1 引言
随着近年来3GPP各版本标准的逐一制定完成，特别是R99版本已相对成熟，3G网络的建设呈现出一触即发的势头，而3G牌照的发放将极有可能成为我国3G建设的触发点。然而，由于3G系统本身所具有的局限性已经引起人们的注意，因此世界通信业界的专家们已将目光更远的放向了“后3G技术” (IMT-2OOOBeyond)，也可以称为4G甚至是5G技术。
3G的局限性主要体现在以下的几个方面：
(1)难以达到较高的通信速率。3G采用的是CDMA技术，CDMA本身是一个自扰系统，所有的移动用户都占用相同的带宽和频率，因此在系统容量有限的情况下，用户数越多，越难达到较高的通信速率，不能够满足用户对高速多媒体业务的要求；
(2)难以提供动态范围多速率业务。由于3G空中接口标准对核心网有所限制，因此3G将难以提供具有多种QoS及性能的各种速率的业务；
(3)难以实现不同频段的不同业务环境间的无缝漫游。由于采用不同频段的不同业务环境，需要移动终端配置有相应不同的软、硬件模块，而3G移动终端目前尚不能够实现多业务环境的不同配置。
基于以上3G系统的一些局限性，人
本文主要对4G的相关技术进行介绍，并对3G与4G的关系，以及因4G技术的发展而可能对我国3G网络建设带来的影响阐述个人的观点。
2 4G的产生及概念
自移动通信诞生之日起，其主流业务一直是人与人之间的语音业务。随着Internet及多媒体技术的快速发展，用户越来越不满足仅仅通过语音进行沟通的单一通信方式，以及人与人的单一通信对象。人们希望移动通信系统能够提供更广泛的业务种类，例如因特网接入、图像传送、视频点播、数据互传、甚至实时的观看电视节目等数据或多媒体业务。同时也希望能够从目前的人与人之间的通信发展到人与机器、甚至机器与机器之间的通信。此外，对于运营商来说，则更希望下一代的通信系统能够更易于加载各类新业务及融合新技术，而无需频繁的进行系统变动。这些需求将会使得移动通信模式发生较大的变化。
移动通信系统从2G到3G的发展实现了从单纯的语音通信向数据通信的跨越，但因为前面所述的种种原因，3G对无线多媒体业务的提供能力及质量将注定不够理想，并且网络的智能化仍有待提高，再加之信息时代的迅猛发展，这一切无疑推动了业界对下一代通信系统的研发工作。2000年10月6日国际电信联盟(ITU)在加拿大蒙特利尔市成立了“IMT2000andBeyond”工作组，欧洲、日本、韩国对4G的研究也陆续展开，我国在2002年3月也正式宣布启动对4G通信系统的研究工作。在2002年5月ITU召开的“IMT 2000 and Systems Beyond”研讨会上，mITF系统子委员会主席Watanabe先生将未来的通信系统描述为具备以下特征的系统。
(1)用户可以在任何地点、任何时间以任何方式不受限的接入网络中来；
(2)移动终端可以是任何类型的；
(3)用户可以自由的选择业务、应用和网络；
(4)可以实现非常先进的移动电子商务；
(5)新的技术可以非常容易的被引入到系统和业务中来。
根据他的描述，未来的4G系统则至少具备以下5个基本条件：
(1)具有很高的传输速率和传输质量。未来的移动通信系统应该能够承载大量的多媒体信息，因此要具备50-100Mbit/s的最大传输速率、非对称的上下行链路速率、地区的连续覆盖、QoS机制、很低的比特开销等功能；
(2)灵活多样的业务功能。未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行“无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游，并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络(自组网)、代理等功能；
(3)开放的平台。未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络。让应用业务提供商(ASP)及内容提供商能够提供独立于操作的业务及内容。使定位信息和计费信息能够在各个网络和各类应用之间共享。改良的安全机制能够作用于广泛的功能范围；
(4)高度智能化的网络。未来的移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环境下的通信需求；
(5)高度可靠的鉴权及安全机制。未来的移动通信网将是一个基于分组数据网络，如何保证数据的安全可靠性将直接影响到整个网络的生存力，也会影响到用户对整个网络的信任程度。目前业界对4G的定义从不同的角度给出了很多种提法，以下是普遍认可的一种解
释，4G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，4G将是多功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统。其主要技术指标如下。
(1)数据速率达到上行速率30Mbit/s、下行速率100Mbit/s。终端移动速率从步行提高到车速甚至更高；
(2)频谱宽度：带宽达到1.2-1.7GHz；
(3)频带：5GHz。
为了达到上述的技术指标及实现各项功能，在4G系统中势必将引入新的技术手段，下面本文将对4G系统中可能将采用的主要新技术进行简单介绍。
3 4G中的关键技术
从前面对于4G系统的描述中我们可以看出，它是一个远比3G更加复杂的通信系统，它的实现需要依托于很多新兴技术。在4G系统中可能采用的关键技术主要包括OFDM、软件无线电、智能天线、移动IPv6等。
3.1正交频分复用(OFDM)技术
由于无线信道存在多径效应，数据信号在各种不同类型的无线信道上传输时，产生的时延会造成接收信号的码间&nb
干扰，尤其当码元速率提高而周期相应缩短时，时延将会跨越更多的码元，而使这种干扰变得更大。此外，码元速度的提高引起信号带宽相应增大，当信号带宽大干信道的相关带宽时会造成频率选择性衰落。目前单载波调制技术为了能够尽量减轻这种衰落而采用了均衡技术，但却不得不以增加信道噪声作为代价。
未来的无线多媒体业务首先要求数据传输速率要高，同时又要保证传输质量，这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率，又要有较长的码元周期。基于这样的考虑，产生了OFDM技术，属于多载波调制技术(MCM)中的一种。OFDM是4G通信网的核心技术。
OFDM技术将需要传输的串行数据流分解为若干个较低速率的并行子数据流，在将它们各自调制到相互正交的子载波上，最后合成输出，输出的数据速率与串行数据流分解前的速率相同。
首先，由于这些子载波相互正交，因此允许它们之间的频谱重叠，从而提高了频谱利用率。
其次，由于信号分解后并行子数据流的码元周期变长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的数值，就不会造成码间干扰，且这些子数据流的信号传输带宽减小，可以有效降低频率选择性衰落，同时合成后输出的总数据速率并没有降低。
第三，OFDM采用跳频的方法来选用正交子载波。跳频是把一个宽频段分解为若干个频率间隔(频道或频隙)，发端在某一个特定的时间间隔中采用哪一个频道发送信号，由一个伪随机序列进行控制。由于发射频道在各个时间段是跳变的，除非窄带干扰在特定时间内与所需信号同时落入一个频道内，才会形成对这一频道特定的干扰，否则干扰在进入接收机前端时将被有效抑制。因此，OFDM技术有很好的抗窄带干扰能力。
第四，OFDM每个子载波所使用的调制方法可以不同，但不同的调制方法具有不同的频谱利用率和误码率，尤其在无线信道条件不同的情况下，如何选用一种最佳的调制方法是值得考虑的。而OFDM技术采用了自适应调制的方案，可以根据信道条件的好坏，灵活选择不同的调制方式。例如在终端距离基站比较近的时候，信道条件一般较好，就可以选用较高阶的调制方式，从而获得最大频谱效率。而在信道条件变差时则可以选用较低阶的调制方式，来确保信噪比。这样，系统可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。但自适应调制方式需要信号中包含一定的开销比特。
除上述优点以外，OFDM也有3个较明显的缺点。
首先，对频偏和相位噪声敏感。频率偏移和相位噪声会使OFDM各个子载波之间的正交性恶化，使得信噪比下降。
其次，功率峰值与均值比(PARR)大，导致发送端放大器功率效率较低。由于OFDM的信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加合成的，因此有可能产生比较大的峰值功率，也就有可能产生较大的PARR值。而过高的PARR值通常会对发送端功率放大器提出较高的线性要求，从而增加基站和用户终端的成本。
第三，自适应的调制技术使系统复杂度有所增加。OFDM采用的自适应调制技术会增加发射机和接收机的复杂度，并且当移动终端达到车载的移动速度时，自适应的调制技术就没有很大意义了。
3.2软件无线电
4G系统若要实现“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，这样才能够实现真正意义上的“个人通信”。而不同的通信技术(如GSM、WLAN、 Bluetooth等)其调制方式、工作频带等都是不同的，是否能够使不同的无线通信系统基于同一通用硬件平台上实现成为大家关注的问题。
软件
无线电的概念是由MITRE公司的美国人JeeMitala在1992年5月的美国电信会议上首次明确提出的。当时这个技术的提出主要是为了解决美国军方不同军种之间通信装备不同而引起的通信不畅的问题，在后来则越来越多的引起了民用研究机构的广泛注意。它的出现是无线通信继从模拟到数字、从固定到移动后，从硬件到软件的第三次变革。软件无线电的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。也可以说，它是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。
软件无线电的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/模拟变换器尽可能的靠近天线，从而使通信电台的功能尽可能多的采用可编程软件来实现。
软件无线电的优势主要体现在以下几个方面：
(1)系统结构通用，功能实现灵活，改进升级方便。
(2)提供了不同系统间互操作的可能性。软件无线电可以使移动终端适合各种类型的空中接口，可以在不同类型的业务间转换。
(3)由于通过软件实现系统的
(4)拥有较强的跟踪新技术的能力。由于它能够在保证硬件平台的基本结构不发生变化的情况下，通过改变软件来实现新业务和使用新技术，因此大大降低了设备商新通信产品的开发成本和周期，同时也降低了运营商的投资。
但软件无线电的实现还需要克服以下技术难点：
(1)多频段天线的设计。软件无线电的天线需要覆盖多个频段，以满足多信道不同方式同时通信的需求，而射频频率和传播条件的不同，使得各频段对天线的要求存在着较大的差异，因此多频段天线的设计成为软件无线电技术实现的难点之一。
(2)宽带A/D、D/A转换。根据奈奎斯特抽样定理，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。而目前A/D、D/A的最高采样频率受到其性能的限制，从而也限制了所能处理的已调信号频率。
(3)高速DSP(数字信号处理器)。高速DSP芯片主要完成各种波形的调制解调和编解码过程，它需要有更多的运算资源和更高的运算速度来处理经宽带A/D、D/A变换后的高速数据流，因此其芯片有待进一步研发。
3.3智能天线
随着电子通信产业的飞速发展，我们生活环境中的无线干扰也日渐嘈杂，来自广播、移动通信、无线通信等各个不同领域的电磁波相互干扰着，这为在复杂的背景噪声中正确接收有效信号带来了一定的难度。
目前2G通信系统中采用的天线分为全向天线和定向天线两种，全向天线应用于360°覆盖的小区，定向天线应用于小区分裂后的部分覆盖小区。这两种天线覆盖的区域形状都是不变的，因此对于基站来说，给每一个移动用户的下行信号是广播式发送的，这样势必会引起系统干扰，并降低了系统容量。
智能天线采用了空分多址(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，使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，为每位用户提供优质的上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。
因此，智能天线技术更加适用于具有复杂电波传播环境的移动通信系统。在我国提出的3G标准TD-SCDMA中采用了智能天线技术。
智能天线具有以下优点:
(1)提高系统容量。智能天线采用了SDMA技术，利用空间方向的不同进行信道的分割，在不同的信道中可以在同一时间使用同一种频率而不会产生干扰，从而提高了系统容量。
(2)降低系统干扰。智能天线技术将波束的旁瓣或零陷对准干扰信号方向，因此能够有效抑制干扰。
(3)扩大覆盖区域。由于智能天线有了自适应的波束定向功能，因此与普通天线相比，在同等发射功率的条件下，采用智能天线技术的信号能够传送到更远的距离，从而增加了覆盖范围。
(4)降低系统建设成本。由于智能天线技术能够扩大覆盖区域，因此基站的建设数量可以相对减少，降低了运营商的建设成本。智能天线技术的主要缺点在于它的使用将增加通信系统的复杂度，并对元器件提出了较高的性能要求。
3.4IPv6协议
4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流，因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。选择IPv6协议主要基于两点的考虑，一点是足够的地址空间，另外一点是支持移动性管理，这两点是IPv4不具备的。除此以外，IPv6还能够提供较IPv4更好的QoS保证及更好的安全性。由于承载网是IP网，未来的移
动终端必然需要拥有唯一的一个IP地址作为身份标识。目前使用的IPv4的地址长度仅有32bit，其IP地址资源预计将在2006年左右被消耗尽。而IPv6具有长达128bit的地址空间，即多达2128个地址，能够彻底解决地址资源不足的问题。其次，未来的移动用户接入4G通信系统不同于现在的互联网用户接入Internet，其最大的特征是具有不确定的移动性，因此必然要求所采用的 IP协议能够提供强大的移动性管理功能以支持越区切换及无缝漫游IPv6引入了移动IP的概念。使用家乡地址(HA， HomeAddress)来标识移动终端的IP地址，使用转交地址CoA来表示移动终端的当前所在位置并用于选路，其主要思想类似于现网上采用的 MSISDN(移动台ISDN号码)及MSRN(移动终端漫游号码)。移动终端(称为NodeA)在离开归属地(家乡)的时候会选择一个路由器作为家乡代理(Home Agent)，并在家乡代理上注册CoA。其它通信节点(称为Node B)先通过移动终端的家乡地址将信息发送给Node A的家乡代理。由家乡代理通过隧道的方式将来自Node B的数据包转发给Node A的CoA地
4 4G通信系统的网络结构
目前，4G系统仍处于研究的起步阶段，相关标准尚未出台，其网络结构也没有成型，但网络融合的大趋势是显而易见的。
“全IP核心网”概念的理解，应该包括从IP骨干传输层到控制层、应用层的一个整体。因此，未来的无线基站将具备通过IP协议直接接入“全IP 核心网”的能力，原有的交换中心、归属位置寄存器、鉴权中心等网元的主要功能都将由网络上的服务器或数据库来实现，信令网上的各层协议也将逐渐被IP协议所取代。整个网络将从过去的垂直树型结构演变为分布式的路由结构，业务的差异性也只体现在接入层面。
4G通信系统按照功能可以划分为接入层、承载层和业务控制层3层。
接入层允许用户使用各种终端通过各种形式接入到4G的通信系统中，这一部分将是革命性的演进；承载层提供QoS保证、安全管理、地址转换等功能，与接入层之间的接口应为开放的IP协议接口；业务控制层提供对业务的管理、加载等功能，它与承载层之间也应有开放的接口，以便于第三方提供新的业务应用。
5 4G与3G的关系
从前面对4G通信系统的介绍中可以看出，它将能够比3G系统更好、更便捷的提供基于多媒体的通信业务，在未来4G系统将会取代3G系统是通信系统发展的必然趋势。但我们是否就此可以认为目前全球正在或即将进行的3G网络建设变得毫无意义呢?答案是否定的。
首先，3G系统的建设实际上能够为未来更广泛的应用多媒体业务起到市场培育的作用，正如lG的模拟系统对用户进行移动业务的培育、GPRS系统对3G的数据业务进行培育一样。用户对新业务从最初的认识到接受，直到最后的普遍使用是个较为漫长的过程，这个过程需要运营商从简单业务到多样化业务逐步进行提供，通过首先吸引高端用户到逐步普及至中、低端用户，使用户从偶尔的选择性使用到广泛的自然应用，这一切都依赖于市场培育。
其次，每项新的技术从最初概念的提出到技术难点的突破，到试验网的搭建，再到最终产品化的市场应用也是个漫长的过程。在这一过程中，用户对通信业务种类和内容的要求都在逐步提高，通信业务市场不可能一直处于等待状态，等待一个全新的强大的系统一次性解决所有问题，而应该是在市场发展的每个阶段都要有能与之相适应的通信系统进行支持。因此，在数据及多媒体业务发展初期，建设一个能满足用户简单需求的3G通信系统是必须的。而对于设备研发商来说， 3G系统的建设能够帮助他们从3G网络的实际运行过程中发现问题，从而探索更好的解决办法，从而为今后4G系统的建设提供有价值的指导。
第三，从网络的平滑演进方面来说，3G系统也是必不可少的一个阶段。目前2G的系统从接入网到核心网全部都是电路型的，而未来的4G系统则是从接入到核心网一体化的“全IP”结构。从一个完全电路域的系统演变为一个基于分组的全IP结构的系统是一个台阶式的跃变，无论从运营商的角度还是从用户的角度，这种变化都是很大的。
对于运营商来说，非平滑演进的网络建设除了会带来很大的投资风险以外，对于现网的已有投资也将付之东流。而对于用户来说，面临的将是必须更换移动终端的无奈选择，这种情况下将会导致大量用户重新选择运营商和网络，同样会给运营商带来不可估量的损失。从4G提出的目标是解决3G系统的缺陷、提供完善理想化的技术体系来看，虽然3G到4G无论
对于网络还是终端也不可能是完全平滑的演进，但3G系统在这中间可以起到承上启下的枢纽作用，成为向全IP网络演进中不可缺少的一环。
从这些方面来说，虽然3G系统在通信速率、异构系统间的漫游等方面存在着种种不尽人意的地方，但它并不是泡沫，而是通信网络发展的必然阶段。而对4G系统的建设也将是建立在3G已不能够满足未来用户对多媒体业务需求的基础上进行的。
6 结束语
根据从1G到3G的发展情况，我们可以看出通信系统的发展周期一般为1O年，因此人们普遍认为从2010年开始4G系统的时代将会来临。目前我国的3G系统建设尚未起步，但3G牌照可能会发放，且有可能马上激起3G网络建设的浪潮。考虑到以下几点，我国通信发展的实际情况是目前仍以语音业务为主要需求；3G系统在多媒体业务上存在一定的局限性；3G的实际作用是为4G进行多媒体业务的市场培育；未来4G系统设备革命性演变可能带来的投资冲击等。本文认为3G的主流业务仍应该以语音和数据业务为主，多媒体时代仍需等待4G系统的建设，因此我国各大运营商在选择3G系统的建设时机及建设规模上应谨慎抉择。
4G系统将融合现有的各种无线接入技术，
