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1、.摘要：通信技术日新月异，给人们带来不少享受。随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、在我们还没有完全享受3G移动通信系统商所带来服务的同时,4G移动通信技术的研究已经在逐步的进行着。本文简要分析了:(1)什么是4G的网络系统;(2) 4G的关键技术,如OFDM,软件无线电,智能天线技术,MIMO技术。(3) 比较了3G和4G不同指标,分析了3G和4G采用的不同技术。 关键词：4G，网络通信 3G 的出现使移动通信前进了一大步,相对于2G, 它能够提供更大的容量、更佳的通信质量并且支持多媒体应用。但是3G 系统尚有很多需要改进的地方,例如 :（1）缺乏全球统一标准 ;（2）所采用的语
2、音交换架构仍承袭了第二代 (2G) 的电路交换 , 而不是纯 IP 方式 ; （3）流媒体 ( 视频 ) 的应用不尽人意 ; （4）数据传输率也只接近于普通拨号接入的水平 , 更赶不上 xDSL 等。3G 面临的致命缺点就是移动无线接入网络的空中接口标准不统一。相对于 3G 而言 , 第四代移动通信系统 (4G)在技术和应用上将有质的飞跃 , 而不仅仅是在第三代移动通信的基础上再加上某些新的改进技术。随着 3G 网络的逐渐普及，人们的上网速度快了、手机信号好了、电子产品的品种也越来越丰富了。3G 网络的普及给我们的生活带来了各种便利，我们可以坐在车上办公，可以进行视频会议。种种的好处，都是因为
3、 3G 带给我们的网络的便利。慢慢的人们已经不满足于 3G 的现状，人们向往4G 网络的普及。本文通过对 3G 和 4 G 网络在各个方面的对比来向人们展示 3G 和 4G网络的不同之处。一、第四代移动通信系统简介严格说来，现在还不能对第四代移动通信作出确切地定义，但可以肯定，4G通信将是一个比3G通信更完美的无线世界，它可以创造出许多难以想象的应用。 关于4G的一般描述为：“第四代移动通信的概念可称为广带接入和分布网络，具有非对称的和超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。此外，第四代移动通信系统将是由多
4、功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统”。二、第四代移动通信系统都运用了那些技术1. OFDM 技术 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)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。其主要原理是:将待传输的高速串行数据经串并变换, 变成在子信道上并行传输的低速数据流, 再用相互正交的载波进行调制, 然后叠加一起发送。 接收端用相干载波进行相干接收, 再经并串变换恢复为原高速数据。 OFDM技术的有很多优点: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
5、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.软件无线电技术 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 。 3.
6、智能天线技术(SA) 智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,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收发,同时,通过基带数字信号处理器,对各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。 4. 多输入多输出(MIMO)技术 多输入多输出技术(MIM0)是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收
7、端和发射端使用多副天线,充分利用空间传播中的多径分量,在同一频带上使用多个子信道发射信号,使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益,已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率,且其空间分集可显著改善无线信道的性能,提高无线系统的容量及覆盖范围。 5.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入方案,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,能允许各种空中接口接入核心网;同时
8、核心网能把业务、控制和传输等分开。IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。三、3G与4G网络的对比1. 3G 和 4G 网络的基础设施通过从 3G 向 4G 发展，运营商将对其基础设施进行变革。从语音及数据类交付拓扑发展成多媒体及娱乐交付拓扑。新拓扑针对各种不同用户及使用情境进行了优化。利用 small cell覆盖现有宏蜂窝拓扑的信号盲区，运营商和用户将通过更好的无线电频谱效率及频谱再利用获得更高的数据速率。2. 3G 和 4G 的多址接入技术3G 系统采用码分多址技术，对扩频码的选择也就变得很重要。IS-95 系统中采用
9、了 64 位 Walsh 函数作为扩频码，前向信道的性能可以得到保证但反向信道性能还不尽如人意。3G 系统主要以 CDMA 为核心技术。CDMA 是将相互正交的不同码分配不同的用户。4G 系统的核心技术 OFDM 属于多载波雕制（MCM）。3. 3G 和 4G 网络的通信格局3G 网络属于分层结构，通常分为核心网、接入网和用户设备三层。核心网又分为电路网和分组网两个服务区域。用户设备通过标准的无限接口与接入网进行连接。它分为三种工作模式，单载波频分双工、多载波频分双工和时分双工方式。 4G 将采用全数字全 IP 技术，使用单一的蜂窝核心网取代密密麻麻的蜂窝网络。从网络内部及边缘智能化向全网智能
10、化进行发展。核心网分为各种接入方式，例如 IEEE802.11a、WCDMA、Bluetooth、HyperLAN 等。每个用户设备可以拥有一个唯一的号码，通过分层结构实现异构系统间的互操作，这种结构使得多种业务能透明地与 IP 核心网连接 , 具有较好的通用性和可扩展性。4. 3G 和 4G 网络的性能3G 系统实际所能提供的最高速率也只有 384kbps（虽然标称最高速率为 2Mbps），不能满足用户的需求，而 4G 移动通信系统的目标速率是 100Mbps。4G 系统的容量至少为 3G 系统的 10倍。4G 系统下行信道的最高速率将达 100Mbps，因此移动终端下载文件的速度将比 3G
11、 系统快得多。3G 使用 1.8-2.5GHz 的频率，其频谱效率只有 2bps/Hz，频率资源不够丰富，而 4G 使用 2-8GHz 的频率，其频谱效率应达到 5bps/Hz，能够满足手机用户的日益增长。从目前 3G 的标准来看，地区覆盖方面存在着许多技术问题，而 4G 可在不同接入技术之间进行全球漫游与互通，实现无缝通信，另外 4G 还可以在 DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。5. 3G 和 4G 网络的安全规定3G 的安全规定 ：3G 业务中，除了需要紧急呼叫服务外，其余的业务接入都需要一个有效的 USIM，通过网络来决定紧急呼叫是否需要提供USIM。
12、 对业务提供者来说可以在业务开始、传送期间来验证用户的合法性，以防止入侵者通过伪装或误用权限来接入 3G 业务。 对于业务服务者来说应防止越权修改用户业务，防止越权修改某些信令数据和控制数据，特别是在无线接口上。 在执法领域中，业务提供者将会依国家相关法律提供合法的窃听，3G 可以为执法机构提供检测和窃听每一个呼叫和呼叫尝试，和其它服务。4G 的安全规定 ： 可用性 availability保证网络网络和服务不会被破坏或中断，例如恶意攻击 互操作性 interoperability确保安全解决方案能够避免互操作性问题， 例如通过使用适用于大多数下一代网络应用和服务场景的通用解决方案 易用性 u
13、sability可以让最终用户容易使用安全功能和服务QoS 保证 QoS guarantee类似加密算法的安全解决方案应该满足语音和多媒体业务结论随着通信技术的发展，我们也得到了各种实惠。从 3G 技术的普遍应用我们就可以感受的到。4G 技术并不脱离之前的通信技术，它以传统通信技术为基础，通过最新的通信技术及设备来保证更好的网络环境。纵观通信技术的发展规律，我们相信，第四代技术将会带给我们更好的多媒体服务。目前虽然 4G 网络仍然处于起步阶段，运营商们还在全力打造他们的 4G 网络，但是我们通过本文对4G 网络的浅析，可以让人们更加明白的了解4G 网络。对于我国的消费者来说，4G 还很遥远。虽然中国移动的 4G 运营商正在急行军，不过距离我国真正发放 4G 牌照还有很长的时间。本文将未来的 4G 网络和目前基本普及的 3G 网络进行了对比，一方面普及了我们对 3G 和 4G 网络的认知，另一方面也让我们明白了，未来的网络将会是什么样子。: