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【摘要】4g移動通信系統的主要優勢介紹，4G系統網絡結構和關鍵技術的研究，最后介紹對未來移動通信技術的展望。
【關鍵詞】4G；移動通信；網絡結構；正交頻分復用
14G移動通信系統的優勢
4G是the4thGenerationcommunicationsystem的縮寫，指第四代移動通信系統，第三代無線通信與互聯網等多媒體通信相結合的第三代通信系統。它是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像，其圖像傳輸質量與高清晰度與高清電視不相上下的技術產品。4G系統能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網快2000倍，上傳速度也達到了20Mbps，并能夠滿足用戶對于無線服務的所有要求。
1.14G無線通信能夠實現的目標
4G無線通信可以提供更高的傳輸速率（室內的傳輸速率為100Mbps-1Gbps,室外的傳輸速率為數十至數百Mbps，信道射頻帶寬為數十MHz,頻譜效率為幾到數十bps/Hz）；支持更高的終端移動速度（250km/h）；全IP網絡架構、承載與控制分離；提供無處不在的服務、異構網絡協同；提供更為豐富的分組多媒體業務。
1.24G的主要優勢
通信速度更快，第四代通信系統理論上達到100Mbps傳輸無線信息；網絡頻譜更寬，每個4G信道占有100MHz的頻譜；通信更加靈活，4G通信不僅可以隨時隨地通信，而且能夠雙線下載、傳遞資料、圖片、影像等；智能性能更高，4G通信終端的不但設備設計和操作更具智能化，而且可以實現網絡購票、電視直播等功能；兼容性能更平滑，現有通信用戶能夠在投資更好的情況下輕易的過渡到4G通信；提供各種增值服務，4G采用正交頻分復用技術，這樣人們可以實現無線區域環路（WLL）、數字音訊廣播（DAB）等方面的無線增值服務；實現更高質量的多媒體通信，4G能夠將語音、數據、影像等大量信息通過寬頻信道傳送出去。
24G系統網絡結構和關鍵技術
2.14G系統網絡結構
4G系統的網絡結構可分為三層，分別是：物理網絡層、中間環境層、應用網絡層。其中物理網絡層負責提供接入和路由選擇的功能，物理層的這些功能由無線與核心網的結合來完成。其次中間環境層擁有QoS映射、地址變換和安全性管理等功能，物理網絡層和中間環境層的接口是開放的，這樣使得物理網絡層和中間環境層之間的發展和提供新的應用服務變得更加容易和簡單，提供了無縫高數據率的無線服務，同時運行于多個頻帶。這樣的服務能自適應多個無線標準和多模終端的能力，而且跨越了多個運營者和服務，提供了更大范圍的服務
2.2正交頻分復用技術（OFDM）
正交頻分復用技術，屬于MCM多載波調制的一種。OFDM的調制和解調是分別利用IFFT和FFT來實現的，它將復雜度降到了最低、應用范圍最廣的一種多載波傳輸方案。在通信系統的傳輸過程中，信道提供的帶寬往往比傳送一路信號所需的帶寬要寬許多。如果我們使用一個信道來傳送一路信號，這樣將造成很大的浪費，所以為了更好的充分利用信道的帶寬，就必須采用頻分復用的方法。正交頻分復用多載波技術是把信道分成若干個正交子信道，將高速數據轉換為并行的低速數據流，調制到每個子信道上進行傳輸，這樣就充分提高了信道的使用效率。正交信號可通過信道后，在接收端采用相關技術進行分開，這可減少信道之間的相互干擾。信道的相關帶寬大于每個子信道上的信道帶寬，所以每個子信道可以看成平坦性衰落，從而消除碼間串擾。每個子信道的帶寬只占用原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易實現。
2.3多輸入多輸出技術（MIMO）
MIMO技術是指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。無線電發送的信號被反射時，會產生多份信號。每份信號都是一個空間流。MIMO允許多個天線同時發送和接收多個空間流，并能夠區分發往或來自不同空間方位的信號。MIMO技術的應用，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無線系統的覆蓋范圍。
2.4光時分復用技術（OTDM）
OTDM是多路信號可以在同一個信道中傳輸的一種方法，這種方法是使多路信號分別占有不同的時間間隙，從而在同一信道中傳輸互不干擾，實現多路復用。光時分復用應用寬帶的光電器件代替了電子器件，從而可以避免高速電子器件所造成的限制，可以實現高達幾十Gbit/s乃至幾百Gbit/s的高速傳輸。OTDM支路數據具有任意速率等級，相對容易實現和現在技術兼容；因為是單波長傳輸，大大簡化了放大器級聯管理和色散管理；網絡的總速率雖然很高，但在網絡節點，電子器件只需以本地的低數據速率工作；OTDM和WDM的結合可支撐未來超高速光通信網絡的實現。
2.5智能天線技術（SA）
我們將波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線稱為智能天線。抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束調節等功能是智能天線所特有的，智能天線技術是未來移動通信的關鍵技術。智能天線可以顯著降低用戶信號彼此之間的干擾，它相當于空時濾波器，是多個指向不同用戶的并行天線波束所控制的。總體來說，智能天線提高了移動通信系統的性能：擴大了系統的覆蓋區域；增加了系統的容量；提高了頻譜的利用效率；降低了基站的發射功率，節省了系統的成本，并且減少了信號間干擾和電磁環境的污染。
2.6基于全IP的核心網
4G移動通信系統的核心網可實現不同網絡之間的無縫連接，它是一個基于全IP的網絡實現。核心網獨立于各種具體的無線接入方案，并且能提供端到到的IP業務，能通已有的核心網與PSTN兼容。核心網能允許各種空中接口接入，與此同時也能將業務、控制、傳輸等分開，因為它是一個開放的結構。因IP與無線接入協議相兼容，核心網的設計可以有很大的靈活性，無需考慮無線接入需采用何種方式和協議，在4G通信系統中主要采用全分組方式的IPv6技術。IPv6技術具有以下優點：擁有巨大的地址空間；支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置的方式；具有移動性；能夠提供不同水平的服務質量。
3展望4G
4G將會更加平民化，我們也將跑步進入真正的移動帶寬時代。4G時代勢必建成一個移動互聯網大平臺，很多人將通過這個平臺來收獲財富，也可以進行消費，可以借助4G移動寬帶進行虛擬現實的溝通，我們將開始真正的生活在網上。
參考文獻：
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作者：池其軍1、2 單位：1.福州大學物理與信息工程學院 2.福建水利電力職業技術學院