换，传送高速多媒体业务数据；

　　（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展。

四　4G通信系统的关键技术

4.1　OFDM调制技术

未来无线多媒体业务既要求数据传输速率高，又要保证传输质量