田鴻彬　曹毅鵬　張環(huán)宇

【摘 要】近幾年來，隨著對4G通信網絡技術的深入探索和研究，人們期望用4G系統(tǒng)來解決3G無法解決的問題，最終實現(xiàn)無線局域網和藍牙等室內網絡、蜂窩信號網、廣播電視網到衛(wèi)星通信網絡等的無縫銜接并相互兼容，最終實現(xiàn)用戶在任何地點、任何時間、以任何形式無限制的接入網絡。

【關鍵詞】4G；移動通信；比較

一、3G與4G技術比較

（一）核心技術

3G系統(tǒng)以碼分多址（CDMA）為技術基礎。碼分多址是將相互正交的不同的碼分配給不同用戶調制信號，實現(xiàn)多用戶同時使用同一頻率接入系統(tǒng)。由于去調制信號時利用相互正交（或盡可能正交）的碼，原用戶信號頻譜帶寬會被擴展，因此CDMA通信系統(tǒng)是一種典型的擴頻通信技術。

4G系統(tǒng)的核心技術正交頻分復用技術（OFDM）屬于多載波調制（MCM）

（二）通信系統(tǒng)的結構

3G采用的主要是蜂窩組網，其系統(tǒng)如圖1所示，它的核心網是在GSM系統(tǒng)的核心網GSM-MAP和AMPS，IS-95的核心網ANSI-41的基礎上發(fā)展而來的，其空中接口與相應的2G系統(tǒng)后向兼容。它的3種工作模式為：單載波頻分雙工、多載波頻分雙工和時分雙工方式。

但現(xiàn)代通信要求能提供移動用戶超寬帶的多媒體服務，使其能充分利用基于移動網的下一代因特網技術。由于3G的核心網是由2G系統(tǒng)演進而來，它不是處理（TCP/IP傳輸控制協(xié)議/互連網協(xié)議））數(shù)據(jù)包的最優(yōu)系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)傳輸速率也無力處理眾多包含大量圖像的信息。因此，必須建立能夠最優(yōu)地傳輸TCP/IP數(shù)據(jù)包、完全不同于2G與3G無線網絡結構的新系統(tǒng)。

而4G發(fā)展為數(shù)字廣帶（broad band）為基礎的網絡。采用統(tǒng)一的IP核心網，不同國家和地區(qū)之間的網絡互聯(lián)是在網絡層上用IP協(xié)議進行的，而且各種接入網的接入方法和速率可以不同，從而解決了3G不能實現(xiàn)全球漫游的問題。

（三）系統(tǒng)參數(shù)

3G采用的是CDMA技術，利用正交碼來區(qū)分用戶，有FDD和TDD兩種雙工方式來使用其在2GHz附近的對稱和非對稱頻段。而4G用的接入方式OFDM或MC-CDMA，采用全數(shù)字全技術，支持分組交換，使系統(tǒng)容量、頻譜效率和傳速率大為提高，并與現(xiàn)存的CDMA標準、CDMA2標準、TD-SCDMA即（3G三大標準）兼容。

二、4G技術——系統(tǒng)網絡結構及核心技術

（一）網絡結構

4G移動系統(tǒng)網絡結構可分為三層：物理網絡層、中間環(huán)境層、應用網絡層。物理網絡層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網的結合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網絡層與中間環(huán)境層及其應用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應用及服務變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務，并運行于多個頻帶

（二）核心技術

1.正交頻分復用（OFDM）技術

OFDM

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復用技術，實際上OFDM是MCM（Multi Carrier Modulation），多載波調制的一種。

OFDM技術由MCM（Multi-Carrier Modulation，多載波調制）發(fā)展而來。OFDM技術是多載波傳輸方案的實現(xiàn)方式之一，它的調制和解調是分別基于IFFT和FFT來實現(xiàn)的，是實現(xiàn)復雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。

在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所需的帶寬要寬得多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復用的方法。

2.軟件無線電（SDR）技術

SOR技術是一種基于DSP芯片，以軟件為核心的無線電技術。其核心思想在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器，從而盡可能使用軟件來定義無線功能，使用軟件來實現(xiàn)各種功能和信號處理。軟件無線電的基本思想就是將寬帶模數(shù)變換器（A/D）及數(shù)模變換器（D/A）盡可能地靠近射頻天線，建立一個具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、開放的硬件平臺。在這個硬件平臺上盡量利用軟件技術來實現(xiàn)電臺的各種功能模塊。如使用寬帶ADC通過可編程數(shù)字濾波器對信道進行分離；使用數(shù)字信號處理器（DSP）技術，通過軟件編程來實現(xiàn)各種通信頻段的選擇，如HF、VHF、UHF和SHF等；通過軟件編程來完成傳送信息抽樣、量化、編碼/解碼、運算處理和變換，以實現(xiàn)射頻電臺的收發(fā)功能；通過軟件編程實現(xiàn)不同的信道調制方式的選擇，如調幅、調頻、單邊帶、數(shù)據(jù)、跳頻和擴頻等；通過軟件編程實現(xiàn)不同的保密結構、網絡協(xié)議和控制終端功能等。軟件無線電技術是軟件化、計算密集型的操作形式。

3.智能天線技術

智能天線也叫自適應陣列天線，它由天線陣、波束形成網絡、波束形成算法三部分組成。它通過滿足某種準則的算法去調節(jié)各陣元信號的加權幅度和相位，從而調節(jié)天線陣列的方向圖形狀，以達到增強所需信號抑制干擾信號的目的。智能天線技術適宜于TDD方式的CDMA系統(tǒng)，能夠在較大程度上抑制多用戶干擾、提高系統(tǒng)容量。但是由于存在多徑效應，每個天線均需一個Rake接收機，從而使基帶處理單元復雜度明顯提高。

4.多輸入多輸出（MIMO）技術

MIMO技術是利用多發(fā)射、多接收天線進行空間集分的技術，可實現(xiàn)高速率、高容量、高傳輸質量。它采用多個分立式天線將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，當不同的接收天線和發(fā)射天線之間互不相關時，MIMO系統(tǒng)就能有效地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。

5.基于IP的核心網

4G移動通信系統(tǒng)的核心網是一個基于全IP的網絡，可以實現(xiàn)不同網絡間的無縫互聯(lián)。核心網獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務，能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構，能允許各種空中接口接入核心網；同時核心網能把業(yè)務、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與核心網絡（CN）協(xié)議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設計核心網絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)

三、結束語

4G移動通信技術在世界范圍內屬于較為先進的通信技術，具有安全性能高、傳輸速率快和智能化程度高等特點。該技術實現(xiàn)了移動通信智能的互聯(lián)互通，進一步促進了移動通信技術的發(fā)展。通信企業(yè)應樹立自身的前瞻意識和危機意識，并在時代的發(fā)展中牢牢掌握全球先進的通信技術，從而進一步加快我國4G移動通信技術的發(fā)展和完善

【參考文獻】

[1]秦連銘，王香麗.OFDM技術應用現(xiàn)狀與前景發(fā)展[J].中國科技信息， 2009（21）：32-33.

[2]張重陽.數(shù)字移動通信技術[J].西安電子科技大學，2006.

[3]夏少波，許娥.軟件無線電SDR的關鍵技術研究[J].無線通信技術， 2010（2）：48-51.