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研究 4G 移动通信关键技术与面临的问题 摘要：本文主要对 4G 移动通信的关键技术进行了简要的论述，分析了 4G 的网络结构和4G 的 关键技术，在此基础上详细讨论了目前全球以及我国的 4G 技术进展及面临的问题，最后对 4G 的前景进行了预测。 关键词：4G ；4G 关键技术；OFDM SAMIMO SDR4G 发展现状 　　 　　1　前言 　　 　　根据国际电联的工作安排 2009 年将集中征集 4G 技术标准 2010 年会推出第一个 4G 版 本，并在 2011 年世界无线电通信大会上通过。4G 预计 2015 年左右投入商用。4G 技术的飞速 发展，使得广大用户享受更新、更快捷、更丰富的通信生活成为可能。 　　 　　2　4G 网络中的关键技术 　　 　　4G 系统针对各种不同业务的接人系统，通过多媒体接入连接到基于口的核心网中。基于 IP 技术的网络结构使用户可实现在 3G、4G 、WLAN 及固定网间无缝漫游。4G 网络结构可分为三 层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。 　　(1)物理网络层提供接入和路南选择功能。 　　(2)中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。 　　(3)物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，使发展和提供新的服务变 得更容易，提供无缝高数据率的无线服务。并运行于多个频带，这一服务能自适应于多个无线标 准及多模终端，跨越多个运营商和服务商，提供更大范围服务。 　　据国际电信联盟定义 4G 技术是可为移动中的用户提供 100 Mb/S 的数据传输、为静止的 用户提供 1Gb/S 的数据传输的无线通讯技术，包含OFDM、智能天线(SA)与多人多出天线(MIMO) 技术、软件无线电技术(SDR)三大关键技术。 　　 　　2.1　OFDM 　　OFDM 即正交频分复用技术，实际上 OFDM 是 MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制 的一种。OFDM 技术有很多优点：可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频 移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰(ISI)能力强。 　　 　　2.2　智能天线(SA)与多入多出天线(MIMO)技术 　　智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通 信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这 种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线 收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收 到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种：全自 适应方式和基于预多波束的波束切换方式。 　　移动通信环境中的多径传播对通信的有效性与可靠性造成了严重的影响。而多输入多输出 (M1MO)技术在通信链路两端均使用多个天线，发端将信源输出的串行码流转成多路并行子码流 分别通过不同的发射天线阵元同频、同时发送，接收方则利用多径引起的多个接收天线上信号的 不相关性从混合信号中分离估计出原始子码流，这相当于频带资源重复利用，使频谱利用率和链 路可靠性极大的提高。 　　 　　2.3　软件无线电技术(SDR) 　　软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方 式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器(A/D) 及数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽可能多地用软件来定义无线 功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信 道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场 可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等。 2.4　基于 IP 的核心网 　　4G 移动通信系统的核心网是一个基于全 IP 的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心 网独立于各种具体的无线接人方案，能提供端到端的 IP 业务，能同已有的核心网和 PSTN 兼容。 核心网具有开放的结构，能允许各种窄中接口接人核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等 分开。采用 IP 后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。 在 4G 通信系统中将取代 IPv4 协议，主要采用全分组方式 IPv6 技术。 　　 　　3　4G 技术的发展现况及其挑战 　　 　　3.1　日本 NTI-DoCo