发表于：2005/8/9 23:26:00
#0楼
信息产业部电信研究院通信信息研究所 庾志成
好象GSM等第二代移动通信系统正式投入市场的同时，业界就开始第三代移动通信的研究一样，尽管现在3G系统还没有在全球全面铺开，对4G的研究已经进行了好几年了。和当初的情况不同的是，目前3G所面临的困难使人们更加关注4G研究的进展情况。甚至有人宣称，我们应该跨过3G而直接进入4G。我们暂且把各式各样的言论放在一边，在这篇文章里，我们来看一看，人们对4G的设想是什么，现在全球对4G的研究已经走到了哪一步。
一、4G是什么
4G本来应该是针对3G系统在使用中无法克服的困难和问题的。现在3G的商用还没有全面展开，4G就被炒得沸沸扬扬。这个事实说明了一个问题，那就是人们从一开始就对3G不那么满意。
这一点显而易见。当初ITU制定IMT2000标准的时候，希望得到的是一个能够提供高速数据接入的全球统一的移动通信标准。但是标准制定各方在自身利益的驱动下，互不相让，最后折中成了以WCDMA和CDMA2000系列为首的5个大标准。从而使ITU制定IMT2000标准的初衷并没有实现。此外，用户在使用中的速率要求也没有得到很好的满足。IMT2000要求3G用户在慢速移动和静止状态下的数据接收速率在2M以上，而现有3G系统的实际接收速率只有几百K。此外还有手机问题、网络兼容问题等等，所有这些都增加了人们对3G的不满，从而也就增加了对4G的期待。
那么4G是什么呢？用一句不那么精确的话来解释，4G就是能够解决上面3G系统种种问题的下一代移动通信系统。由此，尽管有人说4G和超3G有区别，我们在这里还是把它混为一谈。关于4G（超3G），ITU－R的WP8F工作组已经给出了一个定义要求。
1999年成立的ITU-R的WP8F工作组的主要任务是负责3G未来发展和超3G的研究。在2001年10月日本举行的WP8F第六次会议上，该工作组讨论通过了 “IMT-2000未来发展及超IMT-2000的远景框架及总目标（IMT-VIS）”。它为超3G定义的目标数据传输速率为：在2010年左右在高速移动环境支持最高约100 Mbps的速率，在低速移动环境达到1Gbps速率。
具体要求包括：
l 高速数据传输，根据移动速度支持各种数据传输速率（3公里／小时－100Mbps，60公里／小时－20Mbps，250公里／小时－2Mbps，500公里／小时－xMbps）；
l 以IP为基础的无线接续，支持QOS；
l 各系统（IMT-2000、WLAN、BWA、卫星、广播）之间无缝的业务支持，并支持全球漫游。
l 支持多重模式、支持对称／非对称业务。
![图]()
图1 IMT-2000及超IMT-2000的能力示意图
4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是在传统通信网络和技术的基础上不断提高无线通信的网络效率和功能。与3G相比，4G通信技术的优势在于数据通信速度和与通信网络之间互通性。实际上，很多人设想4G的网络就是在现有网络升级的基础上，把他们通过4G的核心网络统一起来，如下图所示。
图2 4G无线通信系统设想
3G标准的不统一使3G网络之间的漫游成为了问题。而3G的核心技术－CDMA技术，在提供移动高速数据传输方面的能力也有不足，因此，4G网络在核心技术上和3G也有很大的不同。
二、4G中可能使用的核心技术
一般认为，在4G移动通信系统中可能采用如下几种技术。
1.OFDM技术
几个主要的3G技术标准都是以CDMA为核心技术。但是，CDMA技术在高速数据传送时，随着码片长度减小，码片间干扰增加，硬件的复杂程度也迅速增加。由于CDMA干扰受限的性质，用户间的干扰也就减少了系统容量。
OFDM是一种多载波数字通信调制技术。它选择相互之间正交的载波频率作子载波，利用多个子载波并行传输。这样，尽管总的信道可能是非平坦的，但是每个子信道相对平坦，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道带宽，因此就可以大大消除信号间的干扰，增强对抗频率选择性衰落或窄带干扰的能力。此外，由于OFDM系统中各个子信道的频谱可以相互重叠，提高了频谱利用率。所以说，OFDM 技术能够克服CDMA 在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题,并且有频谱效率高,硬件实施简单等优点,因此很多人把OFDM 看作是第四代移动通信系统中的核心技术。
2．软件无线电技术
在4G中利用软件无线电技术，可以实现单一终端在各个不同系统之间的漫游。软件无线电是把标准化、模块化的硬件功能单元，利用一个通用硬件平台，通过软件加载来实现各种的无线电通信系统的具有开放式结构的新技术。通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可以实现不同的功能，可以实现在蜂窝移动、宽带无线接入等不同系统中利用单一的终端进行漫游。所以说，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带Ａ/Ｄ和Ｄ/Ａ变换器 ,并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种信号处理功能都尽可能用软件实现。
3．全IP技术
4G网络并不是全新的网络，它建立在对原有各种通信网络的改造和融合上。利用全IP技术实现的核心IP 网络作为一种统一的网络,支持有线及无线的接入。它是具有移动管理功能的IP网络,其无线接入点可以是蜂窝系统的基站、WLAN或者ad hoc网等。对于固定电话网、2Ｇ以及没有实现全IP 的3G 网络等则通过特定的网关连接。
4．智能天线
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4G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，增强有用信号。它既能改善信号质量又能增加传输容量。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，对各个天线链路的信号按一定算法进行合并，实现波束赋形。
三、世界各国对4G的研发和试验情况
令人失望的是，不仅仅3G标准上存在严重分歧，各国在对4G的设想上也存在着很大的差异。对于4G，欧洲、日本和美国都有自己的看法。
欧洲国家一般认为4G是一种可以有效地使用频谱的数据通信技术，并且一定是以IPV6 为基础的，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 把现有的各种不同的网络融合在一起。4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字关广播电视系统，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。
而日本似乎更热衷于建立一个单一的4G全球标准。2002年10月，日本的NTT DoCoMo公司试验了4G空中接口，该空中接口是基于可变扩展因子技术的正交频率和码分复用技术（VSF/OFCDM）。NTT DoCoMo将在该技术的基础上，向ITU-R提供4G的技术提案。
而美国则希望把WLAN技术进行扩展，在此基础上演进到4G。
1．欧洲
在欧洲，超3G研究活动是以欧盟的信息社会技术（IST）研究计划为中心来进行的。其研究范围包括：
u 对包括陆地和卫星技术、电信和交互式广播系统在内的各种无线接入系统进行评估；
u 用于核心网和无线接入系统的IP技术，包括移动管理技术；
u 和现有的、演进中的以及新生的接入系统之间的互通问题。
1.1欧盟的IST研究计划
欧盟的研究活动是4年一个周期，每个周期都会有一个框架研究计划。目前执行的是第六框架计划（FP6）， 它的有效期是从2003年到2006年。在FP6中，信息社会技术（IST）被列作优先支持的项目，有总额为36.25亿欧元的经费支持。
而在IST中，超3G移动和无线通信系统技术的研究课题是重中之重，它最先获得了9千万欧元的预支经费，占总预支经费的80％。
超3G移动和无线通信系统技术研究课题的目标是实现“随时随地的最优化接入”。项目组已经把超3G系统认定为一个综合的通信系统。在超3G系统中，不同的无线接入方案和技术结合起来、相互补充，为适应不同的业务要求和无线环境提供最优的通信方案。这些接入技术和系统包括个人层面的（个人携带／身体不同部位／Ad Hoc网络），本地和家庭层面的（WLAN和UWB），蜂窝层面的（GPRS、UMTS等）、以及更大范围的（DxB-T，BWA）等。
而卫星网络可以作为上面的各种接入系统的补充，提供一个全球覆盖的层次（比如卫星数字多媒体广播系统，S-DMB）。为了实现这样一个多样化和综合的无线接入系统，必须进行网络的重新配置。
研究的重点包括：
l 接入网络，包括新型的空中接口，以公用的、灵活的和无缝的全IP网络设施来实现网络的可拓展性和移动性。
l 针对接入网络采用的资源管理技术，从而可以更合理地使用频谱资源，实现动态频谱分配，减少电磁辐射。
l 所有接入技术的全球漫游，包括水平方向和纵向的切换，以及无缝的业务提供，还有协商能力，包括基于Ipv6业务结构的移动性、安全和QoS要求。
l 在业务和控制层面实现接入网络和核心网络之间的互通，包括高级业务和整体网络层次的管理能力；
l 实现所有层次网络结构的重新配置（终端、网络和业务）。
1.2无线世界研究论坛（WWRF）
在2001年8月份，以欧美5大通信设备制造商（法国阿尔卡特、瑞典爱立信、美国摩托罗拉、芬兰诺基亚、德国西门子）为中心成立了“无线世界研究论坛（WWRF）”。该组织的主要目标是邀请有兴趣的各方一起研究未来移动通信系统的发展趋势。
WWRF认为3G采用的是CDMA，4G则应该采用OFDM作为其核心技术。目前WWRF设想的4G包含很多现有的以及新兴的无线技术。4G所采用的无线技术不仅是利用新频段和新兴技术的移动通信系统，还包括现行的移动通信（2G及3G）、无线LAN以及蓝牙等近距离通信技术，还包括数字广播电视技术。
4G系统的目的就是将上述各种网络融为一体，并针对不同场所和用途分别使用。他们认为，4G必须考虑到已经投入使用的系统。要考虑如何发展与继承现有技术。在广播电视方面，4G将定位于可进行单向大量数据发送的“发送层”。为了实现这种集通信和广播电视于一体的综合网络，目前相关公司正在进行可以基于任何网络的“Vertical Band Over技术”的开发。
2．日本
2001年5月10日，日本政府表示，政府和主要的移动通信业企业已为4G技术制定了基础发展计划。4G技术将于2005年成形。总务省已与NTT DoCoMo等日本移动通信业巨头在4G移动通信技术的基础性能要求方面达成共识。日本政府在“e-Japan”计划中也表示，日本计划在2005年前制定4G核心技术标准，并在2010年普及。
当前在日本的4G研发活动中比较积极的主要日本无线电产业协会（Arib）委托移动IT 论坛(mITF)来做的。
2.1日本无线电产业协会（Arib）
日本的无线技术标准化工作一般是由日本的标准化组织――Arib来完成的。由于4G的研究工作还处于一个起步阶段，Arib把这项工作交给移动IT论坛来完成。等到技术基本成熟之后，会由Arib来制定相应的标准。
2.2移动IT 论坛(mITF)
日本2002年年初成立了移动IT论坛，下设4G研究委员会，由运营商、制造商和高等院校参加，与标准化组织ARIB保持密切的关系。4G研究委员会还下属一个技术子委员会和应用子委员会。
mITF 的4G委员会的目标是：
l 明确4G的系统结构和主要应用
l 按照预想的在2010年引入4G的商用计划，规划一系列的具体研究和实验活动；
l 支持业界和研究机构的研发和标准化活动。
近期的活动包括：
l 制定一个研发和标准化的框架，准备在10年之内创造一个新的4G市场；
l 研究4G的体系结构和发展方案；
l 选择、研究和评估新技术项目；
l 研究实现各个系统之间无缝漫游的方案；
l 与世界上其他研究机构之间的合作；
l 提前分析4G的商业模式，从而明确启动4G商业模式的要求。
4G 3G，W-LAN，ITS，数字电视等
应用和前景 应用子委员会的工作范围
系统：系统机构、安全、所要求的功能 系统子委员会的工作范围
核心和无线接入网络：全IP网络，移动管理、无线QoS、无线小区规划、无线网络控制、无线传输等
终端设备：多频多模终端、人机接口、移动平台
图3 4G委员会的工作范围以及子委员会的分工
2003年5月，移动IT论坛和WWRF签订了合作协议，共同来推动超3G移动通信系统的研发和标准化工作。
2.3 NTT DoCoMo的4G试验
自2000年11月起，DoCoMo就开始研发4G相关技术。2002年3月，DoCoMo公司在东京郊区的试验室中建立一个试验性4G网络。该网络的空中接口采用了基于可变扩展因子技术的正交频率和码分复用技术（VSF/OFCDM）。在像OFDM一样采用多载波的同时，进行与CDMA相同的扩频处理来增大容量。其最大的特点在于，可以根据具体的通信业务来改变时间方向与频率方向上的扩频系数。这样，就可以在类似热点的孤立区域，通过降低扩频系数来优先增大传输速率，而在用户众多的环境下，能够提高扩频系数、增加系统容量。该试验显示，此系统在下行方向上，可以确保最大100Mbit/秒的数据传输速度。同年10月，DoCoMo宣布，公司已经成功地试验了下行速率达100Mbps、上行速度达20Mbps的4G空中接口。
2003年5月28日，NTT DoCoMo于宣布将开始进行第4代移动通信系统（4G）的无线接入系统的户外试验。此次户外试验是上次室内试验的后续试验。
3．韩国
3.1 政府的投资以及国际合作计划
韩国情报通信部(MIC)已经将超3G研究列入政府的研究开发课题，计划在2005年之前投资1亿美元进行4G的研发活动。
2001年5月，日本总务省与韩国情报通信部在汉城举行了副部长级会谈，决定两国在第四代移动电话的规格标准、系统开发、制订通信规章、国际漫游等领域进行合作研究。
3.2 4G的研发情况
2002年3月，情报通信部委托韩国电子通信研究院（ETRI）成立4G远景研究委员会，统筹部署国内的超3G研究以及国际合作。并于同年4月在北京成立移动通信研究中心。
对于4G移动通信系统，ETRI的定义是一个综合高速无线传输技术（高层系统技术）、热点移动传输技术（低层系统技术）、数据网络移动系统技术和实际业务的通信系统。
低层系统技术是支持高速率、低成本的热点地区的移动互联网接入业务。高层系统技术是支持高速率、大范围的移动互联网接入业务。
低层系统技术目前的一个实现方案是高速移动互联网系统（Hmi）。HMi的目标是为高密度地区和大城市提供非对称式的高速分组接入；提供信道的鲁棒性，准蜂窝覆盖，中速移动，增强型的QoS和安全性能。并最大程度地利用现有的蜂窝基础设施。对Hmi的基础技术要求包括：业务方面，高速互联网接入，相当于xDSL，基于IP的话音、数据业务和流媒体业务；高速分组交换传输方面，需要有可调整的传输速率，从100Mbps到数百比特每秒；和3G蜂窝系统之间的互通：与3G蜂窝网的切换和更强的移动能力；更强的抗干扰和窃听能力：抗邻频干扰的能力强，数据安全和认证支持；成本／质量有效的解决方案：在低成本的情况下QoS与有线网络可比。
Hmi系统的技术规范如下表1。4G高层无线传输技术的目标如下表2。
项目 规范
无线接入方案 载频频段：2G频段（2.3或者2.5GHz频段）；带宽：10／20MHz；双工：时分双工（TDD）多址接入：OFDM－TDMA／CDMA。
分组数据传输 数据速率：在中速移动的情况下，最高达到100Mbps；自适应的调制方案；
无线链路协议 Hmi蜂窝MAC；移动多媒体QoS控制；可以切换到CDMA2000 1X 和WCDMA
表1 Hmi系统的技术规范
项目 目标
频段 2GHz
3－5GHz
带宽 5／10／20MHz （DL）， 非对称的带宽
复用多址接入 FDD／FDMA：宏蜂窝／微蜂窝
业务类型 分组数据
小区类型 宏蜂窝／微蜂窝和热点地区
数据速率及移动性 100Mbps（峰值速率总额／小区），>60公里／小时
表2 高层无线传输技术的目标
对于4G移动通信未来的远景发展，ETRI把它分成4个环节，依次如下：（1）形成蜂窝式系统，采用非对称是存取模式、利用智能天线、数据传输速率可以达到100Mbps以上。（2）发展具有自动调整能力的模块化编码、动态的频谱分配和软件无线电的功能。（3）以分组交换技术为中心，以最低的成本达到最好的通信服务；（4）具有支援流媒体服务的能力；（5）提供无线区域网络、固定无线接入和数字传输系统，形成综合业务能力。
为了实现该远景计划，ETRI计划在2002年到2007年进行第一阶段的研究和开发，在2008年到2011年进行第二阶段的研究和开发。其中，高层系统试验平台预计在2003年到2005年达到100Mbps的传输速率，2006年到2007年之间加强系统整合；至于低层的高速移动互联网系统（Hmi），则预计在2003年到2004年达到100Mbps的传输速率，在2006年到2007年超过100Mbps的传输速率，2008年到2010年达到1Gbps的速率。
资料来源：ETRI
图4 韩国ETRI规划的4G研发时间表
3.3 运营商的试验情况
韩国好像是一个通信新技术的实验场，很多新兴的通信技术都是在韩国最先开始试验的，在4G上也是如此。2002年10月，Flarion公司与韩国SK电信宣布在韩国国内利用flash-OFDM技术进行高速无线数据通信的试验服务。Flarion公司说以该技术建网将会比现有3G网络的成本降低10倍。SK电信在已有的基站塔上安装Flarion公司的无线路由器，同时为用户的笔记本电脑和移动电话提供Flarion 的PC1000 调制解调器，实现无线互联网业务。试验的结果没有公布，但是Flarion表示对试验非常满意。
2002年11月，SK电信宣布将对Flarion公司进行战略投资，作为涉足第四代移动通信核心技术的一个重要战略步骤。韩国是Flarion公司最主要的目标市场，除了SK电信之外，KT和Hannaro通信也与它有类似的试验协议。
4．美国
尽管美国在很多无线通信技术上都处于领先地为，美国政府对4G还没有什么动作。只是在IEEE中有一些相应的研究工作。对4G的研究更多的是企业行为。大通信公司都在进行相关的试验，积极为4G时代的到来做准备。
比如，美国AT&T公司就进行了4G通信网络的试验，利用EDGE系统进行上传，在下行线路上采用W-OFDM技术。AT&T公司声称大约还需要5年这项技术才能发布；再有10年左右的时间，4G才能真正投入到商用阶段。
5．我国
从1999年ITU酝酿超3G研究项目以来， 无线通信标准研究组（CWTS）就一直参加ITU-R和ITU-T的超3G研究。科技部也已经在国家“863”计划中将超3G/4G的研究作为战略研究重点领域之一，称为FuTURE计划，瞄准2010年前后移动通信产业发展。希望展开对未来无线通信通用技术的研究，在移动通信研究开发领域与国际同步发展。
863计划中制定的4G发展项目的目标之一是要为“实现从被动跟踪技术标准到引导技术标准的跨越式发展奠定基础”。我国巨大的移动通信市场对致力于4G研究的国家及其企业有着非常大的吸引力。2002年11月22日，科技部和欧盟已经签署了联合声明，承诺共同推进未来移动通信技术的发展。为此，一个4G移动通信国际合作委员会已于2002年12月13日成立。它的任务就是切实推进欧盟的“第六框架研究计划”和我国4G计划的协同进行。另外，科技部与韩国的情报通信部(M IC ) 也于近日签署了有关协议，与日本的合作也在紧锣密鼓地进行。同时，一个致力于4G研发的国际性研究开发中心也正在酝酿当中。
四、结语
尽管对各方对4G系统的设想和憧憬，使它看起来要比3G更美好、更能满足用户的需要，但需要明确的是，有关第4代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本功能、核心技术还处于构想阶段。如同3G系统与2G系统的关系一样，4G不会在一夜之间取代3G系统，更不可能跨越3G系统而直接投入应用。发生在3G标准制定过程中的种种问题，多多少少在4G身上也会出现。制订一个全世界统一的4G标准决非易事，4G走向商用化也需要整个通信行业的努力。从这个角度来讲，4G还有很长的路要走，我们不能对它要求太高。
无线通信研究室
好象GSM等第二代移动通信系统正式投入市场的同时，业界就开始第三代移动通信的研究一样，尽管现在3G系统还没有在全球全面铺开，对4G的研究已经进行了好几年了。和当初的情况不同的是，目前3G所面临的困难使人们更加关注4G研究的进展情况。甚至有人宣称，我们应该跨过3G而直接进入4G。我们暂且把各式各样的言论放在一边，在这篇文章里，我们来看一看，人们对4G的设想是什么，现在全球对4G的研究已经走到了哪一步。
一、4G是什么
4G本来应该是针对3G系统在使用中无法克服的困难和问题的。现在3G的商用还没有全面展开，4G就被炒得沸沸扬扬。这个事实说明了一个问题，那就是人们从一开始就对3G不那么满意。
这一点显而易见。当初ITU制定IMT2000标准的时候，希望得到的是一个能够提供高速数据接入的全球统一的移动通信标准。但是标准制定各方在自身利益的驱动下，互不相让，最后折中成了以WCDMA和CDMA2000系列为首的5个大标准。从而使ITU制定IMT2000标准的初衷并没有实现。此外，用户在使用中的速率要求也没有得到很好的满足。IMT2000要求3G用户在慢速移动和静止状态下的数据接收速率在2M以上，而现有3G系统的实际接收速率只有几百K。此外还有手机问题、网络兼容问题等等，所有这些都增加了人们对3G的不满，从而也就增加了对4G的期待。
那么4G是什么呢？用一句不那么精确的话来解释，4G就是能够解决上面3G系统种种问题的下一代移动通信系统。由此，尽管有人说4G和超3G有区别，我们在这里还是把它混为一谈。关于4G（超3G），ITU－R的WP8F工作组已经给出了一个定义要求。
1999年成立的ITU-R的WP8F工作组的主要任务是负责3G未来发展和超3G的研究。在2001年10月日本举行的WP8F第六次会议上，该工作组讨论通过了 “IMT-2000未来发展及超IMT-2000的远景框架及总目标（IMT-VIS）”。它为超3G定义的目标数据传输速率为：在2010年左右在高速移动环境支持最高约100 Mbps的速率，在低速移动环境达到1Gbps速率。
具体要求包括：
l 高速数据传输，根据移动速度支持各种数据传输速率（3公里／小时－100Mbps，60公里／小时－20Mbps，250公里／小时－2Mbps，500公里／小时－xMbps）；
l 以IP为基础的无线接续，支持QOS；
l 各系统（IMT-2000、WLAN、BWA、卫星、广播）之间无缝的业务支持，并支持全球漫游。
l 支持多重模式、支持对称／非对称业务。
图1 IMT-2000及超IMT-2000的能力示意图
4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是在传统通信网络和技术的基础上不断提高无线通信的网络效率和功能。与3G相比，4G通信技术的优势在于数据通信速度和与通信网络之间互通性。实际上，很多人设想4G的网络就是在现有网络升级的基础上，把他们通过4G的核心网络统一起来，如下图所示。
图2 4G无线通信系统设想
3G标准的不统一使3G网络之间的漫游成为了问题。而3G的核心技术－CDMA技术，在提供移动高速数据传输方面的能力也有不足，因此，4G网络在核心技术上和3G也有很大的不同。
二、4G中可能使用的核心技术
一般认为，在4G移动通信系统中可能采用如下几种技术。
1.OFDM技术
几个主要的3G技术标准都是以CDMA为核心技术。但是，CDMA技术在高速数据传送时，随着码片长度减小，码片间干扰增加，硬件的复杂程度也迅速增加。由于CDMA干扰受限的性质，用户间的干扰也就减少了系统容量。
OFDM是一种多载波数字通信调制技术。它选择相互之间正交的载波频率作子载波，利用多个子载波并行传输。这样，尽管总的信道可能是非平坦的，但是每个子信道相对平坦，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道带宽，因此就可以大大消除信号间的干扰，增强对抗频率选择性衰落或窄带干扰的能力。此外，由于OFDM系统中各个子信道的频谱可以相互重叠，提高了频谱利用率。所以说，OFDM 技术能够克服CDMA 在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题,并且有频谱效率高,硬件实施简单等优点,因此很多人把OFDM 看作是第四代移动通信系统中的核心技术。
2．软件无线电技术
在4G中利用软件无线电技术，可以实现单一终端在各个不同系统之间的漫游。软件无线电是把标准化、模块化的硬件功能单元，利用一个通用硬件平台，通过软件加载来实现各种的无线电通信系统的具有开放式结构的新技术。通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可以实现不同的功能，可以实现在蜂窝移动、宽带无线接入等不同系统中利用单一的终端进行漫游。所以说，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带Ａ/Ｄ和Ｄ/Ａ变换器 ,并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种信号处理功能都尽可能用软件实现。
3．全IP技术
4G网络并不是全新的网络，它建立在对原有各种通信网络的改造和融合上。利用全IP技术实现的核心IP 网络作为一种统一的网络,支持有线及无线的接入。它是具有移动管理功能的IP网络,其无线接入点可以是蜂窝系统的基站、WLAN或者ad hoc网等。对于固定电话网、2Ｇ以及没有实现全IP 的3G 网络等则通过特定的网关连接。
4．智能天线
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4G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，增强有用信号。它既能改善信号质量又能增加传输容量。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，对各个天线链路的信号按一定算法进行合并，实现波束赋形。
三、世界各国对4G的研发和试验情况
令人失望的是，不仅仅3G标准上存在严重分歧，各国在对4G的设想上也存在着很大的差异。对于4G，欧洲、日本和美国都有自己的看法。
欧洲国家一般认为4G是一种可以有效地使用频谱的数据通信技术，并且一定是以IPV6 为基础的，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 把现有的各种不同的网络融合在一起。4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字关广播电视系统，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。
而日本似乎更热衷于建立一个单一的4G全球标准。2002年10月，日本的NTT DoCoMo公司试验了4G空中接口，该空中接口是基于可变扩展因子技术的正交频率和码分复用技术（VSF/OFCDM）。NTT DoCoMo将在该技术的基础上，向ITU-R提供4G的技术提案。
而美国则希望把WLAN技术进行扩展，在此基础上演进到4G。
1．欧洲
在欧洲，超3G研究活动是以欧盟的信息社会技术（IST）研究计划为中心来进行的。其研究范围包括：
u 对包括陆地和卫星技术、电信和交互式广播系统在内的各种无线接入系统进行评估；
u 用于核心网和无线接入系统的IP技术，包括移动管理技术；
u 和现有的、演进中的以及新生的接入系统之间的互通问题。
1.1欧盟的IST研究计划
欧盟的研究活动是4年一个周期，每个周期都会有一个框架研究计划。目前执行的是第六框架计划（FP6）， 它的有效期是从2003年到2006年。在FP6中，信息社会技术（IST）被列作优先支持的项目，有总额为36.25亿欧元的经费支持。
而在IST中，超3G移动和无线通信系统技术的研究课题是重中之重，它最先获得了9千万欧元的预支经费，占总预支经费的80％。
超3G移动和无线通信系统技术研究课题的目标是实现“随时随地的最优化接入”。项目组已经把超3G系统认定为一个综合的通信系统。在超3G系统中，不同的无线接入方案和技术结合起来、相互补充，为适应不同的业务要求和无线环境提供最优的通信方案。这些接入技术和系统包括个人层面的（个人携带／身体不同部位／Ad Hoc网络），本地和家庭层面的（WLAN和UWB），蜂窝层面的（GPRS、UMTS等）、以及更大范围的（DxB-T，BWA）等。
而卫星网络可以作为上面的各种接入系统的补充，提供一个全球覆盖的层次（比如卫星数字多媒体广播系统，S-DMB）。为了实现这样一个多样化和综合的无线接入系统，必须进行网络的重新配置。
研究的重点包括：
l 接入网络，包括新型的空中接口，以公用的、灵活的和无缝的全IP网络设施来实现网络的可拓展性和移动性。
l 针对接入网络采用的资源管理技术，从而可以更合理地使用频谱资源，实现动态频谱分配，减少电磁辐射。
l 所有接入技术的全球漫游，包括水平方向和纵向的切换，以及无缝的业务提供，还有协商能力，包括基于Ipv6业务结构的移动性、安全和QoS要求。
l 在业务和控制层面实现接入网络和核心网络之间的互通，包括高级业务和整体网络层次的管理能力；
l 实现所有层次网络结构的重新配置（终端、网络和业务）。
1.2无线世界研究论坛（WWRF）
在2001年8月份，以欧美5大通信设备制造商（法国阿尔卡特、瑞典爱立信、美国摩托罗拉、芬兰诺基亚、德国西门子）为中心成立了“无线世界研究论坛（WWRF）”。该组织的主要目标是邀请有兴趣的各方一起研究未来移动通信系统的发展趋势。
WWRF认为3G采用的是CDMA，4G则应该采用OFDM作为其核心技术。目前WWRF设想的4G包含很多现有的以及新兴的无线技术。4G所采用的无线技术不仅是利用新频段和新兴技术的移动通信系统，还包括现行的移动通信（2G及3G）、无线LAN以及蓝牙等近距离通信技术，还包括数字广播电视技术。
4G系统的目的就是将上述各种网络融为一体，并针对不同场所和用途分别使用。他们认为，4G必须考虑到已经投入使用的系统。要考虑如何发展与继承现有技术。在广播电视方面，4G将定位于可进行单向大量数据发送的“发送层”。为了实现这种集通信和广播电视于一体的综合网络，目前相关公司正在进行可以基于任何网络的“Vertical Band Over技术”的开发。
2．日本
2001年5月10日，日本政府表示，政府和主要的移动通信业企业已为4G技术制定了基础发展计划。4G技术将于2005年成形。总务省已与NTT DoCoMo等日本移动通信业巨头在4G移动通信技术的基础性能要求方面达成共识。日本政府在“e-Japan”计划中也表示，日本计划在2005年前制定4G核心技术标准，并在2010年普及。
当前在日本的4G研发活动中比较积极的主要日本无线电产业协会（Arib）委托移动IT 论坛(mITF)来做的。
2.1日本无线电产业协会（Arib）
日本的无线技术标准化工作一般是由日本的标准化组织――Arib来完成的。由于4G的研究工作还处于一个起步阶段，Arib把这项工作交给移动IT论坛来完成。等到技术基本成熟之后，会由Arib来制定相应的标准。
2.2移动IT 论坛(mITF)
日本2002年年初成立了移动IT论坛，下设4G研究委员会，由运营商、制造商和高等院校参加，与标准化组织ARIB保持密切的关系。4G研究委员会还下属一个技术子委员会和应用子委员会。
mITF 的4G委员会的目标是：
l 明确4G的系统结构和主要应用
l 按照预想的在2010年引入4G的商用计划，规划一系列的具体研究和实验活动；
l 支持业界和研究机构的研发和标准化活动。
近期的活动包括：
l 制定一个研发和标准化的框架，准备在10年之内创造一个新的4G市场；
l 研究4G的体系结构和发展方案；
l 选择、研究和评估新技术项目；
l 研究实现各个系统之间无缝漫游的方案；
l 与世界上其他研究机构之间的合作；
l 提前分析4G的商业模式，从而明确启动4G商业模式的要求。
4G 3G，W-LAN，ITS，数字电视等
应用和前景 应用子委员会的工作范围
系统：系统机构、安全、所要求的功能 系统子委员会的工作范围
核心和无线接入网络：全IP网络，移动管理、无线QoS、无线小区规划、无线网络控制、无线传输等
终端设备：多频多模终端、人机接口、移动平台
图3 4G委员会的工作范围以及子委员会的分工
2003年5月，移动IT论坛和WWRF签订了合作协议，共同来推动超3G移动通信系统的研发和标准化工作。
2.3 NTT DoCoMo的4G试验
自2000年11月起，DoCoMo就开始研发4G相关技术。2002年3月，DoCoMo公司在东京郊区的试验室中建立一个试验性4G网络。该网络的空中接口采用了基于可变扩展因子技术的正交频率和码分复用技术（VSF/OFCDM）。在像OFDM一样采用多载波的同时，进行与CDMA相同的扩频处理来增大容量。其最大的特点在于，可以根据具体的通信业务来改变时间方向与频率方向上的扩频系数。这样，就可以在类似热点的孤立区域，通过降低扩频系数来优先增大传输速率，而在用户众多的环境下，能够提高扩频系数、增加系统容量。该试验显示，此系统在下行方向上，可以确保最大100Mbit/秒的数据传输速度。同年10月，DoCoMo宣布，公司已经成功地试验了下行速率达100Mbps、上行速度达20Mbps的4G空中接口。
2003年5月28日，NTT DoCoMo于宣布将开始进行第4代移动通信系统（4G）的无线接入系统的户外试验。此次户外试验是上次室内试验的后续试验。
3．韩国
3.1 政府的投资以及国际合作计划
韩国情报通信部(MIC)已经将超3G研究列入政府的研究开发课题，计划在2005年之前投资1亿美元进行4G的研发活动。
2001年5月，日本总务省与韩国情报通信部在汉城举行了副部长级会谈，决定两国在第四代移动电话的规格标准、系统开发、制订通信规章、国际漫游等领域进行合作研究。
3.2 4G的研发情况
2002年3月，情报通信部委托韩国电子通信研究院（ETRI）成立4G远景研究委员会，统筹部署国内的超3G研究以及国际合作。并于同年4月在北京成立移动通信研究中心。
对于4G移动通信系统，ETRI的定义是一个综合高速无线传输技术（高层系统技术）、热点移动传输技术（低层系统技术）、数据网络移动系统技术和实际业务的通信系统。
低层系统技术是支持高速率、低成本的热点地区的移动互联网接入业务。高层系统技术是支持高速率、大范围的移动互联网接入业务。
低层系统技术目前的一个实现方案是高速移动互联网系统（Hmi）。HMi的目标是为高密度地区和大城市提供非对称式的高速分组接入；提供信道的鲁棒性，准蜂窝覆盖，中速移动，增强型的QoS和安全性能。并最大程度地利用现有的蜂窝基础设施。对Hmi的基础技术要求包括：业务方面，高速互联网接入，相当于xDSL，基于IP的话音、数据业务和流媒体业务；高速分组交换传输方面，需要有可调整的传输速率，从100Mbps到数百比特每秒；和3G蜂窝系统之间的互通：与3G蜂窝网的切换和更强的移动能力；更强的抗干扰和窃听能力：抗邻频干扰的能力强，数据安全和认证支持；成本／质量有效的解决方案：在低成本的情况下QoS与有线网络可比。
Hmi系统的技术规范如下表1。4G高层无线传输技术的目标如下表2。
项目 规范
无线接入方案 载频频段：2G频段（2.3或者2.5GHz频段）；带宽：10／20MHz；双工：时分双工（TDD）多址接入：OFDM－TDMA／CDMA。
分组数据传输 数据速率：在中速移动的情况下，最高达到100Mbps；自适应的调制方案；
无线链路协议 Hmi蜂窝MAC；移动多媒体QoS控制；可以切换到CDMA2000 1X 和WCDMA
表1 Hmi系统的技术规范
项目 目标
频段 2GHz
3－5GHz
带宽 5／10／20MHz （DL）， 非对称的带宽
复用多址接入 FDD／FDMA：宏蜂窝／微蜂窝
业务类型 分组数据
小区类型 宏蜂窝／微蜂窝和热点地区
数据速率及移动性 100Mbps（峰值速率总额／小区），>60公里／小时
表2 高层无线传输技术的目标
对于4G移动通信未来的远景发展，ETRI把它分成4个环节，依次如下：（1）形成蜂窝式系统，采用非对称是存取模式、利用智能天线、数据传输速率可以达到100Mbps以上。（2）发展具有自动调整能力的模块化编码、动态的频谱分配和软件无线电的功能。（3）以分组交换技术为中心，以最低的成本达到最好的通信服务；（4）具有支援流媒体服务的能力；（5）提供无线区域网络、固定无线接入和数字传输系统，形成综合业务能力。
为了实现该远景计划，ETRI计划在2002年到2007年进行第一阶段的研究和开发，在2008年到2011年进行第二阶段的研究和开发。其中，高层系统试验平台预计在2003年到2005年达到100Mbps的传输速率，2006年到2007年之间加强系统整合；至于低层的高速移动互联网系统（Hmi），则预计在2003年到2004年达到100Mbps的传输速率，在2006年到2007年超过100Mbps的传输速率，2008年到2010年达到1Gbps的速率。
资料来源：ETRI
图4 韩国ETRI规划的4G研发时间表
3.3 运营商的试验情况
韩国好像是一个通信新技术的实验场，很多新兴的通信技术都是在韩国最先开始试验的，在4G上也是如此。2002年10月，Flarion公司与韩国SK电信宣布在韩国国内利用flash-OFDM技术进行高速无线数据通信的试验服务。Flarion公司说以该技术建网将会比现有3G网络的成本降低10倍。SK电信在已有的基站塔上安装Flarion公司的无线路由器，同时为用户的笔记本电脑和移动电话提供Flarion 的PC1000 调制解调器，实现无线互联网业务。试验的结果没有公布，但是Flarion表示对试验非常满意。
2002年11月，SK电信宣布将对Flarion公司进行战略投资，作为涉足第四代移动通信核心技术的一个重要战略步骤。韩国是Flarion公司最主要的目标市场，除了SK电信之外，KT和Hannaro通信也与它有类似的试验协议。
4．美国
尽管美国在很多无线通信技术上都处于领先地为，美国政府对4G还没有什么动作。只是在IEEE中有一些相应的研究工作。对4G的研究更多的是企业行为。大通信公司都在进行相关的试验，积极为4G时代的到来做准备。
比如，美国AT&T公司就进行了4G通信网络的试验，利用EDGE系统进行上传，在下行线路上采用W-OFDM技术。AT&T公司声称大约还需要5年这项技术才能发布；再有10年左右的时间，4G才能真正投入到商用阶段。
5．我国
从1999年ITU酝酿超3G研究项目以来， 无线通信标准研究组（CWTS）就一直参加ITU-R和ITU-T的超3G研究。科技部也已经在国家“863”计划中将超3G/4G的研究作为战略研究重点领域之一，称为FuTURE计划，瞄准2010年前后移动通信产业发展。希望展开对未来无线通信通用技术的研究，在移动通信研究开发领域与国际同步发展。
863计划中制定的4G发展项目的目标之一是要为“实现从被动跟踪技术标准到引导技术标准的跨越式发展奠定基础”。我国巨大的移动通信市场对致力于4G研究的国家及其企业有着非常大的吸引力。2002年11月22日，科技部和欧盟已经签署了联合声明，承诺共同推进未来移动通信技术的发展。为此，一个4G移动通信国际合作委员会已于2002年12月13日成立。它的任务就是切实推进欧盟的“第六框架研究计划”和我国4G计划的协同进行。另外，科技部与韩国的情报通信部(M IC ) 也于近日签署了有关协议，与日本的合作也在紧锣密鼓地进行。同时，一个致力于4G研发的国际性研究开发中心也正在酝酿当中。
四、结语
尽管对各方对4G系统的设想和憧憬，使它看起来要比3G更美好、更能满足用户的需要，但需要明确的是，有关第4代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本功能、核心技术还处于构想阶段。如同3G系统与2G系统的关系一样，4G不会在一夜之间取代3G系统，更不可能跨越3G系统而直接投入应用。发生在3G标准制定过程中的种种问题，多多少少在4G身上也会出现。制订一个全世界统一的4G标准决非易事，4G走向商用化也需要整个通信行业的努力。从这个角度来讲，4G还有很长的路要走，我们不能对它要求太高。
无线通信研究室
