一． 前言
二． 关键字
三． 第一部分 CDMA 系统概述
四． 第二部分 CDMA 信道编码
五． 后记
六． 参考文献
前言
移动通信是当代通信领域发展最快，前景最好的部分，移动通信以其特有的灵活，便捷的优点符合了现代社会人们对通信技术的要求，成为20世纪80年代中期以来发展最为迅速的通信方式。中国的移动通信自从1987年投入运营以来，经过十余年的快速发展，现已形成数网并存的局面，并逐渐为GSM让出频率，第二代数字网络有GSM和CDMA两种．我国现已形成世界上最大的GSM网络，移动用户占世界第二位，CDMA将作为下一世纪的无线接入技术，而WCDMA则将成为目前各种第二代移动通信系统，(GSM、IS-95、PDC等)的交汇点，发展成第三代系统。CDMA技术将在未来的通信中起越来越重要的作用，这种高效的新型通信模式将随同其宽带衍生技术--WCDMA快速发展，满足用户对个人通信系统的要求，并成为全球无线本地环路的必然选择．
本文综合论述了CDMA系统基本原理结构功能操作特性、容量分析、iS-95标准，重点分析了信道鳊码部分及CDMA系统几种常用编码．
关键字
CDMA 香农定理
IMT-2000 WCDMA MAP算法 TURBO码 卷积码
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【关键词】 5G 移动通信 发展历程 5G特征
一、5G概述及其发展历程
随着4G网络在用户间的普及，5G的研发也逐渐变成了整个学术界和信息产业界的大热课题。5G，即第五代移动通信技术，即是第四代移动通信（4G）的发展与延伸。到目前为止，还没有任何电信公司或标准订定组织的公开规格或官方文件中对5G技术进行明确定义，而5G技术的发展还处于早期阶段。
相对于2G、3G以及4G技术来讲，5G的概念是一个综合的整体性范围，它主要是“现有无线技术演进和开发补充性的新技术”，目标为构建长期的网络社会。从目前看，3G、4G、WiFi等无线接入技术都是5G的重要技术组成部分。
为了解决频谱资源匮乏的重大问题，5G的频谱利用率将大大提升。其理论上的最高传输速度是4G传输速率的百倍，这将为用户带来非常优质的数据传输体验。与此同时，5G网络的可靠性与安全性也会得到改善，以保护用户的财产和个人安全。
整个产业都对5G技术的研发保持着极高的关注度。2013年2月，欧盟宣布，将拨款5000万欧元用于加快5G移动技术的发展，同时，他们计划到2020年推出成熟的标准。2013年5月13日，韩国三星电子有限公司宣布，已成功开发第5代移动通信的核心技术，这一技术预计将于2020年开始推向商业化。该技术可在28GHz超高频段以每秒1Gbps以上的速度传送数据，且最长传送距离可达2公里。相比之下，当前的第四代长期演进（4GLTE）服务的传输速率仅为75Mbps。而此前这一传输瓶颈被业界普遍认为是一个技术难题，而三星电子则利用64个天线单元的自适应阵列传输技术破解了这一难题。2014年5月8日，日本电信营运商 NTT DoCoMo 正式宣布将与 Ericsson、Nokia、Samsung 等六间厂商共同合作，开始测试凌驾现有 4G 网络 1000 倍网络承载能力的高速 5G 网络，传输速度可望提升至 10Gbps。预计在2015年展开户外测试，并期望于 2020 年开始运作。
在中国地区，早在2009年，华为就已经展开了相关技术的早期研究，并在之后的几年里向外界展示了5G原型机基站。华为在2013年11月6日宣布将在2018年前投资6亿美元对5G的技术进行研发与创新，并预言在2020年用户会享受到20Gbps的商用5G移动网络。
目前大量人力物力都被投入于5G的研究，可以预见，在不久的将来，人们将会享受到更加完美、更加贴心的通信服务。
二、5G技术的发展新特征
随着信息时代的飞速发展，用户对移动通信的需求不断提高。5G的发展是大势所趋，在未来，我们将会体验到5G带给我们的前所未有的新体验。5G技术主要存在以下几点特征：
2.1频谱利用率大大提升，高频段频谱资源被更多地利用
目前用于移动通信的频谱资源十分有限，而我国的频谱资源是采用一种固定方式分配给各个无线电部门，这更加导致了资源利用的不均衡和低利用率。相对于4G网络，5G的频谱利用率将会得到大大提升，并且高频段资源也会被适当应用，以此来克服这一严峻问题。
2.2更大限度支持业务个性化，提供全方位信息化服务
人们对移动通信的需求趋向于个性化和层次化，在生活中无时无刻能离开通信网络。5G网络目标之一，即是建设更为完备的网络体系架构，提高对各种新兴业务的支撑能力，以此为用户打造全新的通信生活。
2.3通信速率极大提升
信息化时代在高速发展，人们对获取信息的速率要求越来越高，这对通信网络的传输速率是很大的挑战。5G网络的理论数据传输速率达到4G标准的百倍，。4G的最高峰值速率为1G，而5G则可以达到10G。这意味着，在5G网络环境下，一部超高清画质的电影1秒内就可以下载完成。与此同时，5G网络在传输中还将呈现出低时延、高可靠、低功耗等特点。
2.4绿色节能
5G网络中，将会在保证通信质量的同时，采用有效的绿色节能技术来降低网络损耗，把能耗控制在一定范围之内。未来的通信过程中，运营商可以根据实时通信状况来调整资源分布，以此节约网络能源。
三、结语
目前，5G的研究尚处于初期阶段，还存在许多技术问题有待解决。随着其研究历程的不断深入，在未来，5G必然将会给用户带来全新的通信体验，全面推动信息化时代的发展。
参 考 文 献
[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等. 5G移动通信发展趋势与若干关键技术.中国科学：信息科学， 2014， 44： 551-563， DOI：10.1360/N112014-00032
关键词：移动通信；3G；新技术；WiMAX；LTE
中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0520021－02
1 移动通信概述
移动通信是指通信当中任意一方或者双方可以在移动过程中进行通，也就是说，必须有一方具有移动性。其形式可以是移动方与固定方之间的通信，又或者是具有可移动性两者之间的通信。移动通信能够达到人们所希望的在任何时间任何地点都能进行通信的愿望。自从上世纪80年代，尤其是从上世纪90年代开始，移动通信得到了迅猛的发展。几十年间移动通信技术的发展，促使移动电话从最初的富人独享的玩具，到现在成为人人所能拥有的日常生活用品。移动通信技术经历了模拟系统、数字系统直到当今的第三代宽带系统的广泛应用，而未来通信技术LTE也在紧张的测试当中。
2 移动通信技术的发展历程
过去几十年当中，全世界移动通信技术得到了极大的进步，移动通信技术尤其是蜂窝技术被迅速应用，令广大的用户摆脱了终端设备的束缚、完整的实现了个人通信方式的移动性、传输手段的可靠性及接续性。目前为止所使用过的移动通信技术按照其发展历程可划分为三代，其具有以下的特点：
1）第一代移动通信系统（1G）提出于上世纪80年代初，完成于90年代初。基于模拟传输的1G移动通信技术，具有业务量小、交全性差、质量差、缺乏加密行及速度低等特点。基于蜂窝结构组网的1G通信技术，直接采用模拟语音调制技术，传输速率约2.4kbit/s。不同国家采用不同的工作系统。
2）第二代移动通信系统（2G）。源于上世纪90年代的第二代移动通信系统中采用数字技术，利用蜂窝组网技术。多址方式由频分多址转向时分多址和码分多址技术，双工技术仍采用频分双工。2G通信网络采用蜂窝数字移动通信，具有数字传输优点的同时也克服了1G通信网络所具被的缺点，通话语音质量及保密性能得到了极大提高。
3）第三代移动通信系统（3G），也称IMT2000，是正在全力开发的系统，最为突出的特点是具有智能信号处理的能力，智能信号处理单元将成为最基本的功能模块，支持话音和多媒体数据通信，能够提供前两代产品所不具备各种宽带信息业务的选项，例如高速数据传输、电视图像和慢速图像等。第三代移动通信系统的通信标准包括CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA。
3 移动通信新技术概述
目前正在测试应用的第四代移动通信技术（4G）又可称之为分布网络，具有高速非对称传输数据的能力，数据传输速度可达2Mbit/S。4G作为集合多种无线技术的大系统，不但具备现有3G通信增强技术，还具备宽带无线局域网（WLAN）、无宽带无线固定接入及互操作广播网络系统的能力。4G移动通信核心技术如下文所述。
3.1 WiMAX
WiMax（World wide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互联接入。WiMAX又可称作802.16无线城域网或802.16。WiMAX作为新兴的接入技术，具备高速连接互联网的能力，最远的数据传输距离可达50km。WiMAX同时还具备传输速率高、QoS保障、多业务等优点。由于采用了代表未来通信技术发展方向的AAS、OFDM/OFDMA、MIMO等先进技术，因而从技术角度来看，Wimax的起点较高。随着技术标准的发展，WiMAX将会逐渐实现宽带业务被移动化，而3G通信移动业务则宽带化，由此可推测随着技术的发展两种网络的相互融合程度会越来越高。
3.2 LTE技术
长期演进LTE（Long Term Evolution）。LTE又被称为3.9G通信技术，其数据下载能力可高达100Mbps，从而被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如具备更高的用户数据速率、减少时间的等待、系统容量和覆盖区域的改善以及降低运营成本。3GPP长期演进（LTE）项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，这种以OFDM/FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。3GPPLTE项目的主要性能目标包括：在20MHz的带宽下能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值数据速率；提高小区的容量；对小区边缘用户的性能的改善；系统延迟时间的降低，用户平面内部单向传输时延低于5毫秒，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50毫秒，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100毫秒；支持100公里半径的小区覆盖；能够为移动速度达350Km/h的移动用户提供数据传输速度大于100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置从1.25MHz到20MHz多种带宽。
3.3 OFDM
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）
即正交频分复用技术，实际上OFDM是多载波调制（MCM MultiC
Arrier Modulation）的一种。其核心思想是：将信道分成许多正交子信道，将高速的数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。在接收端应用相关技术对正交信号分开，通过此种方式可以降低子信道之间的相互干扰ICI。由于每个子信道上的信号带宽小于对应的信道相关的带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，因此能够消除符号之间的干扰。再且每个子信道的带宽只占原信道带宽当中的一小部分，故信道均衡变得相对容易。
3.4 软件无线电
软件无线电作为志勇具有开放式结构的通信新技术，其是将标准化、模块化的硬件以一个通用硬件平台为基础，采用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统。通过加载不同的软件程序，在硬件平台上可实现所需的功能，可以实现在不同系统中基于单一的终端进行漫游，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（Digital Signal Process Hardware，DSPH）、现场可编程器件（Field Programmable Gate Array，FPGA）、数字信号处理（Digital Signal Processor，DSP）等。
3.5 M-QAM
IMT-2000所定义的关于未来个人通信，是多种业务的综合。不仅包括传统的语音服务（96kbps），还包括多媒体业务（384kbps和2Mbps）。若在这些高速数据传输中采用一般的调制技术，则会急剧增加信道带宽并使原本宽带频率紧张的状况加剧恶化。因此，采用高频谱利用率的调制方式，是解决有限的频谱资源与高速率多媒体业务这一对矛盾的有效方法。而M--QAM（正交振幅调制）就是这样的一种技术。多进制正交幅度调制作为在中、大容量数字微波通信系统中被广泛使用的一种载波控制方式，该方式具备极高的频谱利用率，在调制进制数较高时，信号矢量集的分布也较合理，同时实现起来也较方便。目前在LMDS、SDH数字微波等大容量的数字微波通信系统中被广泛使用的64QAM、128QAM等均属于这种调制方式。
3.6 智能天线
智能天线原名自适应天线阵列（Adaptive Antenna Array，AAA），最初用来完成空间滤波和定位。智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组具备可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，可同时对基站和移动台之间各个链路的方向特性进行获取。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，向空间发射定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA（Direction of Arrinal），旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。智能天线具备精确定位功能，可实现接力切换，减少信道资源浪费，从而提高系统的性能，并且通过空分多址空间资源之间智能天线接收器的交叠最小，干扰最小，提高频谱利用率。
3.7 多载波技术
多载波技术包括OFDM和多载波CDMA技术等，现在主要应用的是OFDM技术，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
4 结论
移动通信无疑是现今社会最热门，也是社会发展最离不开的技术，移动通信技术的发展状况已成为评价一个国家科技实力的重要指标，移动通信技术相关的业务发展，产生了巨大的经济效益，对现代移动通信新技术的研究将会成为今后科研机构、高校、企事业单位的重要课题。本文对移动通信新技术进行了概述，对当今存在的移动通信新技术进行总体概括，旨在分析当今移动通信新技术发展趋势。
参考文献：
[1]毛京丽，现代通信新技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2008.
[2]李震，3G发展现状与前景[J].网络与信息，2007（5）.
[3]全庆一，卫星移动通信[M].北京：北京邮电大学出版社，2000.
[4]IEEE Wireless MAN 802.16 制定[M]. EStandard for Lo cal and met ropolitan areanetw or ks.
[5]张明、张平、张建华，4G无线通信系统的信道特性[J].移动通信，2004（10）．
关键词：第四代移动通信关键技术
0引言
第三代移动通信（3G）在20世纪80年代末提出时倍受关注，近年来却遭遇降温。究其原因，单从技术角度考虑，3G系统就有很多需要改进的地方，如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率只有384kbit/s(标称最高速率为2Mbit/s)不能满足用户对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信(视频)的完全需求；没有达成全球统一的标准等。
正是由于3G的诸多不足，使得在3G还没有大规模投入商用、距离完全实用化还有一段时间的情况下，国内外移动通信领域的专家就已经在进行第四代移动通信系统（4G）的研究和开发工作。
1什么是第四代移动通信技术
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功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统”。
实际上，世界各国在对4G的设想上存在着巨大的差异。
欧洲国家一般认为4G是一种可以有效使用频谱的数据通信技术，并且以IPv6为基础!网络上的所有单位都有自己的IP地址。通过在移动通信网络中引入IPv6就可以把现有的各种不同的网络融合在一起，如4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字广播电视系统、各种蜂窝和准蜂窝系统#无线本地环路和无线局域网，并且可以和2G、3G兼容。
与欧洲关于4G的观点正相反。日本热衷于建立一个单一的4G全球标准。
美国则希望把WLAN技术进行扩展，从而演进为4G的基础。
2第四代移动通信的目标要求和特点
2.1目前业界人士对第四代移动通信已达成的共识
a)与已有的数字移动通信系统相比，4G系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量（QoS）更高的频谱利用率,更高的安全性\智能性和灵活性;
b)可以容纳更多的用户,应能支持包括非对称性业务在内的多种业务;
c)4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势,将在不同的固定和无线平台以及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务;
d)能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游,包括网络无缝\终端无缝和内容无缝;
e)将是多功能集成的宽带移动通信系统，不仅联系人与人，更将联系人与机器、环境，人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息，并可远端控制其他设备。
2.2第四代移动通信系统的一些具体特点
2.2.1传输速率更快
4G系统的目标速率为：
a)对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；
b)对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbit/s；
c)对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。
2.2.2带宽更宽
据研究，每个4G信道将占有100MHz或更多带宽，而3G网络的带宽则在5～20MHz之间。
2.2.3容量更大
将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来极大地提高系统的容量，以满足未来大信息量的需求。
2.2.4智能性更高
4G系统的智能性更高"它将能自适应地进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境。
4G网络中的智能处理器将能够处理节点故障或基站超载，4G通信终端设备的设计和操作也将智能化。
2.2.5实现更高质量的多媒体通信
4G通信能提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中，因此4G也是一种实时的&宽带的以及无缝覆盖的多媒体移动通信。
2.2.6兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度看，4G通信系统应当具备真正意义上的全球漫游（包括与3G、WLAN和固定网络之间无缝隙漫游）接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。
2.2.7业务的多样性
在未来的全球通信中，人们所需的是多媒体通信，因此个人通信、信息系统、广播和娱乐等各行业将会结合成一个整体，提供给用户比以往更广泛的服务与应用。系统的使用也会更加安全、方便，更加照顾用户的个性。
2.2.8灵活性较强
4G系统将能够自适应地进行资源分配，调整系统根据通信过程中变化的业务流大小进行相应处理。对信道条件不同的各种复杂环境都能进行信号的正常发送与接收，具有很强的智能性、适应性和灵活性。
用户将使用各式各样的移动设备接入到4G系统中来。设备与人之间的交流不再是简单的听、说、看，还可以通过其他途径与用户进行交流。4G移动设备的功能已不能简单地划归到“电话机”的范畴，而且从外观和式样上也将会有更惊人的突破，也许眼镜、手表、旅游鞋等都有可能成为4G终端。
2.2.9用户共存性
4G中的移动通信技术能够根据网络的状况和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速用户以及各种各样的用户设备能够并存与互通，从而满足系统多类型用户的需求。
2.2.10通信费用更加便宜
4G通信能解决与3G的兼容性问题，让更多的现有通信用户轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端通信技术，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易、迅速得多。
2.2.11灵活的网络结构
4G系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络，它可以自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。4G系统具有不同的网络结构，可能存在与1G、2G、3G完全不同的、没有基站的网络结构，包括Adhoc网＿自组织网络。
2.2.12将能实现不同QoS的业务
4G系统通过动态带宽分配和调节a发射功率来提供不同级别的QoS
34G系统中可能的关键技术
近年来人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。归纳起来可分为以下一些方面。
3.1未来移动通信系统需要研究的课题
a)与系统相关的技术：IP语音技术，软件无线电技术，广带无线收发信机，移动服务的系统平台，高可靠性的网络结构，全IP无线，安全性、加密、计费、身份认证及移动电子商务Adhoc网技术。
b)与应用相关的技术：下一代编码/压缩技术，动态可变码率编码技术，移动技术，人＿机接口（包括“智能”移动终端），流数据通信技术，内容描述语言，应用发展环境技术。
c)先进的无线接入技术：动态QoS控制，差错控制及超高速小区搜索，多播技术，IP移动性控制，无缝IP包传输，链路自适应，光纤无线电。
d)频率的有效利用：微波频带的开拓，频带的共用与频率的共享，自适应动态信道分配，抗干扰与抗衰落技术，高密度三维蜂窝结构，自适应阵列无线及多输入多输出（MIMO）天线系统，自适应高效多电平调制，正交频率复用（OFDM）技术。
e)先进的移动终端：新的功率管理技术，可包装终端技术，高功能显示器件技术，语声识别技术，下一代半导体器件技术，灵敏度的增强，移动终端的系统平台，移动终端安全性增强技术。
3.24G系统中可能用到的一些关键技术
3.2.1无线接入方式与多址方案
a)在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM等多址方式中，OFDM是4G系统最为合适的多址方案，从目前的研究进展来看，OFDM也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。
OFDM是无线环境下的一种特殊的多载波传送方案。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，即具有频率选择性，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。另外，OFDM弃用了传统的使用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式，改用跳频方式来选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形，而且OFDM系统的各个载波可以根据频谱利用率和误码率的最佳平衡原则来为子载波选择不同的调制方式，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。
OFDM的主要优点是对多径衰落和多普勒频移不敏感，能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，能够克服高速率数据传输时符号间干扰增大的问题；各个子信道的载波相互正交，在减小子载波间的相互干扰的同时又提高了频谱利用率；硬件实施简单等。
OFDM的主要缺点是功率效率不高，对载频的偏置较敏感。OFDM系统对载频的偏置比较敏感的主要原因是在频率选择性深衰落情况下，OFDM系统在相应子载波上的数据可能被破坏。为此，众多学者把OFDM与直接序列扩频相结合，使得信号可以在多个载波上扩展，这样一来就能有效地利用未被破坏的子载波上的信息恢复出原始数据，实现频率的分集。
OFDM技术的主要技术难点是系统中的频率和时间同步、基于导频符号辅助的信道估计、峰平比问题、多普勒频偏引起的互载频干扰（ICI）降低系统性能的问题以及基于OFDM、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。
b)日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为VSF（variablespedingfactor）-OFCDM(orthogonalfrequencyandcodedivisionmul-tiplexing)。VSF-OFCDM在采用多载波的同时，进行与CDMA相同的扩散处理来增大容量。
其最大特点在于，可以根据具体的通信服务来改变时间方向与频率方向上的扩散率，从而在类似热点的孤立区域，通过降低扩散率来优先增大传输速率；而在用户众多的环境下，提高扩散率，增加系统容量。这种接入方式可以提高频谱利用率，并且不受多径干扰的影响，可通过改变扩频因子，应用于高密度业务区和一般业务区。
3.2.2调制与编码
a)多载波调制（MCM）技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率，用这些数据流去并行调制若干个载波，然后合成输出。其主要优点是可以有效抑制在单载波系统接收机中由于线形均衡所引起的噪声及干扰的提高，较长的信元周期对噪声和快衰落有更大的抵抗性。
时间弥散是无线信道传输速率受限的一个主要原因，而在多载波调制的子信道中，数据传输速率相对较低，码元周期长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的值就不会产生码间干扰，即MCM对新到的时延弥散不敏感，具有抗时延弥散的特性。
MCM通常可以通过多载波码分多址（MC-CD-MA）、正交频分复用时分多址（OFDM-TDMA）和多音实现几种技术途径来实现。
b)自适应调制与编码（AMC）是目前研究的又一热点技术。AMC的原理是根据信道条件（基于从接收机反馈信息来估计）瞬时的变化改变调制与编码格式，对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
具有AMC的系统，接收机将收集一系列信道的统计数值，提供给发射机和接收机去优化系统参数（如调制及编码、信号带宽、信号功率、训练周期、信道估值滤波器、以及自动增益控制等），允许按照信道条件分配给不同的用户不同的数据率。对于靠近小区基站的用户分配给较高码率的较高阶的调制（如64QAM，R=3/4Turbo）,对于靠近小区边界的,则分配给具有较低码率的较低阶调制(如QP-SK,R=1/2Turbo码)。AMC扩展了系统自适应良好信道条件的能力。
预计4G系统将会采用多载波调制技术#
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法可获得最好的分集性能；多天线技术，如采用2或4天线可实现发射分集，或者采用MIMO技术可实现发射和接收分集。
对4G广带无线移动通信高性能的要求，促使其在基站及用户终端采用多天线系统。
广带信道是一个典型的非视线信道，并包含不匹配性，如时间选择性及频率选择性衰落。传统无线通信理论一直将多径传播视为造成无线信号衰落的干扰之一，而采用多天线则产生了多个空间信道，所有的信道不会同时产生衰落，因此MIMO天线系统恰恰利用了传播环境的多径特性，极大地提高了前向和反向链路的容量，并增加通信范围与可靠性。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，一方面要采用有效的措施提高频谱利用率，另一方面要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP的核心网
综观当前的发展趋势，IP被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案，使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网（WLAN）或者是Adhoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP的3G网络等则通过特定的网关连接。
目前移动OK急待解决的问题有三角路由问题&漫游和切换问题&安全问题等#
3.2.6软件无线电（SDR）技术
在4G系统中，由于移动用户在不同的系统间漫游，系统之间以及系统内部需要无缝切换，而且随着4G系统的发展，会不断出现新的业务和新的需求，这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
软件无线电在4G中的可能应用为：
a)采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；
b)当终端移动时可重新配置。如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动通信系统中时，终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端，从而使该终端获得服务。
采用软件无线电技术实现的移动终端或基站将采用模块化结构，主要由天线模块、LNA模块、ADC/DAC功率放大器模块、DSP模块和多媒体模块等组成。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。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理,对于3G系统如果信道带宽为5MHz,数据速率为2Mbit/s,则所需的SNR为1.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据,则所需要的SNR为12dB。
可见由于4G系统的速率很高，因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列，它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能，可以跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，实现空间分集，提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价。
目前，智能天线被认为是未来移动通信的关键技术之一，其工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式两种。
全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大，信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点；实际信道条件下当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。而对于预多波束的切换波束工作方式，全空域（各种可能的入射角）被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠#接收时的主要任务是挑选一个#也有可能是几个’但需合并后再输出(作为工作模式。与自适应方式相比它显然更容易实现，实际上可将其看作是介于扇形天线与全自适应天线间的一种技术，也是未来智能天线技术发展的方向。
3.2.9多用户检测技术
多用户检测器可以提高系统的容量，因此将是
4G系统必然采用的技术.
随着多用户检测器研究的不断深入，各种高性能但算法又不特别复杂的多用户检测器算法不断被提出来，因此在实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
3.2.10系统资源管理
在第四代移动通信系统中，移动商务和对QoS有较高要求的各类业务将持续增长。网络将处理前所未有的多媒体业务量、多运营商配置、无需授权频段和Adhoc网络拓扑等#各类结构的存在也使得具有不同QoS方案的不同域之间具有移动性和互相作用,从而显著增加了系统的全局复杂度.
这需要一个具有丰富连接性和智能的QoS无线分组网络的支撑#系统的\先进的无线资源管理策略也成为必需。该策略的关键单元包括协调业务连接处理的业务管理部分，维护所有网络实体已分配的和可用的资源许可控制管理部分，以及按照QoS需求和业务条件在共享同一资源的业务之间分配可用资源的资源管理部分。
采用一些能够使网络有效满足不同业务请求的政策或机制#包括接入控制、资源调度、缓冲区管理和流量控制等。系统检测可用的资源以及信号的质量，然后根据不同用户、不同业务质量要求动态地分配频率资源和信号发射功率，从而大大提高系统的性能。
3.2.11Adhoc网络技术
未来移动通信网络除了以低成本达到高数据速率外，还要求在无专用通信基础设施下，网络具有适应和生存能力。
Adhoc网络或称为分组无线网络作为非集中控制网络结构，因灵活性将在未来网络中扮演重要角色。用户和路由器能在网络中随机移动的Adho网络正成为主要研究领域，它准许袖珍终端扩展接入和改进应急通信质量。
现今蜂窝通信系统依靠集中控制和管理，而下一代移动通信系统标准转向固定与移动网络相结合，无隙缝和全方位通信Adhoc模式。
Adhoc网络没有事先确定的基础设施和网络链路的时间特性，给分组无线网络设计和实施带来一些基本的挑战，它们是：
a)必须优化设计安全和路由功能，保证分布式结构有效运行；
b)在网络动态时，降低路由表更新频数和开销来保证链路连接；
c)在多跳网络中，改进路由协议设计来减少链路容量和等待时间的波动；
d)全面权衡网络连接（覆盖）、时延、容量和功率预算等指标；
e)以优化功率管理和MAC设计来减少先进技术的负面效应。
3.2.12网络设计
OSI网络分层设计已经为通信系统服务多年，随着无线网络的发展和网络功能发生变化，对网络特性的要求也发生了变化，如时延、吞吐量、支持各种QoS多媒体业务动态流量\差错率、频谱带宽、节点连续不断进出网络引起的网络拓扑变化等，这些都对网络设计提出了新的挑战。
4结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨，具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现，可以预见，随着技术的进步和网络的发展，下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。
参考文献
1吴伟陵.移动通信中的关键技术.北京；北京邮电大学出版社，2002。
2李世鹤.第三代移动通信技术的改进及三代后技术.第三代移动通信TD-SCDMA技术论文集。
3雷春娟，李承恕.关于第四代移动通信若干问题的探讨.移动通信2002（06）。
4樊自甫.3G后移动数据通信的发展探讨.移动通信2002（10）。
关键词：第四代移动通信关键技术
0 引言
第三代移动通信（3G）在20 世纪80 年代末提出时倍受关注，近年来却遭遇降温。究其原因，单从技术角度考虑，3G系统就有很多需要改进的地方，如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率只有384kbit/s(标称最高速率为2Mbit/s)不能满足用户对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信(视频)的完全需求；没有达成全球统一的标准等。
正是由于3G的诸多不足，使得在3G还没有大规模投入商用、距离完全实用化还有一段时间的情况下，国内外移动通信领域的专家就已经在进行第四代移动通信系统（4G）的研究和开发工作。
1 什么是第四代移动通信技术
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功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统”。
实际上，世界各国在对4G的设想上存在着巨大的差异。
欧洲国家一般认为4G是一种可以有效使用频谱的数据通信技术，并且以IPv6为基础!网络上的所有单位都有自己的IP地址。通过在移动通信网络中引入IPv6 就可以把现有的各种不同的网络融合在一起，如4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字广播电视系统、各种蜂窝和准蜂窝系统#无线本地环路和无线局域网，并且可以和2G、3G兼容。
与欧洲关于4G的观点正相反。日本热衷于建立一个单一的4G全球标准。
美国则希望把WLAN 技术进行扩展，从而演进为4G的基础。
2 第四代移动通信的目标要求和特点
2.1目前业界人士对第四代移动通信已达成的共识
a)与已有的数字移动通信系统相比，4G系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量（QoS）更高的频谱利用率，更高的安全性\智能性和灵活性;
b) 可以容纳更多的用户，应能支持包括非对称性业务在内的多种业务;
c) 4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势，将在不同的固定和无线平台以及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务;
d) 能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游，包括网络无缝\终端无缝和内容无缝;
e) 将是多功能集成的宽带移动通信系统，不仅联系人与人，更将联系人与机器、环境，人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息，并可远端控制其他设备。
2.2第四代移动通信系统的一些具体特点
2.2.1传输速率更快
4G系统的目标速率为：
a)对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；
b) 对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbit/s；
c) 对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。
2.2.2带宽更宽
据研究，每个4G信道将占有100MHz或更多带宽，而3G网络的带宽则在5～20MHz之间。
2.2.3容量更大
将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来极大地提高系统的容量，以满足未来大信息量的需求。
2.2.4智能性更高
4G系统的智能性更高"它将能自适应地进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境。
4G网络中的智能处理器将能够处理节点故障或基站超载，4G通信终端设备的设计和操作也将智能化。
2.2.5实现更高质量的多媒体通信
4G通信能提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中，因此4G也是一种实时的&宽带的以及无缝覆盖的多媒体移动通信。
2.2.6兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度看，4G通信系统应当具备真正意义上的全球漫游（包括与3G、WLAN和固定网络之间无缝隙漫游）接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。
2.2.7业务的多样性
在未来的全球通信中，人们所需的是多媒体通信，因此个人通信、信息系统、广播和娱乐等各行业将会结合成一个整体，提供给用户比以往更广泛的服务与应用。系统的使用也会更加安全、方便，更加照顾用户的个性。
2.2.8灵活性较强
4G系统将能够自适应地进行资源分配，调整系统根据通信过程中变化的业务流大小进行相应处理。对信道条件不同的各种复杂环境都能进行信号的正常发送与接收，具有很强的智能性、适应性和灵活性。
用户将使用各式各样的移动设备接入到4G系统中来。设备与人之间的交流不再是简单的听、说、看，还可以通过其他途径与用户进行交流。4G移动设备的功能已不能简单地划归到“电话机”的范畴，而且从外观和式样上也将会有更惊人的突破，也许眼镜、手表、旅游鞋等都有可能成为4G终端。
2.2.9用户共存性
4G中的移动通信技术能够根据网络的状况和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速用户以及各种各样的用户设备能够并存与互通，从而满足系统多类型用户的需求。
2.2.10通信费用更加便宜
4G通信能解决与3G的兼容性问题，让更多的现有通信用户轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端通信技术，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易、迅速得多。
2.2.11灵活的网络结构
4G系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络，它可以自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。4G系统具有不同的网络结构，可能存在与1G、2G、3G完全不同的、没有基站的网络结构，包括Ad hoc网＿自组织网络。
2.2.12将能实现不同QoS的业务
4G系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同级别的QoS
34G系统中可能的关键技术
近年来人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。归纳起来可分为以下一些方面。
3.1未来移动通信系统需要研究的课题
a)与系统相关的技术：IP 语音技术，软件无线电技术，广带无线收发信机，移动服务的系统平台，高可靠性的网络结构，全IP 无线，安全性、加密、计费、身份认证及移动电子商务Ad hoc 网技术。
b) 与应用相关的技术：下一代编码/压缩技术，动态可变码率编码技术，移动技术，人＿机接口（包括“智能”移动终端），流数据通信技术，内容描述语言，应用发展环境技术。
c) 先进的无线接入技术：动态QoS控制，差错控制及超高速小区搜索，多播技术，IP 移动性控制，无缝IP 包传输，链路自适应，光纤无线电。
d) 频率的有效利用：微波频带的开拓，频带的共用与频率的共享，自适应动态信道分配，抗干扰与抗衰落技术，高密度三维蜂窝结构，自适应阵列无线及多输入多输出（MIMO）天线系统，自适应高效多电平调制，正交频率复用（OFDM）技术。
e) 先进的移动终端：新的功率管理技术，可包装终端技术，高功能显示器件技术，语声识别技术，下一代半导体器件技术，灵敏度的增强，移动终端的系统平台，移动终端安全性增强技术。
3.2 4G系统中可能用到的一些关键技术
3.2.1无线接入方式与多址方案
a) 在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM 等多址方式中，OFDM 是4G系统最为合适的多址方案，从目前的研究进展来看，OFDM 也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。
OFDM 是无线环境下的一种特殊的多载波传送方案。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，即具有频率选择性，而OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。另外，OFDM 弃用了传统的使用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式，改用跳频方式来选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形，而且OFDM 系统的各个载波可以根据频谱利用率和误码率的最佳平衡原则来为子载波选择不同的调制方式，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM 等。
OFDM 的主要优点是对多径衰落和多普勒频移不敏感，能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，能够克服高速率数据传输时符号间干扰增大的问题；各个子信道的载波相互正交，在减小子载波间的相互干扰的同时又提高了频谱利用率；硬件实施简单等。
OFDM 的主要缺点是功率效率不高，对载频的偏置较敏感。OFDM 系统对载频的偏置比较敏感的主要原因是在频率选择性深衰落情况下，OFDM 系统在相应子载波上的数据可能被破坏。为此，众多学者把OFDM 与直接序列扩频相结合，使得信号可以在多个载波上扩展，这样一来就能有效地利用未被破坏的子载波上的信息恢复出原始数据，实现频率的分集。
OFDM技术的主要技术难点是系统中的频率和时间同步、基于导频符号辅助的信道估计、峰平比问题、多普勒频偏引起的互载频干扰（ICI）降低系统性能的问题以及基于OFDM 、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。
b)日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为VSF（variable speding factor）-OFCDM(orthogonal frequency and code pision mul-tiplexing)。VSF-OFCDM在采用多载波的同时，进行与CDMA 相同的扩散处理来增大容量。
其最大特点在于，可以根据具体的通信服务来改变时间方向与频率方向上的扩散率，从而在类似热点的孤立区域，通过降低扩散率来优先增大传输速率；而在用户众多的环境下，提高扩散率，增加系统容量。这种接入方式可以提高频谱利用率，并且不受多径干扰的影响，可通过改变扩频因子，应用于高密度业务区和一般业务区。
转贴于 3.2.2调制与编码
a) 多载波调制（MCM）技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率，用这些数据流去并行调制若干个载波，然后合成输出。其主要优点是可以有效抑制在单载波系统接收机中由于线形均衡所引起的噪声及干扰的提高，较长的信元周期对噪声和快衰落有更大的抵抗性。
时间弥散是无线信道传输速率受限的一个主要原因，而在多载波调制的子信道中，数据传输速率相对较低，码元周期长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的值就不会产生码间干扰，即MCM 对新到的时延弥散不敏感，具有抗时延弥散的特性。
MCM通常可以通过多载波码分多址（MC-CD-MA）、正交频分复用时分多址（OFDM-TDMA）和多音实现几种技术途径来实现。
b) 自适应调制与编码（AMC）是目前研究的又一热点技术。AMC 的原理是根据信道条件（基于从接收机反馈信息来估计）瞬时的变化改变调制与编码格式，对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
具有AMC的系统，接收机将收集一系列信道的统计数值，提供给发射机和接收机去优化系统参数（如调制及编码、信号带宽、信号功率、训练周期、信道估值滤波器、以及自动增益控制等），允许按照信道条件分配给不同的用户不同的数据率。对于靠近小区基站的用户分配给较高码率的较高阶的调制（如64QAM，R=3/4Turbo），对于靠近小区边界的，则分配给具有较低码率的较低阶调制(如QP-SK，R=1/2Turbo码)。AMC扩展了系统自适应良好信道条件的能力。
预计4G系统将会采用多载波调制技术#
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法可获得最好的分集性能；多天线技术，如采用2 或4天线可实现发射分集，或者采用MIMO 技术可实现发射和接收分集。
对4G广带无线移动通信高性能的要求，促使其在基站及用户终端采用多天线系统。
广带信道是一个典型的非视线信道，并包含不匹配性，如时间选择性及频率选择性衰落。传统无线通信理论一直将多径传播视为造成无线信号衰落的干扰之一，而采用多天线则产生了多个空间信道，所有的信道不会同时产生衰落，因此MIMO天线系统恰恰利用了传播环境的多径特性，极大地提高了前向和反向链路的容量，并增加通信范围与可靠性。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，一方面要采用有效的措施提高频谱利用率，另一方面要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP 的核心网
综观当前的发展趋势，IP 被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案，使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网（WLAN）或者是Ad hoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP 的3G网络等则通过特定的网关连接。
目前移动OK 急待解决的问题有三角路由问题&漫游和切换问题&安全问题等#
3.2.6软件无线电（SDR）技术
在4G系统中，由于移动用户在不同的系统间漫游，系统之间以及系统内部需要无缝切换，而且随着4G系统的发展，会不断出现新的业务和新的需求，这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
软件无线电在4G中的可能应用为：
a)采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；
b) 当终端移动时可重新配置。如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动通信系统中时，终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端，从而使该终端获得服务。
采用软件无线电技术实现的移动终端或基站将采用模块化结构，主要由天线模块、LNA 模块、ADC/DAC功率放大器模块、DSP 模块和多媒体模块等组成。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。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mbit/s，则所需的SNR为1.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据，则所需要的SNR为12dB。
可见由于4G系统的速率很高，因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列，它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能，可以跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，实现空间分集，提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价。
目前，智能天线被认为是未来移动通信的关键技术之一，其工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式两种。
全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大，信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点；实际信道条件下当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。而对于预多波束的切换波束工作方式，全空域（各种可能的入射角）被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠#接收时的主要任务是挑选一个#也有可能是几个’但需合并后再输出(作为工作模式。与自适应方式相比它显然更容易实现，实际上可将其看作是介于扇形天线与全自适应天线间的一种技术，也是未来智能天线技术发展的方向。
3.2.9多用户检测技术
多用户检测器可以提高系统的容量，因此将是
4G系统必然采用的技术.
随着多用户检测器研究的不断深入，各种高性能但算法又不特别复杂的多用户检测器算法不断被提出来，因此在实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
3.2.10系统资源管理
在第四代移动通信系统中，移动商务和对QoS有较高要求的各类业务将持续增长。网络将处理前所未有的多媒体业务量、多运营商配置、无需授权频段和Ad hoc网络拓扑等#各类结构的存在也使得具有不同QoS方案的不同域之间具有移动性和互相作用，从而显著增加了系统的全局复杂度.
这需要一个具有丰富连接性和智能的QoS 无线分组网络的支撑#系统的\先进的无线资源管理策略也成为必需。该策略的关键单元包括协调业务连接处理的业务管理部分，维护所有网络实体已分配的和可用的资源许可控制管理部分，以及按照QoS需求和业务条件在共享同一资源的业务之间分配可用资源的资源管理部分。
采用一些能够使网络有效满足不同业务请求的政策或机制#包括接入控制、资源调度、缓冲区管理和流量控制等。系统检测可用的资源以及信号的质量，然后根据不同用户、不同业务质量要求动态地分配频率资源和信号发射功率，从而大大提高系统的性能。
3.2.11 Ad hoc网络技术
未来移动通信网络除了以低成本达到高数据速率外，还要求在无专用通信基础设施下，网络具有适应和生存能力。
Ad hoc 网络或称为分组无线网络作为非集中控制网络结构，因灵活性将在未来网络中扮演重要角色。用户和路由器能在网络中随机移动的Ad ho网络正成为主要研究领域，它准许袖珍终端扩展接入和改进应急通信质量。
现今蜂窝通信系统依靠集中控制和管理，而下一代移动通信系统标准转向固定与移动网络相结合，无隙缝和全方位通信Ad hoc 模式。
Ad hoc 网络没有事先确定的基础设施和网络链路的时间特性，给分组无线网络设计和实施带来一些基本的挑战，它们是：
a) 必须优化设计安全和路由功能，保证分布式结构有效运行；
b) 在网络动态时，降低路由表更新频数和开销来保证链路连接；
c) 在多跳网络中，改进路由协议设计来减少链路容量和等待时间的波动；
d) 全面权衡网络连接（覆盖）、时延、容量和功率预算等指标；
e) 以优化功率管理和MAC设计来减少先进技术的负面效应。
3.2.12网络设计
OSI 网络分层设计已经为通信系统服务多年，随着无线网络的发展和网络功能发生变化，对网络特性的要求也发生了变化，如时延、吞吐量、支持各种QoS多媒体业务动态流量\差错率、频谱带宽、节点连续不断进出网络引起的网络拓扑变化等，这些都对网络设计提出了新的挑战。
4 结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨，具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现，可以预见，随着技术的进步和网络的发展，下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。 参考文献
1 吴伟陵.移动通信中的关键技术.北京；北京邮电大学出版社，2002。
2 李世鹤.第三代移动通信技术的改进及三代后技术.第三代移动通信TD-SCDMA 技术论文集。
3 雷春娟，李承恕.关于第四代移动通信若干问题的探讨.移动通信2002（06）。
4 樊自甫.3G后移动数据通信的发展探讨.移动通信2002（10）。
5 彭艺.第四代移动通信系统及展望.电信科学2002（06）。
关键词：第四代移动通信关键技术
0 引言
第三代移动通信（3G）在20 世纪80 年代末提出时倍受关注，近年来却遭遇降温。究其原因，单从技术角度考虑，3G系统就有很多需要改进的地方，如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率只有384kbit/s(标称最高速率为2Mbit/s)不能满足用户对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信(视频)的完全需求；没有达成全球统一的标准等。
正是由于3G的诸多不足，使得在3G还没有大规模投入商用、距离完全实用化还有一段时间的情况下，国内外移动通信领域的专家就已经在进行第四代移动通信系统（4G）的研究和开发工作。
1 什么是第四代移动通信技术
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功能集成的宽带移动通信系统，也是宽带接入IP系统”。
实际上，世界各国在对4G的设想上存在着巨大的差异。
欧洲国家一般认为4G是一种可以有效使用频谱的数据通信技术，并且以IPv6为基础!网络上的所有单位都有自己的IP地址。通过在移动通信网络中引入IPv6 就可以把现有的各种不同的网络融合在一起，如4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字广播电视系统、各种蜂窝和准蜂窝系统#无线本地环路和无线局域网，并且可以和2G、3G兼容。
与欧洲关于4G的观点正相反。日本热衷于建立一个单一的4G全球标准。
美国则希望把WLAN 技术进行扩展，从而演进为4G的基础。
2 第四代移动通信的目标要求和特点
2.1目前业界人士对第四代移动通信已达成的共识
a)与已有的数字移动通信系统相比，4G系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量（QoS）更高的频谱利用率,更高的安全性\智能性和灵活性;
b) 可以容纳更多的用户,应能支持包括非对称性业务在内的多种业务;
c) 4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势,将在不同的固定和无线平台以及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务;
d) 能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游,包括网络无缝\终端无缝和内容无缝;
e) 将是多功能集成的宽带移动通信系统，不仅联系人与人，更将联系人与机器、环境，人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息，并可远端控制其他设备。
2.2第四代移动通信系统的一些具体特点
2.2.1传输速率更快
4G系统的目标速率为：
a)对于大范围高速移动用户（250km/h）数据速率为2Mbit/s；
b) 对于中速移动用户（60km/h）数据速率为20Mbit/s；
c) 对于低速移动用户（室内或步行者），数据速率为100Mbit/s。
2.2.2带宽更宽
据研究，每个4G信道将占有100MHz或更多带宽，而3G网络的带宽则在5～20MHz之间。
2.2.3容量更大
将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来极大地提高系统的容量，以满足未来大信息量的需求。
2.2.4智能性更高
4G系统的智能性更高"它将能自适应地进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境。
4G网络中的智能处理器将能够处理节点故障或基站超载，4G通信终端设备的设计和操作也将智能化。
2.2.5实现更高质量的多媒体通信
4G通信能提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频信道传送出去，让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中，因此4G也是一种实时的&宽带的以及无缝覆盖的多媒体移动通信。
2.2.6兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度看，4G通信系统应当具备真正意义上的全球漫游（包括与3G、WLAN和固定网络之间无缝隙漫游）接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。
2.2.7业务的多样性
在未来的全球通信中，人们所需的是多媒体通信，因此个人通信、信息系统、广播和娱乐等各行业将会结合成一个整体，提供给用户比以往更广泛的服务与应用。系统的使用也会更加安全、方便，更加照顾用户的个性。
2.2.8灵活性较强
4G系统将能够自适应地进行资源分配，调整系统根据通信过程中变化的业务流大小进行相应处理。对信道条件不同的各种复杂环境都能进行信号的正常发送与接收，具有很强的智能性、适应性和灵活性。
用户将使用各式各样的移动设备接入到4G系统中来。设备与人之间的交流不再是简单的听、说、看，还可以通过其他途径与用户进行交流。4G移动设备的功能已不能简单地划归到“电话机”的范畴，而且从外观和式样上也将会有更惊人的突破，也许眼镜、手表、旅游鞋等都有可能成为4G终端。
2.2.9用户共存性
4G中的移动通信技术能够根据网络的状况和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速用户以及各种各样的用户设备能够并存与互通，从而满足系统多类型用户的需求。
2.2.10通信费用更加便宜
4G通信能解决与3G的兼容性问题，让更多的现有通信用户轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端通信技术，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易、迅速得多。
2.2.11灵活的网络结构
4G系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络，它可以自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。4G系统具有不同的网络结构，可能存在与1G、2G、3G完全不同的、没有基站的网络结构，包括Ad hoc网＿自组织网络。
2.2.12将能实现不同QoS的业务
4G系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同级别的QoS
34G系统中可能的关键技术
近年来人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究，并取得了初步的成果。归纳起来可分为以下一些方面。
3.1未来移动通信系统需要研究的课题
a)与系统相关的技术：IP 语音技术，软件无线电技术，广带无线收发信机，移动服务的系统平台，高可靠性的网络结构，全IP 无线，安全性、加密、计费、身份认证及移动电子商务Ad hoc 网技术。
b) 与应用相关的技术：下一代编码/压缩技术，动态可变码率编码技术，移动技术，人＿机接口（包括“智能”移动终端），流数据通信技术，内容描述语言，应用发展环境技术。
c) 先进的无线接入技术：动态QoS控制，差错控制及超高速小区搜索，多播技术，IP 移动性控制，无缝IP 包传输，链路自适应，光纤无线电。
d) 频率的有效利用：微波频带的开拓，频带的共用与频率的共享，自适应动态信道分配，抗干扰与抗衰落技术，高密度三维蜂窝结构，自适应阵列无线及多输入多输出（MIMO）天线系统，自适应高效多电平调制，正交频率复用（OFDM）技术。
e) 先进的移动终端：新的功率管理技术，可包装终端技术，高功能显示器件技术，语声识别技术，下一代半导体器件技术，灵敏度的增强，移动终端的系统平台，移动终端安全性增强技术。
3.2 4G系统中可能用到的一些关键技术
3.2.1无线接入方式与多址方案
a) 在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM 等多址方式中，OFDM 是4G系统最为合适的多址方案，从目前的研究进展来看，OFDM 也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。
OFDM 是无线环境下的一种特殊的多载波传送方案。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，即具有频率选择性，而OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。另外，OFDM 弃用了传统的使用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式，改用跳频方式来选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形，而且OFDM 系统的各个载波可以根据频谱利用率和误码率的最佳平衡原则来为子载波选择不同的调制方式，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM 等。
OFDM 的主要优点是对多径衰落和多普勒频移不敏感，能对抗频率选择性衰落或窄带干扰，能够克服高速率数据传输时符号间干扰增大的问题；各个子信道的载波相互正交，在减小子载波间的相互干扰的同时又提高了频谱利用率；硬件实施简单等。
OFDM 的主要缺点是功率效率不高，对载频的偏置较敏感。OFDM 系统对载频的偏置比较敏感的主要原因是在频率选择性深衰落情况下，OFDM 系统在相应子载波上的数据可能被破坏。为此，众多学者把OFDM 与直接序列扩频相结合，使得信号可以在多个载波上扩展，这样一来就能有效地利用未被破坏的子载波上的信息恢复出原始数据，实现频率的分集。
OFDM技术的主要技术难点是系统中的频率和时间同步、基于导频符号辅助的信道估计、峰平比问题、多普勒频偏引起的互载频干扰（ICI）降低系统性能的问题以及基于OFDM 、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。
b)日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为VSF（variable speding factor）-OFCDM(orthogonal frequency and code division mul-tiplexing)。VSF-OFCDM在采用多载波的同时，进行与CDMA 相同的扩散处理来增大容量。
其最大特点在于，可以根据具体的通信服务来改变时间方向与频率方向上的扩散率，从而在类似热点的孤立区域，通过降低扩散率来优先增大传输速率；而在用户众多的环境下，提高扩散率，增加系统容量。这种接入方式可以提高频谱利用率，并且不受多径干扰的影响，可通过改变扩频因子，应用于高密度业务区和一般业务区。
3.2.2调制与编码
a) 多载波调制（MCM）技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流，每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率，用这些数据流去并行调制若干个载波，然后合成输出。其主要优点是可以有效抑制在单载波系统接收机中由于线形均衡所引起的噪声及干扰的提高，较长的信元周期对噪声和快衰落有更大的抵抗性。
时间弥散是无线信道传输速率受限的一个主要原因，而在多载波调制的子信道中，数据传输速率相对较低，码元周期长，只要时延扩展与码元周期之比小于一定的值就不会产生码间干扰，即MCM 对新到的时延弥散不敏感，具有抗时延弥散的特性。
MCM通常可以通过多载波码分多址（MC-CD-MA）、正交频分复用时分多址（OFDM-TDMA）和多音实现几种技术途径来实现。
b) 自适应调制与编码（AMC）是目前研究的又一热点技术。AMC 的原理是根据信道条件（基于从接收机反馈信息来估计）瞬时的变化改变调制与编码格式，对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
具有AMC的系统，接收机将收集一系列信道的统计数值，提供给发射机和接收机去优化系统参数（如调制及编码、信号带宽、信号功率、训练周期、信道估值滤波器、以及自动增益控制等），允许按照信道条件分配给不同的用户不同的数据率。对于靠近小区基站的用户分配给较高码率的较高阶的调制（如64QAM，R=3/4Turbo）,对于靠近小区边界的,则分配给具有较低码率的较低阶调制(如QP-SK,R=1/2Turbo码)。AMC扩展了系统自适应良好信道条件的能力。
预计4G系统将会采用多载波调制技术#
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术，如通过空间分集、时间分集（信道编码）、频率分集和极化分集等方法可获得最好的分集性能；多天线技术，如采用2 或4天线可实现发射分集，或者采用MIMO 技术可实现发射和接收分集。
对4G广带无线移动通信高性能的要求，促使其在基站及用户终端采用多天线系统。
广带信道是一个典型的非视线信道，并包含不匹配性，如时间选择性及频率选择性衰落。传统无线通信理论一直将多径传播视为造成无线信号衰落的干扰之一，而采用多天线则产生了多个空间信道，所有的信道不会同时产生衰落，因此MIMO天线系统恰恰利用了传播环境的多径特性，极大地提高了前向和反向链路的容量，并增加通信范围与可靠性。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，一方面要采用有效的措施提高频谱利用率，另一方面要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP 的核心网
综观当前的发展趋势，IP 被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案，使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合，无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网（WLAN）或者是Ad hoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP 的3G网络等则通过特定的网关连接。
目前移动OK 急待解决的问题有三角路由问题&漫游和切换问题&安全问题等#
3.2.6软件无线电（SDR）技术
在4G系统中，由于移动用户在不同的系统间漫游，系统之间以及系统内部需要无缝切换，而且随着4G系统的发展，会不断出现新的业务和新的需求，这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
软件无线电在4G中的可能应用为：
a)采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务；
b) 当终端移动时可重新配置。如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动通信系统中时，终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端，从而使该终端获得服务。
采用软件无线电技术实现的移动终端或基站将采用模块化结构，主要由天线模块、LNA 模块、ADC/DAC功率放大器模块、DSP 模块和多媒体模块等组成。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。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理,对于3G系统如果信道带宽为5MHz,数据速率为2Mbit/s,则所需的SNR为1.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据,则所需要的SNR为12dB。
可见由于4G系统的速率很高，因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列，它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能，可以跟踪强信号，减少或抵消干扰信号，实现空间分集，提高信噪比，提升系统通信质量，缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾，降低系统整体造价。
目前，智能天线被认为是未来移动通信的关键技术之一，其工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式两种。
全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大，信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点；实际信道条件下当干扰较多、多径严重，特别是信道快速时变时，很难对某一用户进行实时跟踪。而对于预多波束的切换波束工作方式，全空域（各种可能的入射角）被一些预先计算好的波束分割覆盖，各组权值对应的波束有不同的主瓣指向，相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠#接收时的主要任务是挑选一个#也有可能是几个’但需合并后再输出(作为工作模式。与自适应方式相比它显然更容易实现，实际上可将其看作是介于扇形天线与全自适应天线间的一种技术，也是未来智能天线技术发展的方向。
3.2.9多用户检测技术
多用户检测器可以提高系统的容量，因此将是
4G系统必然采用的技术.
随着多用户检测器研究的不断深入，各种高性能但算法又不特别复杂的多用户检测器算法不断被提出来，因此在实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
3.2.10系统资源管理
在第四代移动通信系统中，移动商务和对QoS有较高要求的各类业务将持续增长。网络将处理前所未有的多媒体业务量、多运营商配置、无需授权频段和Ad hoc网络拓扑等#各类结构的存在也使得具有不同QoS方案的不同域之间具有移动性和互相作用,从而显著增加了系统的全局复杂度.
这需要一个具有丰富连接性和智能的QoS 无线分组网络的支撑#系统的\先进的无线资源管理策略也成为必需。该策略的关键单元包括协调业务连接处理的业务管理部分，维护所有网络实体已分配的和可用的资源许可控制管理部分，以及按照QoS需求和业务条件在共享同一资源的业务之间分配可用资源的资源管理部分。
采用一些能够使网络有效满足不同业务请求的政策或机制#包括接入控制、资源调度、缓冲区管理和流量控制等。系统检测可用的资源以及信号的质量，然后根据不同用户、不同业务质量要求动态地分配频率资源和信号发射功率，从而大大提高系统的性能。
3.2.11 Ad hoc网络技术
未来移动通信网络除了以低成本达到高数据速率外，还要求在无专用通信基础设施下，网络具有适应和生存能力。
Ad hoc 网络或称为分组无线网络作为非集中控制网络结构，因灵活性将在未来网络中扮演重要角色。用户和路由器能在网络中随机移动的Ad ho网络正成为主要研究领域，它准许袖珍终端扩展接入和改进应急通信质量。
现今蜂窝通信系统依靠集中控制和管理，而下一代移动通信系统标准转向固定与移动网络相结合，无隙缝和全方位通信Ad hoc 模式。
Ad hoc 网络没有事先确定的基础设施和网络链路的时间特性，给分组无线网络设计和实施带来一些基本的挑战，它们是：
a) 必须优化设计安全和路由功能，保证分布式结构有效运行；
b) 在网络动态时，降低路由表更新频数和开销来保证链路连接；
c) 在多跳网络中，改进路由协议设计来减少链路容量和等待时间的波动；
d) 全面权衡网络连接（覆盖）、时延、容量和功率预算等指标；
e) 以优化功率管理和MAC设计来减少先进技术的负面效应。
3.2.12网络设计
OSI 网络分层设计已经为通信系统服务多年，随着无线网络的发展和网络功能发生变化，对网络特性的要求也发生了变化，如时延、吞吐量、支持各种QoS多媒体业务动态流量\差错率、频谱带宽、节点连续不断进出网络引起的网络拓扑变化等，这些都对网络设计提出了新的挑战。
4 结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨，具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现，可以预见，随着技术的进步和网络的发展，下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。
参考文献
1 吴伟陵.移动通信中的关键技术.北京；北京邮电大学出版社，2002。
2 李世鹤.第三代移动通信技术的改进及三代后技术.第三代移动通信TD-SCDMA 技术论文集。
3 雷春娟，李承恕.关于第四代移动通信若干问题的探讨.移动通信2002（06）。
4 樊自甫.3G后移动数据通信的发展探讨.移动通信2002（10）。
关键词：4G LTE 协议 上下行传输技术
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0021-01
在现代社会中，移动通信无疑是最为活跃的应用学科，随着3G技术的大规模应用和普及，4G技术也呼之欲出。与2G时代和3G时代多技术体制并存不同的是4G时代技术体制趋于统一。LTE成为4G时代的主流选择。本文将对LTE技术进行介绍。
LTE的全称是3GPP Long Term Evolution，其采用优化的UTRAN结构。LTE根据双工方式的不同，分为FDD和TDD两种模式。LTE采用基于OFDM和MIMO的空中接口方式，用户峰值速率：UL 100 Mbps，DL 50 Mbps。LTE采用flat all-in-ip网络架构，减少系统时延。
本文将介绍LTE技术的几个关键性问题。
1 LTE的扁平化网络架构
LTE的网络结构采用扁平化的结构模式，整个通信网络得到了大规模的简化。这种结构有以下几个优势：（1）没有了RNC的网元，避免由于单个RNC故障，造成的成片网络瘫痪，有利于提高网络安全。（2）网络单元数量减少，使得网络建设大为简化，同时也有利于建成后的网络维护。（3）扁平化的网络结构有利于减少时延，对用户感知有一定的提升作用，同时有利于多种业务的开展。
2 LTE网络的无线帧结构
LTE网络可以支持两种无线帧结构，他们是：类型1，FDD采用类型1的无线帧结构；类型2，TDD使用类型21的无线帧结构。
在Type1帧结构中：每个10 ms无线帧，分为20个时隙，10个子帧。每个子帧1 ms，包含2个时隙，每个时隙0.5 ms。上行和下行传输在不同频率上进行。（如图1）
在Type2帧结构中：每个10 ms无线帧，分为2个长度为5 ms的半帧。每个半帧由8个长度为0.5 ms的时隙和3个特殊区域 DwPTS，GP，UpPTS组成（“8+3方案”）。DwPTS，GP和UpPTS的总长度等于1 ms，其中DwPTS和UpPTS的长度可配置。
Type2帧结构有如下特点。
（1）子帧1和6由DwPTS，GP，and UpPTS组成，所有其他子帧由2个时隙组成，即子帧i包括时隙2i和2i+1。子帧0和子帧5总是用作下行。LTE支持5 ms和10 ms上下行切换点。对于5 ms上下行切换周期，子帧2和7总是用作上行。（2）DwPTS最短包含1个OFDM symbol，P-SCH位于DwPTS的第一个符号， S-SCH位于第一个子帧第二个Time slot的最后一个符号。（3）UpPTS可用于发送Short RACH等等，其余空闲资源可用于发送参考信号或者数据。
3 LTE的无线信道分配
3.1 PUSCH（物理上行业务信道）
用于承载上行业务信息。
加扰：使用UE专用扰码。
调制：支持QPSK，16QAM和64QAM调制。
传输预编码：输入的符号先分成组再进行预编码，即DFT。
映射到资源元素：从子帧的第一个时隙开始，先k后l进行映射。
SC-FDMA信号生成：IDFT。
3.2 PUCCH（物理上行业务信道）
有6种格式，用于承载HARQ-ACK，CQI，SR信息。
对于同一个UE而言，PUCCH不与PUSCH同时传输。
支持多种格式，格式不同调制方法和每个子帧中的比特数不同。
3.3 PUCCH（物理上行业务信道）
Format 1传输SR信息，发射常数1。Format 1a/1b传输HARQ-ACK，1比特时BPSK调制，2比特时QPSK调制。Format 2传输CQI信息，先将CQI进行信道编码成20bit，后进行QPSK调制。Format 2a/2b传输CQI和HARQ-ACK的混合信息，先将CQI进行信道编码成20bit，后进行QPSK； HARQ-ACK则进行BPSK/QPSK调制。
3.4 PRACH（物理随机接入信道）
3.5 SCH（同步信道）
下行同步信道包括P-SCH和S-SCH，P-SCH和S-SCH的频域位置为直流附近的72个子载波。实际上只占了62个子载波，其他10个不放同步序列。
P-SCH在一个无线帧中有两个，这两个是完全一样的。时域位置为第0个slot的倒数第一个符号；第10个slot的倒数第一个符号。S-SCH在一个无线帧中也有两个，而这两个同步符号是有差别的。时域位置为第0个slot的倒数第二符号；第10个slot的倒数第二个符号。
3.6 PBCH（物理广播信道）
物理广播信道用来广播信道中的各种信息，每个系统中都应该有下行系统带宽、系统帧序号（SFN）、PHICH持续时间以及资源大小指示等必备消息。每个第0号子帧有4个OFDM符号的物理广播信道信号。
3.7 PCFICH（物理控制格式指示信道）
每个帧里基本都包含物理控制格式指示信道，E-Node B通过物理控制格式指示信道把子帧占用的下行物理控制信道中的OFDM符号告诉给用户，这个CFI就是用来指示这个OFDM符号的。从1～4均可以用取值。
3.8 PHICH（物理HARQ指示信道）
E-Node B对于上行的信号会做出NAK/ACK的响应信息，该信息由物理HARQ指示信道进行承载。在帧单元中物理HARQ指示信道有两种，一种短信道；另一种长信道。该时间有物理HARQ指示信道中的一个bit位表示。在下行帧中，需要发射物理HARQ指示信道，数目有时不只一个。一个物理HARQ指示信道也可以在多个RE中的物理HARQ指示信道中映射。
大规模MIMO 认知中继网络 频谱效率 能量效率 5G
Review on Key Technologies in 5G Mobile Communication System
YANG Jing， CHEN Lei， LIU Qi， WANG Hong-yan， XU Cai-hong
For cognitive relay network， in which cooperative relay and cognitive radio technologies are integrated， the adoption of massive MIMO is able to constitute massive MIMO multi-user cognitive relay network. It is beneficial for deep development of spatial dimensional radio resources to greatly enhance spectral efficiency， energy efficiency and transmission reliability. In this paper， several key and representative technologies in 5G mobile communication system were reviewed， including massive MIMO， cooperative relay and cognitive radio， as well as their important significance was analyzed in depth.
massive MIMO cognitive relay network spectral efficiency energy efficiency 5G
1 引言
随着移动互联网的迅猛发展，人们对无线传输速率要求越来越高，通信系统能源消耗所占的比例不断增加，绿色通信也越来越受到人们的关注。因此，如何在4G基础上，进一步提升无线移动通信的频谱效率和能量效率，是4G/5G移动通信的核心所在[1-2]。为了提高无线资源利用率、改善系统覆盖性能、提升通信的能量效率，多用户多输入多输出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）技术、协作中继技术以及干扰对齐技术得到了业界的广泛关注。然而，这些技术并不能从根本上带来系统容量的飞跃提升，也无法满足用户的需求。为此，研究者们提出大规模MIMO技术，在基站设以大规模阵列天线代替目前所采用的多天线，由此形成大规模MIMO通信系统，大规模MIMO系统具有无可比拟的技术优势：空前的频谱效率，更高的能量效率，精准的空间区分度，相对廉价的硬件实现等[3-4]。另一方面，无线中继技术和认知无线电（CR，Cognitive Radio）技术分别被认为是提高系统传输可靠性和频谱利用率的核心技术。无线中继技术具有潜在能力扩展通信业务覆盖区域，实现分集增益以抵抗大小尺度衰落[5]等优点;认知无线电技术允许非授权用户或认知用户（SU，Secondary User）在不影响授权用户（PU，Primary User）的服务质量（QoS，Quality of Service）的前提下，灵活、动态地进行频谱接入，共享分配给PU的频谱资源[6]，从而提高频谱效率。
综上所述，大规模MIMO技术、协作中继技术、认知无线电技术在提升频谱效率、能量效率、传输可靠性等方面具有较强的技术优势，是第五代移动通信系统中最具潜力的技术。
2 大规模MIMO技术
大规模MIMO技术通过在基站端架设数百根低功率天线，使得天线数较4G系统中的4（或8）根增加了一个数量级，天线数目远远超过在同一时频资源上同时调度的单天线用户数量，模型框图如图1所示。大规模天线阵列所带来的分集增益、阵列增益以及干扰抑制增益，使得每个用户与基站之间通信的功率效率和频谱效率得到极大提升。由于大规模MIMO技术的研究都才刚刚起步，有大量的未知空间待探索，比如信道建模、导频污染、最优波束成型等。
图1 大规模天线通信系统框图
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