4G网络系统结构

4G网络结构

4G系统针对各种不同业务的接入系统，通过多媒体接入连接到

基于IP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由选择功能。

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。

4G网络有如下特点：

（1）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构；

（2）与Internet集成统一，移动通信网仅仅作为一个无线接

入网；

（3）具有开放、灵活的结构，易于扩展；

（4）是一个可重构的、自组织的、自适应网络；

（5）智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务

无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求；

（6）用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无

缝切换，传送高速多媒体业务数据；

（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展。

4G网络中的几个关键技术

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。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N个子信道上并行传输的低

速数据流，再用N 个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。

软件无线电

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。

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。

多输入多输出（MIMO）技术

多输入多输出技术（MIMO）是指在基站和移动终端都有多个天线。MIMO 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。MIMO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。

定位技术

定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。它主要分为基

于移动网络定位、基于移动终端定位或者混合定位三种方式。在4G

移动通信系统中，移动终端可能在不同系统(平台)间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪是实现移动终端在不同系统(平台)

间无缝连接和系统中高速率的、高质量的移动通信的前提和保

障。

切换技术

切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建

立可靠移动通信的基础和重要技术。切换技术适用于移动终端在不

同频率之间、不同移动小区之间通信或者信号降低信道选择等情况。既有水平(系统内)切换，又有垂直(系统间)切换，还可以在不同速

率间进行切换。切换技术在将来的发展中可能有两种完全不同的设

计思路：①本地切换，在相切换的源基站与目的地基站之间建立一

条专门的无线链路；②在全网内实施切换，以最有效地使用网络链路，需要调用全网资源在网关与切换目的地基站之间建立一条新的

链路。切换技术主要可以划分为软切换和硬切换。在4G通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方

向发展。

结束语

第四代移动通信技术正在研究过程中，它是多功能集成的移

动通信系统，是宽带接入IP系统。它具有超过2Mbps的非对称的数

据传输能力。在4G系统中，多个不同的接入系统将结合成一个公共

的平台，它们相互补充、相互协调以满足不同用户的要求。它将支

持多媒体通信、无线接入宽带固定网，以及在不同系统之间的漫游。未来移动通信的发展变化可能与我们现在所描述的4G系统不完全一