摘要：結合當前的發展趨勢闡述了第四代移動通信系統的概念、目標要求和具體特點，并對第四代移動通信系統中可能采用的一些關鍵技術進行了討論。 關鍵詞：第四代移動通信關鍵技術

0 引言 第三代移動通信（3G）在20 世紀80 年代末提出時倍受關注，近年來卻遭遇降溫。究其原因，單從技術角度考慮，3G系統就有很多需要改進的地方，如采用電路交換，而不是純IP方式；所能提供的最高速率只有384kbit/s(標稱最高速率為2Mbit/s)不能滿足用戶對移動通信系統的速率要求；不能充分滿足移動流媒體通信(視頻)的完全需求；沒有達成全球統一的標準等。 正是由于3G的諸多不足，使得在3G還沒有大規模投入商用、距離完全實用化還有一段時間的情況下，國內外移動通信領域的專家就已經在進行第四代移動通信系統（4G）的研究和開發工作。 1 什么是第四代移動通信技術 嚴格說來，現在還不能對第四代移動通信作出確切地定義，但可以肯定，4G通信將是一個比3G通信更完美的無線世界，它可以創造出許多難以想象的應用。 關于4G的一般描述為：“第四代移動通信的概念可稱為廣帶接入和分布網絡，具有非對稱的和超過2Mbit/s的數據傳輸能力。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統和互操作的廣播網絡（基于地面和衛星系統）。此外，第四代移動通信系統將是由多功能集成的寬帶移動通信系統，也是寬帶接入IP系統”。 實際上，世界各國在對4G的設想上存在著巨大的差異。 歐洲國家一般認為4G是一種可以有效使用頻譜的數據通信技術，并且以IPv6為基礎!網絡上的所有單位都有自己的IP地址。通過在移動通信網絡中引入IPv6 就可以把現有的各種不同的網絡融合在一起，如4G網絡將會融合衛星和平流層通信系統、數字廣播電視系統、各種蜂窩和準蜂窩系統#無線本地環路和無線局域網，并且可以和2G、3G兼容。 與歐洲關于4G的觀點正相反。日本熱衷于建立一個單一的4G全球標準。 美國則希望把WLAN 技術進行擴展，從而演進為4G的基礎。 2 第四代移動通信的目標要求和特點 2.1目前業界人士對第四代移動通信已達成的共識 a)與已有的數字移動通信系統相比，4G系統應具有更高的數據速率和傳輸質量。更好的業務質量（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，應能支持包括非對稱性業務在內的多種業務; c) 4G系統應體現移動與無線接入網和IP網絡不斷融合的發展趨勢，將在不同的固定和無線平臺以及跨越不同頻帶的網絡運行中提供無線服務; d) 能實現全球范圍內多個移動網絡和無線網絡間的無縫漫游，包括網絡無縫\終端無縫和內容無縫; e) 將是多功能集成的寬帶移動通信系統，不僅聯系人與人，更將聯系人與機器、環境，人們將能夠隨時隨地的接入需要的多媒體信息，并可遠端控制其他設備。 2.2第四代移動通信系統的一些具體特點 2.2.1傳輸速率更快 4G系統的目標速率為： a)對于大范圍高速移動用戶（250km/h）數據速率為2Mbit/s； b) 對于中速移動用戶（60km/h）數據速率為20Mbit/s； c) 對于低速移動用戶（室內或步行者），數據速率為100Mbit/s。 2.2.2帶寬更寬 據研究，每個4G信道將占有100MHz或更多帶寬，而3G網絡的帶寬則在5～20MHz之間。 2.2.3容量更大 將采用新的網絡技術（如空分多址技術等）來極大地提高系統的容量，以滿足未來大信息量的需求。 2.2.4智能性更高 4G系統的智能性更高"它將能自適應地進行資源分配，處理變化的業務流和適應不同的信道環境。 4G網絡中的智能處理器將能夠處理節點故障或基站超載，4G通信終端設備的設計和操作也將智能化。 2.2.5實現更高質量的多媒體通信 4G通信能提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數據、影像等，大量信息透過寬頻信道傳送出去，讓用戶可以在任何時間、任何地點接入到系統中，因此4G也是一種實時的&寬帶的以及無縫覆蓋的多媒體移動通信。 2.2.6兼容性能更平滑 要使4G通信盡快地被人們接收，還應該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下輕易地過渡到4G通信。因此，從這個角度看，4G通信系統應當具備真正意義上的全球漫游（包括與3G、WLAN和固定網絡之間無縫隙漫游）接口開放、能跟多種網絡互聯、終端多樣化以及能從2G平穩過渡等特點。 2.2.7業務的多樣性 在未來的全球通信中，人們所需的是多媒體通信，因此個人通信、信息系統、廣播和娛樂等各行業將會結合成一個整體，提供給用戶比以往更廣泛的服務與應用。系統的使用也會更加安全、方便，更加照顧用戶的個性。 2.2.8靈活性較強 4G系統將能夠自適應地進行資源分配，調整系統根據通信過程中變化的業務流大小進行相應處理。對信道條件不同的各種復雜環境都能進行信號的正常發送與接收，具有很強的智能性、適應性和靈活性。 用戶將使用各式各樣的移動設備接入到4G系統中來。設備與人之間的交流不再是簡單的聽、說、看，還可以通過其他途徑與用戶進行交流。4G移動設備的功能已不能簡單地劃歸到“電話機”的范疇，而且從外觀和式樣上也將會有更驚人的突破，也許眼鏡、手表、旅游鞋等都有可能成為4G終端。 2.2.9用戶共存性 4G中的移動通信技術能夠根據網絡的狀況和變化的信道條件進行自適應處理，使低速與高速用戶以及各種各樣的用戶設備能夠并存與互通，從而滿足系統多類型用戶的需求。 2.2.10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，相對其他技術來說，4G通信部署起來就容易、迅速得多。 2.2.11靈活的網絡結構 4G系統的網絡將是一個完全自治、自適應的網絡，它可以自動管理、動態改變自己的結構以滿足系統變化和發展的要求。4G系統具有不同的網絡結構，可能存在與1G、2G、3G完全不同的、沒有基站的網絡結構，包括Ad hoc網＿自組織網絡。 2.2.12將能實現不同QoS的業務 4G系統通過動態帶寬分配和調節發射功率來提供不同級別的QoS 34G系統中可能的關鍵技術 近年來人們對實現B3G/4G的關鍵技術進行了大量的研究，并取得了初步的成果。歸納起來可分為以下一些方面。 3.1未來移動通信系統需要研究的課題 a)與系統相關的技術：IP 語音技術，軟件無線電技術，廣帶無線收發信機，移動服務的系統平臺，高可靠性的網絡結構，全IP 無線，安全性、加密、計費、身份認證及移動電子商務Ad hoc 網技術。 b) 與應用相關的技術：下一代編碼/壓縮技術，動態可變碼率編碼技術，移動代理技術，人＿機接口（包括“智能”移動終端），流數據通信技術，內容描述語言，應用發展環境技術。 c) 先進的無線接入技術：動態QoS控制，差錯控制及超高速小區搜索，多播技術，IP 移動性控制，無縫IP 包傳輸，鏈路自適應，光纖無線電。 d) 頻率的有效利用：微波頻帶的開拓，頻帶的共用與頻率的共享，自適應動態信道分配，抗干擾與抗衰落技術，高密度三維蜂窩結構，自適應陣列無線及多輸入多輸出（MIMO）天線系統，自適應高效多電平調制，正交頻率復用（OFDM）技術。 e) 先進的移動終端：新的功率管理技術，可包裝終端技術，高功能顯示器件技術，語聲識別技術，下一代半導體器件技術，靈敏度的增強，移動終端的系統平臺，移動終端安全性增強技術。 3.2 4G系統中可能用到的一些關鍵技術 3.2.1無線接入方式與多址方案 a) 在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM 等多址方式中，OFDM 是4G系統最為合適的多址方案，從目前的研究進展來看，OFDM 也是將來4G系統最有可能采用的多址方式。 OFDM 是無線環境下的一種特殊的多載波傳送方案。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，即具有頻率選擇性，而OFDM 技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道是非平坦的，但每個子信道是相對平坦的，并且在每個子信道上進行窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。另外，OFDM 棄用了傳統的使用帶通濾波器來分隔子載波頻譜的方式，改用跳頻方式來選用那些即便頻譜混疊也能夠保持正交的波形，而且OFDM 系統的各個載波可以根據頻譜利用率和誤碼率的最佳平衡原則來為子載波選擇不同的調制方式，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM 等。 OFDM 的主要優點是對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾，能夠克服高速率數據傳輸時符號間干擾增大的問題；各個子信道的載波相互正交，在減小子載波間的相互干擾的同時又提高了頻譜利用率；硬件實施簡單等。 OFDM 的主要缺點是功率效率不高，對載頻的偏置較敏感。OFDM 系統對載頻的偏置比較敏感的主要原因是在頻率選擇性深衰落情況下，OFDM 系統在相應子載波上的數據可能被破壞。為此，眾多學者把OFDM 與直接序列擴頻相結合，使得信號可以在多個載波上擴展，這樣一來就能有效地利用未被破壞的子載波上的信息恢復出原始數據，實現頻率的分集。 OFDM技術的主要技術難點是系統中的頻率和時間同步、基于導頻符號輔助的信道估計、峰平比問題、多普勒頻偏引起的互載頻干擾（ICI）降低系統性能的問題以及基于OFDM 、多載波技術的新一代蜂窩移動通信系統的多址方案的研究。 b)日本NTTDoCoMo提出的4G移動系統方案的無線接入方式為VSF（variable speding factor）-OFCDM(orthogonal frequency and code pision mul-tiplexing)。VSF-OFCDM在采用多載波的同時，進行與CDMA 相同的擴散處理來增大容量。 其最大特點在于，可以根據具體的通信服務來改變時間方向與頻率方向上的擴散率，從而在類似熱點的孤立區域，通過降低擴散率來優先增大傳輸速率；而在用戶眾多的環境下，提高擴散率，增加系統容量。這種接入方式可以提高頻譜利用率，并且不受多徑干擾的影響，可通過改變擴頻因子，應用于高密度業務區和一般業務區。