第四代移動通信（4G）的發(fā)展和前景--（最終版）

1、中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)畢業(yè)論文(設(shè)計)原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘 要隨著3G標(biāo)準(zhǔn)格局的基本形成,國際電聯(lián)(ITU)開始研究和展望第4代(4G)移動通信,以提供更有效的多種業(yè)務(wù)。它能達(dá)到更快的數(shù)據(jù)傳輸速率,提供優(yōu)質(zhì)多樣而價格低廉的服務(wù)。在第三代移動通信系統(tǒng)開展應(yīng)用的同時,關(guān)于第四代移動通信系統(tǒng)的研究已

2、全面展開。目前世界發(fā)達(dá)國家都在積極進(jìn)行第四代移動通信技術(shù)規(guī)格的研究制定工作。通過從4G移動通信系統(tǒng)的產(chǎn)生背景以及特點引入，本文簡要的分析了第三代移動系統(tǒng)存在的不足,提出了第四代移動通信系統(tǒng)的概念并詳細(xì)的介紹了4G的定義。對第四代移動通信系統(tǒng)的起源、發(fā)展、特點,及世界上一些主要國家的研究進(jìn)展作了介紹,并討論了第四代移動通信系統(tǒng)可能涉及的幾種關(guān)鍵技術(shù):OFDM、軟件無線電以及智能天線技術(shù)。同時介紹了移動通信的發(fā)展?fàn)顩r、第4代移動通信的特點,分析了實現(xiàn)未來第4代移動通信系統(tǒng)所面臨的問題。關(guān)鍵詞: 4G移動通信系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵技術(shù) 軟件無線電 無線接入ABSTRACTAlong with the

3、basic formation of 3G standard structure and form,the ITU (international electricity union) begins to study and view the fourth generation mobile communication (4G) for providing more effectively various business. 4G wireless technology can offer higher data transmission rates,various high-quality a

4、nd cheaper services. While the third generation mobile communication system is applied,the study of the fourth generation mobile communication has begun. At present,the developed country in the world throw themselves into the research and establishment of the standard for 4G mobile communication tec

5、hnology. Starting with the background of the fourth generation mobile communication system and its characteristic, this paper briefly analyzed some shortages exist in the third generation mobile communication system,brought forward the concept of the fourth generation mobile communication and introd

6、uced the definition. The origin,characteristics,and development of the fourth generation mobile communication in some countries are introduced in this paper. The related key techniques such as OFDM,Software Defined Radio,Smart Antenna. Simultaneously introduces the development status of mobile commu

7、nication and the characteristic of the fourth generation mobile communication, then analyzes the problem of the future fourth mobile communication system.Key words: 4G mobile communication system network frame key techniques software radio wireless access目 錄1緒論11.1移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程11.2國內(nèi)外第四代移動通信(4G)研究的背景2

8、1.2.1第四代移動通信系統(tǒng)產(chǎn)生的背景21.2.2世界關(guān)注移動通信22第四代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)和主要特征52.1第四代通信系統(tǒng)與第三代通信系統(tǒng)的區(qū)別52.1.1第四代通信系統(tǒng)的概述52.1.2 4G與第三代通信系統(tǒng)相比的優(yōu)點52.2第四代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)62.3第四代移動通信系統(tǒng)的具體特點63第四代通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)83.1 調(diào)制技術(shù)與信號傳輸83.2 軟件無線電83.3 智能天線（SA）93.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議104.第四代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展前景114.1第四代移動通信系統(tǒng)面臨的問題114.2第四代移動通信系統(tǒng)的展望115.結(jié)束語13致 謝14參考文獻(xiàn)15IV1緒論1.1移動通信系統(tǒng)的發(fā)展

9、歷程第一代移動通信技術(shù)(1G)，主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動通信的長途漫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動漫游等。第二代移動通信技術(shù)(2G)，主要采用的是數(shù)字的時分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。全球主要有GSM和CDMA兩種體制。GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是歐洲提出的，目前全球絕大多數(shù)國家使用這一標(biāo)準(zhǔn)。我國移動通信也主要是GSM體制，比如中國移動的135到139手

10、機，中國聯(lián)通的130到132都是GSM手機。目前使用GSM的用戶國占內(nèi)市場的97。CDMA是美國高通公司提出的標(biāo)準(zhǔn)，目前在美國、韓國等國家使用。聯(lián)通公司今年開始大規(guī)模發(fā)展。主要業(yè)務(wù)是語音，其主特性是提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點，話音質(zhì)量、保密性能得到大的提高，并可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動漫游。第二代移動通信替代第一代移動通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行漫游，因而無法進(jìn)行全球漫游，由于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也無法實現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)如移動的多媒體業(yè)務(wù)

11、。第三代移動通信技術(shù)(3G)，與從前以模擬技術(shù)為代表的第一代和目前正在使用的第二代移動通信技術(shù)相比，3G將有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達(dá)5MHz以上。目前全球有三大標(biāo)準(zhǔn)，分別是歐洲提出的WCDMA、美國提出的CDMA2000和我國提出的TDSCDMA。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù)，從而提供快捷、方便的無線應(yīng)用，如無線接入Internet，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)是第三代移動通信的另個主要特點。第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連

12、接。滿足多媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。雖然第三代移動通信可以比現(xiàn)有傳輸率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求。第四代移動通信系統(tǒng)的提供便是希望能滿足提供更大的頻寬需求，滿足第三代移動通信尚不能達(dá)到的在覆蓋、質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。1.2國內(nèi)外第四代移動通信(4G)研究的背景1.2.1第四代移動通信系統(tǒng)產(chǎn)生的背景隨著人們的生活空間、活動空間和參與領(lǐng)域在不斷地擴大，對手機的功能要求，已不僅僅是對話和通信，還有許許多多其他方面的功能。要實現(xiàn)這些功能，就必須要有新型的通信技術(shù)來做保證，在這種情況下各種新興的通信技術(shù)就應(yīng)運而生了，

13、但是，因為各個通信商家的利益得不到很好的協(xié)調(diào)，這些新興的通信技術(shù)如今被分化成了三大陣營。然而，統(tǒng)一的呼聲在業(yè)界仍然留存，希望在未來能夠統(tǒng)一。這種趨勢迫使人們考慮新一代的系統(tǒng)，它能在所有的環(huán)境和各種移動狀態(tài)中傳送無線多媒體服務(wù)，滿足用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求。目前相互兼容的第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)（亦稱為后三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)）正在業(yè)界萌動。從移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的比較來看，第一代模擬式僅提供語音服務(wù)；第二代數(shù)字式移動通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6kbit/s，最高可達(dá)32kbit/s，如PHS；而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mbit/s；預(yù)計，第四代移動通信系統(tǒng)可以達(dá)到10Mbit/s至2

14、0Mbit/s。雖然第三代移動通信可以比現(xiàn)有傳輸速率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求，第四代移動通信系統(tǒng)的提出便是希望能滿足更大的頻寬需求。1.2.2世界關(guān)注移動通信目前，關(guān)于第四代移動通信的研究已經(jīng)在全球展開。第四代移動通信系統(tǒng)將是一種全 IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變了以傳統(tǒng)移動電話業(yè)務(wù)為主設(shè)計移動通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計觀念1。世界發(fā)達(dá)國家都正在積極進(jìn)行4G技術(shù)規(guī)格的研究制定，以期在全球4G規(guī)格制定中享有發(fā)言權(quán)。4G的各項運行標(biāo)準(zhǔn)將由國際電信聯(lián)盟（ITU）電信標(biāo)準(zhǔn)局決定。新一代無線通信技術(shù)在美國及日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入密集的研發(fā)和市場化階段。新的研究包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、用戶切換和漫游等移動環(huán)境下的系統(tǒng)

15、實現(xiàn)方案，從而實現(xiàn)用戶的大范圍移動，這種技術(shù)路線是當(dāng)前國際上設(shè)計移動通信系統(tǒng)的主要思路。阿爾卡特、愛立信、諾基亞和西門子已共同建立了旨在推動4G技術(shù)開發(fā)的世界無線研究論壇。美國AT&T公司已在實驗室中研究移動通信技術(shù)，其研究目的是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問因特網(wǎng)的速率，這項技術(shù)約需五年才能發(fā)布。AT&T已推出了4G Access網(wǎng)絡(luò)，它能配合目前的EDGE技術(shù)進(jìn)行上傳，并利用寬帶OFDM技術(shù)進(jìn)行下載。目前AT&T的4G Access網(wǎng)絡(luò)升級分為兩個階段，第一階段是移動電話基地臺的軟件構(gòu)建，第二階段則估計在兩年后進(jìn)行智能型天線的硬件構(gòu)建。北電網(wǎng)絡(luò)則努力使IP的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度達(dá)到20Mb

16、ps，因此必須進(jìn)Software Radio、寬帶接收器、新型功率放大器等相關(guān)行動技術(shù)的開發(fā)。日本的DoCoMo移動通信公司也已在日本進(jìn)行移動通信的研究，力圖成為移動通信領(lǐng)頭羊。為了能夠搶占未來移動電話技術(shù)的先機，日本郵電部已向日本電氣通信技術(shù)審議會提交制定（4G）移動電話規(guī)格的提案。日本電氣通信技術(shù)審議會負(fù)責(zé)審核4G技術(shù)的相關(guān)規(guī)格，決定其使用頻率、系統(tǒng)技術(shù)、開發(fā)日程等。日本電氣通信技術(shù)審議會估計，20012010年日本3G市場規(guī)模將達(dá)到42兆日元，僅2010年的營收就將達(dá)到9300億日元，而4G移動電話的市場潛力更遠(yuǎn)勝于3G。日本和韓國在IMT-2000之后的移動通信領(lǐng)域也進(jìn)行合作，兩國將共

17、同建立因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、例行兩國之間的有線無線通訊結(jié)合環(huán)境，并進(jìn)行超高速衛(wèi)星通信實驗。韓國政府將斥資1350億韓元，用于4G通信系統(tǒng)的開發(fā)。這些資金將主要用于高速信息包傳輸技術(shù)、固定無線通訊設(shè)備以及移動軟件開發(fā)和下一代網(wǎng)絡(luò)工藝上。為推進(jìn)4G移動通信服務(wù)系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)程，政府成立一個科研開發(fā)小組，專門負(fù)責(zé)該項目的實施。韓國政府已與移動通信設(shè)備公司及服務(wù)公司合資成立了下一代移動通信技術(shù)開發(fā)協(xié)會，著手進(jìn)行4G等未來移動通信服務(wù)技術(shù)的開始研究。下一代移動通信技術(shù)開發(fā)協(xié)會還將聚集產(chǎn)、學(xué)、研的通訊專家，成立未來移動通信規(guī)劃委員會，負(fù)責(zé)推動4G規(guī)劃、3G服務(wù)及系統(tǒng)改進(jìn)、針對無線網(wǎng)絡(luò)專用通訊的TDD（Time Divi

18、sion Duplex）方案設(shè)計和高速數(shù)據(jù)通訊（Hight Data Rate）等領(lǐng)域的研究。三星電子的SERI研究中心也開始進(jìn)行4G移動通信技術(shù)的開發(fā)工作。我國在4G領(lǐng)域也取得得大成果。漢網(wǎng)公司研制出的漢網(wǎng)“寬帶無線IP通信系統(tǒng)”用了4G技術(shù)和IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以漢有的包分多址（PDMA）接入技術(shù)為核心，上下行數(shù)據(jù)速率采用不對稱設(shè)計，可為無線用戶提供高達(dá)近2Mbps的高速無線互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，同時提供高速率的文字、圖像、視頻、話音等不同類型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?？蓪崿F(xiàn)手機、PDA、PC之間的自由通信和組播、多點通信等擴展業(yè)務(wù)。移動通信設(shè)備“智能化”程度極高，移動通信面向個人、正反饋良好循環(huán)發(fā)展的特性，決定其市場潛

19、力仍非常巨大。移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，給移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展都將注入更大的活力。隨著互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，移動通信系統(tǒng)將會得到更快的發(fā)展。據(jù)預(yù)測，這種以寬帶、接入因特網(wǎng)、具有多種綜合功能移動通信技術(shù)在2011年將成為移動通信市場主流技術(shù)。21世紀(jì)我國移動通信還有一個巨大的發(fā)展空間同，這為我國移動通信的發(fā)展提供了前所未有的機遇，同時也帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，我們有必要在大力開發(fā)第三代移動通信技術(shù)系統(tǒng)的同時，提前作好準(zhǔn)備，積極參與ITU關(guān)于移動通信標(biāo)準(zhǔn)建議的研究，掌握世界移動通信技術(shù)的研究動向和最新成果，加強國際合作，關(guān)注并積極進(jìn)行移動通信技術(shù)的研究與開發(fā)工作，把移動通信的研發(fā)與建立我國移動通信產(chǎn)業(yè)結(jié)

20、合起來，加快我國移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使我國的移動通信產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外擁有強大的市場。2第四代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)和主要特征2.1第四代通信系統(tǒng)與第三代通信系統(tǒng)的區(qū)別2.1.1第四代通信系統(tǒng)的概述4G并不是一個明確的定義，在人們的構(gòu)想中，4G是集3G與WLAN于一體的，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下，而且計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的

21、服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。2.1.2 4G與第三代通信系統(tǒng)相比的優(yōu)點4G通信是一個比3G通信更完美的新無線世界，它可創(chuàng)造出許多消費者難以想象的應(yīng)用。3G技術(shù)發(fā)展至今仍不很成熟。目前，3G還缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，即使在美國，也存在三種互不兼容的規(guī)范。3G所運用的語音交換架構(gòu)仍承襲了2G的電路交換，而不是完全I(xiàn)P形式，由于受到多用戶干擾，難以達(dá)到很高的通信速率，它的數(shù)據(jù)傳輸率只相當(dāng)于普通撥號接入水平，更趕不上DSL2。4G最大的數(shù)據(jù)傳輸速率超過100Mbit/s，這個速率是移動電話數(shù)據(jù)傳輸速率的1萬倍，也

22、是3G移動電話速率的50倍。4G手機可以提供高性能的匯流媒體內(nèi)容，并通過ID應(yīng)用程序成為個人身份鑒定設(shè)備。它也可以接受高分辨率的電影和電視節(jié)目，從而成為合并廣播和通信的新基礎(chǔ)設(shè)施中的一個紐帶。此外，4G的無線即時連接等某些服務(wù)費用會比3G便宜。還有，4G有望集成不同模式的無線通信從無線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個標(biāo)準(zhǔn)。 4G通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并利用了一些新的通信技術(shù)，來不斷提高無線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能的。如果說3G能為人們提供一個高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境的話，那么4G通信會是一種超高速無線

23、網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級高速網(wǎng)絡(luò)，這種新網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線及三維空間虛擬實境連線。 與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，4G通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢在于通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度。隨著技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，現(xiàn)有移動電話網(wǎng)中手機的通話質(zhì)量還在進(jìn)一步提高。數(shù)據(jù)通信速度的高速化的確是一個很大優(yōu)點，它的最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到100Mbit/s，簡直是不可思議的事情。另外由于技術(shù)的先進(jìn)性確保了成本投資的大大減少，未來的4G通信費用也要比3G通信費用低。 如果說2G、3G通信對于人類信息化的發(fā)展是微不足道的話，那么未來的4G通信卻給了人們真正的溝通自由，并徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞缴踔辽鐣螒B(tài)。2.2第四代移動通信系統(tǒng)的目標(biāo)a

24、)與已有的數(shù)字移動通信系統(tǒng)相比，4G系統(tǒng)應(yīng)具有更高的數(shù)據(jù)速率和傳輸質(zhì)量。更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）更高的頻譜利用率,更高的安全性,智能性和靈活性;b) 可以容納更多的用戶,應(yīng)能支持包括非對稱性業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù);c) 4G系統(tǒng)應(yīng)體現(xiàn)移動與無線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢,將在不同的固定和無線平臺以及跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)運行中提供無線服務(wù);d) 能實現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個移動網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游,包括網(wǎng)絡(luò)無縫,終端無縫和內(nèi)容無縫;e) 將是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，不僅聯(lián)系人與人，更將聯(lián)系人與機器、環(huán)境，人們將能夠隨時隨地的接入需要的多媒體信息，并可遠(yuǎn)端控制其他設(shè)備。2.3第四代移動通信系

25、統(tǒng)的具體特點(1)高速率。對于大范圍高速移動用戶(250km/h)，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s;對于中速移動用戶(60km/h)，數(shù)據(jù)速率為20Mb/s;對于低速移動用戶(室內(nèi)或步行者)，數(shù)據(jù)速率為100Mb/s。(2)以數(shù)字寬帶技術(shù)為主。在4G移動通信系統(tǒng)中，信號以毫米波為主要傳輸波段，蜂窩小區(qū)也會相應(yīng)小很多，很大程度上提高用戶容量，但同時也會引起系列技術(shù)上的難題。(3)良好的兼容性。4G移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，讓所有移動通信運營商的用戶享受共同的4G服務(wù)，真正實現(xiàn)一部手機在全球的任何地點都能進(jìn)行通信。(4)較強的靈活性。4G移動通信系統(tǒng)采用智能技術(shù)使其能自適應(yīng)地進(jìn)行資源分配，能對通信過程

26、中不斷變化的業(yè)務(wù)流大小進(jìn)行相應(yīng)處理而滿足通信要求，采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行信號的正常發(fā)送與接收，有很強的智能性、適應(yīng)性和靈活性。(5)多類型用戶共存。4G移動通信系統(tǒng)能根據(jù)動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和變化的信道條件進(jìn)行自適應(yīng)處理，使低速與高速的用戶以及各種各樣的用戶設(shè)備能夠共存與互通，從而滿足系統(tǒng)多類型用戶的需求。(6)多種業(yè)務(wù)的融合。4G移動通信系統(tǒng)支持更豐富的移動業(yè)務(wù)，包括高清晰度圖像業(yè)務(wù)、會議電視、虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)等，使用戶在任何地方都可以獲得任何所需的信息服務(wù)。將個人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等行業(yè)結(jié)合成一個整體，更加安全、方便地向用戶提供更廣泛的服務(wù)與應(yīng)用。(7)先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)

27、用。4G移動通信系統(tǒng)以幾項突破性技術(shù)為基礎(chǔ)，如：OFDM多址接入方式、智能天線和空時編碼技術(shù)、無線鏈路增強技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、高性能的收發(fā)信機和多用戶檢測技術(shù)等。(8)高度自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。4G移動通信系統(tǒng)是一個完全自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，擁有對結(jié)構(gòu)的自我管理能力，以滿足用戶在業(yè)務(wù)和容量方面不斷變化的需求。(9)隨時隨地的移動接入。4G利用無線接入技術(shù)，提供話音、高速信息業(yè)務(wù)、廣播及娛樂等多媒體業(yè)務(wù)接入方式，用戶可隨時隨地接入系統(tǒng)。(10)通信費用更加便宜,4G通信能解決與3G的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶輕易地升級到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端通信技術(shù)，相對

28、其他技術(shù)來說，4G通信部署起來就容易、迅速得多。3第四代通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)3.1 調(diào)制技術(shù)與信號傳輸在高頻段高速移動傳輸會產(chǎn)生嚴(yán)重的頻率選擇性衰落，實現(xiàn)調(diào)制，解調(diào)的魯棒性可以克服這種頻率選擇性衰落，并且新的調(diào)制技術(shù)如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載波帶自適應(yīng)均衡技術(shù)都將提供很高的頻譜效率。另外，電池功率的限制也必須突破。4G系統(tǒng)將采用這些調(diào)制方式以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。此外，高性能正向糾錯（FEC）編碼，如Turbo編碼技術(shù)、自動重發(fā)請求（ARQ）和分集接收技術(shù)也是建立高速大容量網(wǎng)絡(luò)的重要因素。若從技術(shù)層面來看，第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而第四代移動通信

29、系統(tǒng)技術(shù)則以O(shè)FDM（正交頻分復(fù)用）最受矚目，OFDM技術(shù)實際上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是：采用并行傳輸技術(shù)將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ICI)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易3。OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點是能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFD

30、M系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率4。3.2 軟件無線電軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。通過下載不同的軟件程序，在硬件平臺上可以實現(xiàn)不同的功能，用以實現(xiàn)在不同的系統(tǒng)中利用單一的終端進(jìn)行漫游，它是解決移動終端在不同系統(tǒng)中工作的關(guān)鍵技術(shù)。軟件無線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器 ,并盡可能多地用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處理都盡可能用軟件實現(xiàn) ,其軟件系統(tǒng)包括各類無線信

31、令規(guī)則與處理軟件、信號流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬件（DSPH）、現(xiàn)場可編程器件（FPGA）、數(shù)字信號處理（DSP）等。目前，軟件無線電技術(shù)雖然基本上實現(xiàn)了其基本功能：硬件數(shù)字化、軟件可編程化、設(shè)備可重復(fù)配置性，但是其傳統(tǒng)的流水線式結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響了設(shè)備可配置功能和設(shè)備的可擴展性。1999年，美國麻省理工學(xué)院V.Bose等人在Spectrum Ware項目支持下提出了網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)的虛擬無線電概念。這個項目致力于建立一個充分利用工作站提供的資源和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的理想無線電結(jié)構(gòu)，人們稱它為虛擬無線電，這將是軟件無線電的發(fā)展方向。國內(nèi)，“8

32、63”中的軟件無線電項目，也提出了類似的一種基于交換的硬件平臺結(jié)構(gòu)，它與1997年J.Mitola提出的基于交換的硬件平臺結(jié)構(gòu)完全類似。3.3 智能天線（SA）智能天線原名自適應(yīng)天線陣列（AAA，Adaptive Antenna Array），最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納等軍事方面，主要用來完成空間濾波和定位，大家熟悉的相控陣?yán)走_(dá)就是一種較簡單的自適應(yīng)天線陣。移動通信研究者給應(yīng)用于移動通信的自適應(yīng)天線陣起了一個較吸引人的名字智能天線5。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技

33、術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射，同時，通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前，智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可以達(dá)到最優(yōu)，但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)量、計算量大，信道模型簡單，收斂速度較慢，在某些情況下甚至可能出現(xiàn)錯誤收斂等缺點，實際信道條件下當(dāng)干擾較多、多徑嚴(yán)重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進(jìn)行實時跟蹤6。正是在這一背景下，基于預(yù)多波束的切換波束工作方式被提出。此時全空

34、域（各種可能的入射角）被一些預(yù)先計算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對應(yīng)的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊，接收時的主要任務(wù)是挑選一個（也有可能是幾個，但需合并后再輸出）作為工作模式，與自適應(yīng)方式相比它顯然更容易實現(xiàn)，實際上我們可將其看作是介于扇形天線與全自適應(yīng)天線間的一種技術(shù)，也是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。3.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括了適用于IP分組傳輸?shù)目罩薪涌?、位置寄存、基站網(wǎng)絡(luò)配置、無線QoS控制、網(wǎng)絡(luò)配置和集成式3G-WLAN無縫業(yè)務(wù)控制等功能模塊。為了解決城區(qū)密集業(yè)務(wù)，頻率復(fù)用是關(guān)鍵，而且用微蜂窩實現(xiàn)無縫覆蓋要比熱點覆蓋策略好，因為前者可以避免地

35、理位置上的業(yè)務(wù)集中7。在處理多媒體業(yè)務(wù)時，智能無線資源管理是關(guān)鍵技術(shù)，無線系統(tǒng)資源（頻率和發(fā)射功率）是有限的且易受阻塞的困擾，因此，有必要采用無線QoS資源控制，以保證業(yè)務(wù)質(zhì)量和支持各種級別的應(yīng)用。由4G系統(tǒng)支持的應(yīng)用業(yè)務(wù)將依據(jù)業(yè)務(wù)的特點進(jìn)行分類，無線QoS資源控制方式要既能支持實時性應(yīng)用，也能支持非實時性應(yīng)用。無線資源管理者首先檢查可用資源、前/后向鏈路質(zhì)量、應(yīng)用類別以及QoS業(yè)務(wù)用戶級別，然后再指配適當(dāng)?shù)那?后向鏈路速率和發(fā)射功率8。4G系統(tǒng)中基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以處理IP包，方便地提供全向功能，關(guān)鍵是選路/切換和鑒權(quán)策略。除此之外，另一項技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)化。在第四代移動通信系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的

36、電路交換和現(xiàn)行的分組交換網(wǎng)絡(luò)將會被IP分組交換網(wǎng)絡(luò)所取代，而射頻(RF)、線性放大器與信道的控制均是相當(dāng)重要的組件。至于其硬件上如何實現(xiàn)第四代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，則是以O(shè)FDM技術(shù)為核心來發(fā)展硬件架構(gòu)9。若從架構(gòu)上來看，目前第一、第二、第三代移動通信基礎(chǔ)架構(gòu)均是交換層架構(gòu)，而第四代不僅要考慮到交換層級技術(shù)，還必須涵蓋不同類型的通信接口，也就是說第四代主要是運用路由技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。3G采用CDMA技術(shù)，而4G采用OFDM技術(shù) OFDM可以提高頻譜利用率，能夠克服CDMA在支持高速率數(shù)據(jù)傳輸時信號間干擾增大的問題10。在軟件無線電方面，4G需要對3G中的軟件無線電技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的升級，以滿足4G中無線接

37、入多樣化的要求。在智能天線的應(yīng)用方面，4G需要提高智能天線的處理速度和效率，對相關(guān)的軟件和算法加以升級，增加一些接口協(xié)議。在功率控制方面，4G比3G要求更加嚴(yán)格，其目的是為了滿足高速通信的要求。在3G中，采用切換技術(shù)來減少對其它小區(qū)的干擾，提高話音質(zhì)量；在4G中，切換技術(shù)的應(yīng)用更加廣闊，并朝著軟切換和硬切換相結(jié)合的方向發(fā)展。在新技術(shù)的應(yīng)用方面， 4G系統(tǒng)使用超鏈接和特定無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、動態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能頻譜動態(tài)分配技術(shù)等新技術(shù)11。4.第四代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展前景4.1第四代移動通信系統(tǒng)面臨的問題要使第四代移動通信系統(tǒng)能投入實際應(yīng)用，就需要對現(xiàn)有的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造，首先需要解決

38、無線系統(tǒng)中的移動性管理和核心網(wǎng)的移動IP技術(shù)等問題，當(dāng)然還有4G的標(biāo)準(zhǔn)問題。網(wǎng)絡(luò)層移動性是4G移動性管理的關(guān)鍵，移動性通常涉及到在不同網(wǎng)段間漫游的移動用戶，數(shù)據(jù)鏈路層的移動性支持通常限制在同類網(wǎng)絡(luò)之間。移動IP代表了一種簡單而且可以升級的全球移動性方案。但是，對于第四代移動通信系統(tǒng)而言，它缺乏實時位置管理和快速無縫切換機制的支持。要解決這些問題，必須采用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和管理路由優(yōu)化方案，需要采用高效的發(fā)送和切換協(xié)議，這些協(xié)議必須能很好地解決數(shù)據(jù)丟失和延遲的問題。另外，移動IP環(huán)境下的QoS所使用的綜合業(yè)務(wù)/RSVP技術(shù)(IntSev/RSVP)和區(qū)別型業(yè)務(wù)技術(shù)(DifServ)也需解決12。在4

39、G系統(tǒng)中，要開發(fā)新的頻譜資源，提供頻譜利用率并選擇合適的傳輸技術(shù)。利用RAKE接收、跳頻以及Turbo碼等技術(shù)來增強系統(tǒng)的性能，提高信干比。提高檢測可用的資源以及信號質(zhì)量、動態(tài)分配頻率資源和信號發(fā)射功率、增加移動通信系統(tǒng)容量、降低信號發(fā)射功率;提高通信的覆蓋范圍，并支持多媒體通信、無線接入寬帶固定網(wǎng)以及在不同系統(tǒng)之間的漫游等10。4.2第四代移動通信系統(tǒng)的展望從4G的核心技術(shù)OFDM來看，其面臨很好的機遇，因為OFDM已經(jīng)獲得了許多通信業(yè)界巨頭的一致支持，其中包括朗訊、思科、飛利浦半導(dǎo)體和諾基亞。而且在這些公司最近的宣傳中，都列舉了OFDM優(yōu)越于CDMA的種種特點，并顯示了他們對OFDM成為第

40、四代移動通信最終標(biāo)準(zhǔn)的強烈信心。思科公司在并購了硅谷的技術(shù)公司Clarity Corporation而獲得了其所有的VOFDM（矢量正交頻分復(fù)用）專利之后，對外界宣稱，已經(jīng)生產(chǎn)出了具有U-NII波段和MMDS架構(gòu)的設(shè)備，并作好了上市銷售的準(zhǔn)備13。在歐洲地區(qū)，無線本地環(huán)路與數(shù)字音訊廣播已針對其室內(nèi)應(yīng)用而進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)，測試項目包括10Mbit/s與MPEG影像傳輸應(yīng)用，而第四代移動通信技術(shù)則將會是現(xiàn)有兩項研發(fā)技術(shù)的延伸，先從室內(nèi)技術(shù)開始，再逐漸擴展到室外的移動通信網(wǎng)路。目前第四代移動通信的頻段尚未被討論與制訂，不過原則上將會是以高頻段頻譜為主，另外也將會使用到微波相關(guān)的技術(shù)與頻段14。我們可以

41、看到，OFDM的成型技術(shù)產(chǎn)品還遠(yuǎn)不及CDMA那樣豐富，目前只是在DSL(數(shù)字用戶線)環(huán)境下的應(yīng)用有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，在此領(lǐng)域的應(yīng)用也并不能在很大程度上體現(xiàn)OFDM性能上的過人之處。而且，在技術(shù)上仍存在不少問題15。有專家提出對4G系統(tǒng)進(jìn)行電磁兼容性（EMC）和對于人體的危害評估是極其重要的，尤其是高頻段像毫米波和微米波這樣的頻率。也有不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，盡管第四代移動通信技術(shù)有著比3G更強的優(yōu)越性，可要是把4G投入到實際應(yīng)用，需要對現(xiàn)有的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造，這將會引發(fā)一系列的資金、觀念（3G尚未商用，4G更是遙遙無期）等問題，從而在一定程度上會減緩4G正式進(jìn)入市場的速度。5.結(jié)束語 通過上

42、面的介紹我們可以看出，第四代移動通信的研究還處于初期階段，其基本功能、核心技術(shù)還處于早期的設(shè)想和研究階段。如同現(xiàn)有的3G系統(tǒng)漸進(jìn)地發(fā)展和取代2G系統(tǒng)的過程一樣，4G不會在一夜之間取代3G系統(tǒng)，更不可能跨越3G系統(tǒng)而直接投入應(yīng)用。發(fā)生在3G標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的種種問題，多多少少在4G身上也會出現(xiàn)。制訂一個全世界統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)決非易事，4G走向商用化也需要整個通信行業(yè)的努力。從這個角度來講，4G還有很長的路要走，我們不能對它要求太高。第四代移動通信的具體實現(xiàn)在現(xiàn)在看來還面臨著許多難題，但隨著技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在看來困難的事情可能因為某一關(guān)鍵技術(shù)的突破而實現(xiàn)。所以，現(xiàn)在對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可行性、靈活性的研究，對這些體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)的研究將對4G的盡快實現(xiàn)有著十分重要的意義。4G 中除了核心網(wǎng)絡(luò)之外，其他的很多設(shè)備和技術(shù)都可以利用3G中所采用的技術(shù)資源和設(shè)備，在未來，我們可以改進(jìn)原有的硬件設(shè)施，對原有的軟件進(jìn)行升級融合，再加上 4G 關(guān)鍵技術(shù)，使得3G能平滑過渡到4G，并能最大限度地降低通信建