随着移动用户的增多，以及人们对移动通信业务的追求已从单纯的语音业务扩展到多媒体业务，因此，移动通信技术变得越来越重要，为了满足人们不断增加的需求，这使得人们努力改进和发展一些新的技术。

现在移动通信技术的热点是３Ｇ、４Ｇ和５Ｇ技术，然而，人们可能产生疑问，３Ｇ还没有完全实现，为什么又急于研究４Ｇ甚至５Ｇ。

４Ｇ不仅是对３Ｇ的困难和局限的突破和演进，而且增强了服务质量、增加了带宽和降低了成本，而５Ｇ是一种完美的无线通信系统。

本文主要讨论第一代到第五代移动通信技术的演进和４Ｇ的工作原理。

第一代到第五代移动通信的概述第一代移动通信系统（１Ｇ）是在２０世纪８０年代初提出的，它完成于２０世纪９０年代初，如ＮＭＴ和ＡＭＰＳ，其中，ＮＭＴ于１９８１年投入运营。

第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、安全性差、没有加密和速度低。

１Ｇ主要基于蜂窝结构组网，直接使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。

第二代移动通信系统（２Ｇ）开始于２０世纪８０年代末并完成于２０世纪９０年代末，１９９２年第一个ＧＳＭ网络开始商用。

２Ｇ是基于数字传输的，并且有多种不同的标准（如ＧＳＭ，ＣＴ２，ＣＴ３，ＤＥＣＴ，ＤＣＳ１８００），其传输速率可达６４ｋｂｉｔ／ｓ。

ＧＳＭ（全球移动系统）通信是目前使用的最普遍的一种标准，ＧＳＭ使用９００ＭＨｚ和１８００ＭＨｚ两个频带。

ＧＳＭ通信系统采用数字传输技术并利用用户识别模块（ＳＩＭ）技术鉴别用户，通过对数据加密来防止偷听。

ＧＳＭ传输使用时分多址（ＴＤ－ＭＡ）和码分多址（ＣＤＭＡ１）技术来增加网络中信息的传输量。

ＧＳＭ不能实现全球无缝漫游。

其他的２Ｇ系统是ＩＳ－９５ＣＤＭＡ，ＰＤＣ和ＩＳ－１３６ＴＤＭＡ等。

第２．５代移动通信系统（２．５Ｇ）是２Ｇ向３Ｇ发展过程中的中间过渡，它是２Ｇ的扩展和加强，２．５Ｇ是２Ｇ的增强版。

通用无线分组业务（ＧＰＲＳ）可以看作在２Ｇ和３Ｇ之间移动通信技术发展的过渡时期，它是ＧＳＭ的扩展，ＧＰＲＳ于２０００年开始运行。

ＧＰＲＳ是一种数据业务，它能够使移动设备发送和接收电子邮件及图片信息。

ＧＰＲＳ的常用速度为１１５ｋｂｉｔ／ｓ，通过使用增强数据率的ＧＳＭ（ＥＤＧＥ）最大速率可达３８４ｋｂｉｔ／ｓ，而典型的ＧＳＭ数据传输速率为９．６ｋｂｉｔ／ｓ。

第三代移动通信系统（３Ｇ）开始于２０第一代到第五代移动通信的演进□彭小平技术／应用世纪９０年代末，３Ｇ是目前正在全力开发和实施的移动通信系统，已经在部分国家运营，２００３年在英国投入运营。

３Ｇ统一不同的移动技术标准，使用高的频带和ＴＤＭＡ技术传输数据来支持多媒体业务。

３Ｇ不仅提供从１２５ｋｂｉｔ／ｓ到２Ｍｂｉｔ／ｓ的传输速率，而且能够提供多种宽带业务。

其主要特点是无缝全球漫游、高速率、高频谱利用率、高服务质量、低成本和高保密性等。

３Ｇ的欧洲标准是通用移动通信系统（ＵＭＴＳ）。

ＵＭＴＳ通信系统仍然采用数字传输技术并利用ＳＩＭ鉴别对数据加密。

信息传输使用宽带码分多址（ＷＣＤＭＡ）并能得到３８４ｋｂｉｔ／ｓ到２０４８ｋｂｉｔ／ｓ的传输速率。

第四代移动通信系统（４Ｇ）是一个基本概念，仍然处在研究阶段，目前不存在实际的第四代移动通信系统。

４Ｇ提供高速率、高容量、低成本和基于ＩＰ业务。

４Ｇ是基于Ａｄｈｏｃ网络模型的，它的操作运行不需要固定的基础结构，Ａｄｈｏｃ网络需要全球移动性能（即移动ＩＰ）和全球ＩＰｖ６网络的连通性以支持每个移动设备的ＩＰ地址。

在不同的ＩＰ网络（８０２．１１ＷＬＡＮ，ＧＰＲＳ和ＵＭＴＳ）中，４Ｇ能够在更高的数据传输速率下实现无缝漫游，其数据传输速率从２Ｍｂｉｔ／ｓ到１Ｇｂｉｔ／ｓ，还能够提供低时延的新业务。

虽然移动设备不依赖固定的基础结构，但是在Ａｄｈｏｃ网络中仍需要自组织的增强的智能并具有在分组交换网络中的路由能力。

第五代移动通信系统（５Ｇ）还没有清楚的定义，但肯定比４Ｇ更先进，性能更好，５Ｇ接入和服务区域没有限制，其传输速率高得令人难以置信。

５Ｇ被认为是一种完美的无线通信，人们称它为真正地无线世界。

５Ｇ的概念起源于４Ｇ技术，随后的演进也是基于４Ｇ的。

因此，相比４Ｇ而言，５Ｇ应该有重大的突破，有更多的业务和更多的智能技术。

３Ｇ和４Ｇ的比较由于３Ｇ是正在研究和实施的技术，而４Ｇ是研究的热点并取得了一定的成果，因此，将它们作以比较。

３Ｇ和４Ｇ的主要区别是数据速率，业务类型，传输方式，因特网接入技术，与有线骨干网接口的兼容性，服务质量和安全性。

在快速运动的大区域范围内，４Ｇ应该支持至少１００Ｍｂｉｔ／ｓ的最大速率，在低速运动的局部区域范围内应该达到１Ｇｂｉｔ／ｓ的速率。

相比４Ｇ的传输速率而言，３Ｇ的速率低得多，仅有２Ｍｂｉｔ／ｓ。

就业务而言，３Ｇ是很难实现全球漫游和接入网络的互操作性，然而，４Ｇ是一个全球标准，它能够提供全球移动性和业务的便携性，所以，业务提供商不局限在单个系统，也就是说，４Ｇ应该能够提供低成本的非常平滑的全球漫游。

另外，３Ｇ是基于广阔范围的概念，它是以有限的接入技术（如ＷＣＤＭＡ，ＣＤＭＡ，ＴＤ－ＳＤＭＡ）利用电路交换和分组交换传输的。

然而，４Ｇ是基于宽带ＩＰ的，以无缝接入融合方式，完全利用分组交换方式传输，即４Ｇ综合所有的接入技术，业务和应用能够毫无限制地运行在无线骨干网，通过ＩＰ地址运行在有线骨干网，也就是说，４Ｇ将带给我们几乎完美的真实无线世界。

现在的问题是４Ｇ应该如何发展，怎样才能使４Ｇ变成现实。

４Ｇ的工作原理在４Ｇ无线网络中，每个结点分配一个基于ＩＰｖ６的４Ｇ－ＩＰ地址，于是，一个永久的本地ＩＰ地址和一个代表实际位置的动态转交地址将形成。

当因特网中的设备（如计算机）与无线网络中的另一个设备（如蜂窝电话）通信时，计算机送一个包到蜂窝电话的４Ｇ－ＩＰ地址（目标当然是本地ＩＰ地址），然后，蜂窝电话所在网络中的地址目录服务器送这个包到蜂窝电话的转交地址（移动ＩＰ）；此外，地址目录服务器将蜂窝电话的转交地址（实际位置）告诉计算机，下一个包同样直接送到蜂窝电话。

４Ｇ－ＩＰ地址（ＩＰｖ６）比现在使用的ＩＰ地址（ＩＰｖ４）能运送更多的信息，ＩＰｖ６（因特网协议版本６）包括１２８ｂｉｔｓ，它是ＩＰ地址（ＩＰｖ４）的４倍。

ＩＰｖ６包括４套ＩＰｖ４地址，每套ＩＰｖ４地址分别定义为不同的功能和用法。

同时，在４Ｇ无线网络中，不仅有ＩＰｖ６传输协议，而且还要受ＯＦＤＭ，ＭＣ－ＣＤＭＡ，ＬＡＳ－ＣＤＭＡ，ＵＷＢ和Ｎｅｔｗｏｒｋ－ＬＭＤＳ等的支持。

ＯＦＤＭ（正交频分复用）通过无线电波发射大量的技术／应用图１１Ｇ到４Ｇ的演进图数字数据。

ＯＦＤＭ的工作原理是通过将无线电信号分成许多小的子信号，然后用不同的频率将这些子信号同时发送到接受器，也就是说，ＯＦＤＭ是一种数字调制技术，许多正交子波复用是为了增加信号强度，对于高频带数字信号的发射来说，这是很好的方法。

在正交频分复用系统中，在开始通信之前，两个无线设备建立连接通道，所以，在某一目标链路连接之前，无线电信号分成许多小的子信号以准确的方向达到目标。

多载波－码分多址（ＭＳ－ＣＤＭＡ）实际上是码分多址覆盖的正交频分复用。

用户用正交码的复用是为了辨别它们是处在多载波码分多址还是处在单载波码分多址系统。

它允许在蜂窝系统和信号小区系统之间灵活的系统设计。

然而，在ＭＳ－ＣＤＭＡ中，每个用户分配几个码，这些数据在时间或频率上分开。

大区域同步码分多址（ＬＡＳ－ＣＤＭＡ）是通过空中连接通信发展的。

ＬＡＳ－ＣＤＭＡ能够使数据速率更高并增加语音的容量，码分双工（ＣＤＤ）融合高频谱效益的ＬＡＳ－ＣＤＭＡ技术和时分双工（ＴＤＤ）的高数据传输的性质。

这种结合使ＣＤＤ成为现在最有效的、高容量的双工系统。

在第四代移动通信中，ＬＡＳ－ＣＤＭＡ是作为一个全球传输协议（世界小区），即当两个无线设备的距离太远时，它们之间只有通过基于ＩＰｖ６的ＬＡＳ－ＣＤＭＡ建立连接。

在第四代移动通信技术中，超宽带（ＵＷＢ）无线通信通过使用非常短的电脉冲一次扫描所有的频率，它能够解决多径衰落问题，然而，由于ＵＷＢ的低功率的要求，ＵＷＢ只能用在室内或地下，于是，ＵＷＢ必须结合ＯＦＤＭ使用，再通过使用多径算法后能够发射大量的数字数据；ＯＦＤＭ运行在室外，而ＵＷＢ运行在室内保证信号强度。

在第四代无线移动通信技术中，ＵＷＢ用在建筑物中距离非常短的微微小区。

网络－局部多点分布系统（Ｎｅｔｗｏｒｋ－ＬＭＤＳ）是一种宽带无线技术，它用在２５ＧＨｚ和更高频带下运送语音、数据、因特网和视频业务。

它的同时包括语音、数据、因特网和视频业务的广播是局部范围的信号衰落问题的解决方案。

所以，在第四代移动通信技术中，能够用在微小区和宏小区的Ｎｅｔｗｏｒｋ－ＬＭＤＳ是无线设备的主要传输协议。

ＩＰｖ６、ＯＦＤＭ、ＭＣ－ＣＤＭＡ、ＬＡＳ－ＣＤＭＡ、ＵＷＢ和Ｎｅｔｗｏｒｋ－ＬＭＤＳ分别安排在不同的大小的区域上。

因为ＩＰｖ６是基本地址的协议，它在所有的区域运行，ＬＡＳ－ＣＤＭＡ设计在全球范围（世界区），ＯＦＤＭ和ＭＣ－ＣＤＭＡ运行在宏小区，Ｎｅｔ－ｗｏｒｋ－ＬＭＤＳ安排在微小区，而ＵＷＢ在微微小区。

虽然它们作用互补，分工协作，但是基于上述发射协议，在某些方面，它们中任何一个多都有不足之处，在实现４Ｇ的宏伟目标时还很不完美。

在未来的十几年内，必须加大对４Ｇ的研究和实验，使之早日变成现实。

结论现在，无线技术在网络和因特网领域中变得越来越来普遍和重要，本文简单地介绍了１Ｇ到５Ｇ的历史背景，比较了３Ｇ和４Ｇ的不同点，描述了４Ｇ在未来工作中的方便和功能强大性能。

４Ｇ的研究工作起步于２００２年，现在已有许多标准和技术，并仍处在发展的过程中，因此，人们很难预料未来的４Ｇ是个什么样子，它能够提供什么样的业务。

然而，从研究的结果能够得到４Ｇ的一般的概念和思想，４Ｇ是基于３Ｇ的局限性演进，它能够实现无线环球网的思想，它能够以低成本提供更多的业务和平滑的全球漫游。

未来的通信系统向何处发展，怎样发展，能够提供什么样的业务等等，这些问题都有待于进一步的研究。

作者简介：彭小平，湖北襄樊学院物理系讲师，主要研究方向为移动通信新技术、信号处理。

技术／应用图２小区大小的分布图。