本文介绍了我国移动通信当前的发展概况，分析了第三代移动通信系统(3G)向第四代移动通信系统(4G)演化的原因，并对3G 与4G进行了比较，详细论述了4G的概念和新技术，同时对4G的发展趋势进行了深入的探讨，以期待对我国4G的发展方向提供借鉴。 【关键词】3G；4G；移动通信系统；研究进展。

Department ofElectronic Information and Electric Engineering，Hefei University，Hefei Anhui。230601，Cllian) 【AbacaS]This paper presents the current general situation of china’s mobile telecommunication’s development，analyses the roasons that make 3G1 mobile telecommunication system evolve Into 4G．describing the concept and new technologies of 4G in detail．Meanwhile，it alSO conducts a di6c1188ion：in depth 0n the tendency of the 4G’S development to provide reference materials for the direction of 4G’S development of our country． fKey钾嘲孽13G；4G；Mobile telecommunication system；Research progress

引言

当今世界通信技术发展突飞猛进，对人类文明与进步产生r深刻 的影响，移动通信的发展尤为瞩目。特别是最近的20多年里，移动通 信技术获得了巨大的进步，成为信息通信技术中发展最快，应用最广， 渗透率也最为强的高新技术之一，在促进世界的经济增艮，推动社会 进步，丰寓各国人民的生活等方面发挥了重要的作用。

我国工业和信息化部于2009年1月7日在内部举办小型牌照发 放仪式，确认国内3G牌照发放给二三家运营商，为中囝移动、中困电信 和中国联通发放3张3G牌照。山此，2009年成为我国的3G元年，我 国正式进入第j代移动通信时代。

随着全球范围内第■代移动通信系统逐步进入实际应用阶段，第 四代移动通信系统的发展及演进问题以及其在发展过程巾可能面临 的困难和挑战已成为当前研究的热点。国际电信联盟(ITU)目前已经开 始研究制汀第四代移动通信标准，并已达成共识：把移动通信系统冈 其他系统(例如无限局域网W—IAN等)结合起来，产生4G技术，2010 年之前使数据传输数率达到100Mbps，以提供更有效的多种业务。目 前相互兼容移动通信技术4G正在业界荫动。第四代移动通信与第三 代移动通信相比．将在技术和应用卜有质的飞跃。4G将适合所有的移 动通信用户。最终实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广‘播、电视卫星通 信的元缝衔接并相互兼容。

1．3G向4G演化的原因 经ITu认可的3G标准有WCDMA、CDMA2000和TD—SCDMA。 虽然3G和2G相比，有很多优点，但是3G还是存在着很多不尽人意 的地方，如：3G缺乏全球统…的标准；3G所采用的语音交换架构仍承 袭了2G系统的电路交换，而不是纯IP的方式；3G的业务提供和业务 管理不够灵活；流媒体(视频)的应用不尽如人意；3G的高速数据传输 不成熟，接入速率有限；安全方面存在算法过多、认证协议容易被攻山等安全缺陷Ⅲ。

伴随着无线技术的种类越来越多，迫切需要将这些无线技术整合 到一个统一的网络环境中去，这就是正在形成的超三代移动通信系统 (B3G)通信系统和未来的4G通信系统。B3G和4G通信系统将是未来 提供宽带接人，全球无缝漫游和无处不在的数据，语音业务等方嚼的 最合适和最好的技术圆。

2．4G移动通信系统的概念 4G是第四代移动通信及其技术的简称，是能够传输高质量视频 图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相卜I下的技术产晶。4G的 概念可称为广弗(Broad—band)接人和分布网络．具有超过2Mbps的非 对称数据传输能力。对全速移动用户能提供150Mbps的高质量的影像 服务，并首次实现■维图像的高质簟传输，无线用户之间可以进行一j 维虚拟现实通信。它包括广带无线固定接人、w—I。AN、移动广带系统 和互操作的广播网络。在不同的固定无线平台和跨越不同频带的网络 中，4G可提供无线服务，并在任何地方宽带接入互联网(包括Ii星通 信和平流层通信)，提供信息通信以外的定位定时、数据采集、远程控 制等综合功能。同时，4G系统还是多功能集成的宽带移动通信系统， 是宽带接入IP系统。

3．3G与4G的比较

3．1核心技术3G系统以码分多址(CDMA)为技术基础。码分多 址是将相巨正交的不同的码分配给不同用户调制信号，实现多用户同 时使用同一频率接入系统。山于利用相互正交(或尽可能正交)的码去 凋制信号，会将原用户信号频潜带宽扩展，因此CDMA通信系统足一 种典型的扩频通信技术的应用。

4G系统的核心技术I}：交频分复用技术(OFDM)属于多载波凋制 (MCM)，它将指配的信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行 窄带调制和传输，间时要求信号带宽小于信道的相关带宽。 3．2通信系统的结构3G采用的主要是蜂窝组网，其系统如图1 所示，它的核心网是在GSM系统的核心网GSM—MAP和AMPS，IS一95 的核心网ANSI一41的基础l：发展而来的，其空中接口与相应的2(；系 统后向兼容。它的3种T作模式为：单载波频分双’l：、多载波频分双工 和时分双。I：方式吲．

但现代通信要求能提供移动用户超宽带的多媒体服务，使其能充 分利用基于移动网的r一代因特网技术。由于3G的核心网是由2G 系统演进而来，它不是处理(TCWIP传输控制协议／t连网协}义))数据 包的最优系统．它的数据传输速率也无力处理众多包含大量图像的信 息。因此，必须建立能够最优地传输TCP，IP数据包、完全不问于2G与 3G无线网络结构的新系统。

4G发展为数字广带(broad band)为基础的网络。采用全lP的优 点有：叮以实现不同网络问的无缝互连；伞rP也是一种低成本的集成 目前网络的方法。4G系统的核心网是一个基于伞IP的网络，冈此核 心嘲独立丁各种具体的无线接人方案，能提供端到端的II，业务，能同 已有的核心网和PSTN共存。要实现全IP的核心网有许多问题需要解 决，如签权、计费等；核心网应』；有开放的结构，从而能允许各种窄中

接口接入核心网；同时核心网应把业务、控制和传输等分开。采用统一 的IP核心网，不同国家和地区之间的网络互联是在网络层t用IP协 议进行的，而且各种接入网的接入方法和速率可以不同，从而解决r 3G不能实现全球漫游的问题。4G网络结构如图2所示【4]。

3．3系统参数移动通信从1G到3G是按照高数据率、高移动性 和无缝隙覆盖方向发展的。根据第三代移动通信标准IMT一2000：3G 在2005年左右实现最高约为30Mbps的数据速率。但这远远不能满 足人们对现代移动通信的要求，而4G将在2010年左右在高速移动环 境下支持最高为100Mbps的速率，在低速移动环境下(如游牧，本地无 线接人环境)达到最高为1Gbps的速率。

关键词：4G DTU

3G采用的是CDMA技术，利用正交码来区分用户，有FDI)和 TDD两种双工方式来使用其在2GHz附近的对称和非对称频段。而 4G最有可能用的接入方式OFDM或MC—CDMA，采用全数字全技术， 支持分组交换，使系统容量、频谱效率和传速率大为提高，并与现存的 CDMA标准、CDMA2标准、TD—SCDMA即(3G三大标准)兼容。3G与 4G系统参数对比如图3所示嘲。

4．4G移动通信系统的关键技术及研究进展 4．1正交频分复用(0FDM)技术 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4G系统采用的多址方 式。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术的应用已 有近40年历史，第一个OFDM技术的实际应用是军事用途的无线高 频通信链路。但这种多载波传输技术在双向无线资料方面的应用却足 近十年来的新趋势。经过多年的发展之后，该技术已广泛应用于广播 式音频和视频等领域。OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信 道分成许多窄的iE交子信道，在每个子信道L使用一个子载波进行调 制，并且各于载波并行传输，阑此町以大大消除信号波形间的干扰。在 OFDM系统中由于各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相 互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰．同时又提高r频谱 利用率。该技术还能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。OFDM有如下 优点：抗多径f扰与窄带予扰能力较单载波系统强：与常规的频分复 用系统相比，OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源；能充分利用 信噪比比较高的子信道，抗频率选择性衰落能力强；呵与时分、频分、 码分等多种方式相结合，灵活支持多种业务。随着人们对通汛资料化、 宽频化、个人化和移动化的需求，OFDM技术在综合无线接入领域将 越来越得到广泛的应用。

来越得到广泛的应用。 4．2多输入多输出(MIMO)技术MIMO(Multiple—Input Multiple— Output)技术是近年来热门的无线通讯技术之一。4G系统采用了 MIMO技术，即在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基 站和移动台之问形成MIM0通信链路。MIMO技术呵以比较简单地直 接应用于传统蜂窝移动通信系统，将基站的单天线换为多个天线构成 的天线阵列。而GSM、CI)MA IS一95、3G系统中都没有采用这种技术。 现有移动通信系统中，多数基站的天线采用一发两收的结构。对比分 析这两种技术，MIMO系统有以下优点：降低了码问下扰(ISU；提高了 空间分集增益；提高r无线信道容量和频谱利用率；大幅提舁资料的 传输速率；提高信道的可靠性，降低误码率。

4．3智能天线(SA)技术智能天线是一种安装在基站现场的双向 天线，通过一组带有可编程电予相位关系的固定天线单元获取方向 性，并可以卜司时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天 线是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术．它在消除干扰、扩大小Ⅸ半径、降低系统成本、提高系统容_蛩等方厦具有不可比拟的优 越性。该技术采用了空时多址(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，时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，为每个用户提供优资的h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。这种 技术既能改善信号质最、增加传输容量又能扩大覆盖区域、降低系统 建设成本。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务 质量和网络扩容的需要，因此在4G系统中得到广泛应用。

 4．4软件无线电(SDR)技术SDR是一种通讯装置，其实体层至 更高阶通讯协定层的作业主要是由软体定义，可提供容许这种改变的 框架。4G移动通信系统中，若要实现”任何人在任何地点以任何形式 接入网络”的理想通信方式．则至少需要保证移动终端能够适合各种 类型的空中接口，能够在各类网络环境间无缝漫游，并可以在不同类 型的业务之间进行转换。这就意味着在4G系统中，软件将会变得非 常复杂。因此，引入软件无线电技术，其基本思想就是将硬件作为其通 用的基本平台．把尽可能多的无线及个人通信的功能通过可编程软件 来实现，使其成为一种多工作频段，多工作模式，多信号传输与处理的 无线电系统。SDR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，模拟变换器尽可能地靠近天 线，从而使通信电台的功能尽可能多地采用可编程软件来实现。软体 无线电还具有其他优点，例如可改善频谱的使用等，都可进一步提升 软体无线电的技术价值。

关键词：4G DTU

5．4G的研究进展 LTE(Long Term Evolution，长期演进)项目是3G的演进，始于2004 年3GPP的多伦多会议。LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G 与4G技术之间的一个过渡．是3．9G的全球标准，它改进并增强了3G 的空巾接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一 标准。2009年9月18卜l，电信设备商诺基亚一西门子周四表示，自己 通过卜一代移动通讯技术打，世界上第一个L1陋电话。 2009年10月26日，国际电联在德国德累斯顿征集遴选新一代 移动通信fIMT—Advanced技术1候选技术．包括中国的TD—LTE— Advanced在内，共有6项4G技术入尉成为候选技术提案。工信部称， 中国表示将全力推动TD—LTE—Advanced成为4G国际标准．积极推进 相关产业发展。T一LTE一 Advanced(LTE 一 Advanced TDD制式)足中国继．D TD—SCI)MA之后，提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术。 它吸纳了TD—SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽 带无线移动通信领域的最新自主创新成果，但它将提供更宽的带宽， 差不多几f一兆的F载速度．町以进行更多的数据业务。TD—LTE— Advanced已获得欧洲标准化组织3GPP和亚太地区通信企业的广泛 认可和支持。在4G国际标准制定过程中．TD—LTE—Advanced将面临 其他候选技术的挑战。

关键词：4G DTU