4G的定義
第四代移動通信技術的主要指標：1、數據速率從2Mb/s提高到100Mb/s，移動速率從步行到車速以上。2、支持高速數據和高解析度多媒體服務的需要。寬頻區域網路應能與B-ISDN和ATM兼容，實現寬頻多媒體通信，形成綜合寬頻通信網。3、對全速移動用戶能夠提供150Mb/s的高質量影像等多媒體業務。
目前，已開發國家已經著手研製第四代移動通信的標準和產品。美國AT&T公司已經在實驗室中研究第四代移動通信技術，其目的是提高蜂窩電話和其他移動設備訪問網際網路的速率；大約五年後，這項技術即可面世。日本的DoCoMo移動通信公司也在進行第四代移動通信的研究，爭取在2008年左右推出4G產品。愛立信公司宣布已開始著手研製第四代移動通信系統，其研究機構負責人表示，第四代移動通信技術不僅可以將上網速度提高到超過3G技術的50倍，而且屆時人類將首次實現三維圖像的高質量傳輸。該公司預計第四代移動通信系統大約在2010年正式投入市場。我國目前對第四代移動通信技還處於探討起步階段，因此，對4G移動通信的研製工作顯得十分迫切。
4G的特點
1.具有很高的傳輸速率和傳輸質量。未來的移動通信系統應該能夠承載大量的多媒體信息，因此要具備50-100Mbit/s的最大傳輸速率、非對稱的上下行鏈路速率、地區的連續覆蓋、QoS機制、很低的比特開銷等功能；
2.靈活多樣的業務功能。未來的移動通信網路應能使各類媒體、通信主機及網路之間進行“無縫”連線，使得用戶能夠自由的在各種網路環境間無縫漫遊，並覺察不到業務質量上的變化，因此新的通信系統要具備媒體轉換、網間移動管理及鑒權、Adhoc網路(自組網)、代理等功能；
3.開放的平台。未來的移動通信系統應在移動終端、業務節點及行動網路機制上具有“開放性”，使得用戶能夠自由的選擇協定、套用和網路；
4.高度智慧型化的網路。未來的移動通信網將是一個高度自治、自適應的網路，具有很好的重構性、可變性、自組織性等，以便於滿足不同用戶在不同環境下的通信需求。
4G移動通信的接入系統
4G移動通信接入系統的顯著特點是，智慧型化多模式終端(multi mode terminal)基於公共平台，通過各種接入技術，在各種網路系統(平台)之間實現無縫連線和協作。在4G移動通信中，各種專門的接入系統都基於一個公共平台，相互協作，以最最佳化的方式工作，來滿足不同用戶的通信需求。當多模式終端接入系統時，網路會自適應分配頻帶、給出最最佳化路由，以達到最佳通信效果。目前，4G移動通信的主要接入技術有：無線蜂窩移動通信系統（例如2G、3G）；無繩系統（如DECT）；短距離連線系統（如藍牙）；WLAN系統；固定無線接入系統；衛星系統；平流層通信（STS）；廣播電視接入系統（如DAB、DVB-T、CATV）。隨著技術發展和市場需求變化，新的接入技術將不斷出現。
不同類型的接入技術針對不同業務而設計，因此，我們根據接入技術的適用領域、移動小區半徑和工作環境，對接入技術進行分層。
* 分配層：主要由平流層通信、衛星通信和廣播電視通信組成，服務範圍覆蓋面積大。
* 蜂窩層：主要由2G、3G通信系統組成，服務範圍覆蓋面積較大。
* 熱點小區層：主要由WLAN網路組成，服務範圍集中在校園、社區、會議中心等，移動通信能力很有限。
* 個人網路層：主要套用於家庭、辦公室等場所，服務範圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限，但可通過網路接入系統連線其他網路層。
* 固定網路層：主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統。
網路接入系統在整個行動網路中處於十分重要的位置。未來的接入系統將主要在以下三個方面進行技術革新和突破：（1）為最大限度開發利用有限的頻率資源，在接入系統的物理層，最佳化調製、信道編碼和信號傳輸技術，提高信號處理算法、信號檢測和數據壓縮技術，並在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究。（2）為提高網路性能，在接入系統的高層協定方面，研究網路自我最佳化和自動重構技術，動態頻譜分配和資源分配技術，網路管理和不同接入系統間協作。（3）提高和擴展IP技術在行動網路中的套用；加強軟體無線電技術；最佳化無線電傳輸技術，如支持實時和非實時業務、無縫連線和網路安全。
4G移動通信的軟體系統v 4G移動通信的軟體系統趨於標準化、複雜化、智慧型化。軟體系統的首要任務是，創建一個公共的軟體平台，使不同通信系統和終端的套用軟體，通過此平台“互連互通”；並且，通過此軟體平台，實現對不同通信系統和終端的管理和監控。因此，建立一個統一的軟體標準和互連協定，是4G移動通信軟體系統的關鍵。
軟體系統將逐步採用Web服務模式，以代替現行的客戶/伺服器模式。新的計算機語言如XML，將用於未來的這種基於Web的分散式服務。另一方面，軟體系統還將在網路安全上做進一步研究，以保障通信網路的正常工作、數據完整和其他特殊需要。
4G移動通信的關鍵技術
在4G移動通信中，下列關鍵技術需進一步研究和解決。
* 定位技術：定位是指移動終端位置的測量方法和計算方法。它主要分為基於移動終端定位、基於行動網路定位或者混合定位三種方式。在4G移動通信系統中，移動終端可能在不同系統(平台)間進行移動通信。因此，對移動終端的定位和跟蹤，是實現移動終端在不同系統(平台)間無縫連線和系統中高速率和高質量的移動通信的前提和保障。
* 切換技術：切換技術適用於移動終端在不同移動小區之間、不同頻率之間通信或者信號降低信道選擇等情況。切換技術是未來移動終端在眾多通信系統、移動小區之間建立可靠移動通信的基礎和重要技術。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統中，切換技術的適用範圍更為廣泛，並朝著軟切換和硬切換相結合的方向發展。v * 軟體無線電技術：在4G移動通信系統中，軟體將會變得非常繁雜。為此，專家們提議引入軟體無線電技術，將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信的橋樑。軟體無線電技術能夠將模擬信號的數位化過程儘可能地接近天線，即將 A/D和D/A轉換器儘可能地靠近RF前端，利用DSP進行信道分離、調製解調和信道編解碼等工作。它旨在建立一個無線電通信平台，在平台上運行各種軟體系統，以實現多通路、多層次和多模式的無線通信。因此，套用軟體無線電技術，一個移動終端，就可以實現在不同系統和平台之間，暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟體無線電技術有參數控制軟體無線電系統。
* 智慧型天線技術：智慧型天線具有抑制噪聲、自動跟蹤信號、智慧型化時空處理算法形成數字波束等功能。
* 無線電在光纖中的傳輸技術：在未來的通信系統中，光纖網將發揮十分重要的作用。可以利用光纖傳送寬頻無線電信號，與其他傳輸媒介相比，損耗很小。還可以用光纖傳送包含多種業務的高頻(60GHz)無線電信號。因此，利用光纖傳輸無線電信號，成為研究的一個重點。
* 網路協定與安全：未來行動網路包含許多類型的通信網路，採用以軟體連線和控制為主的方法進行網路互連。因此，無線接口協定成為4G移動通信網路的關鍵技術之一。同時，網路的安全問題，隨著網路的擴展，也需高度重視。
* 傳輸技術：主要研究在高速率(<20Mb/s)條件下，高速移動通信微波傳輸的性能；以及在高頻段(如60GHz)室內信號多徑傳輸性能。亞毫米波段傳輸信號，也是雨天等惡劣條件下，信號傳輸技術研究的重點之一。
* 調製和信號傳輸技術：在高頻段進行高速移動通信，將面臨嚴重的選頻衰落(frequency-selective Fading)。為提高信號性能，研究和發展智慧型調製和解調技術，來有效抑制這種衰落。例如正交頻分復用技術(OFDM)、自適應均衡器等。另一方面，採用TPC、RAKE擴頻接收、跳頻、FEC(如AQR和Turbo編碼)等技術，來獲取更好的信號能量噪聲比(Eb/N0)。
隨著新技術和人們的新需求不斷出現，第四代移動通信技術將會做相應調整和進一步發展。縱觀移動通信發展規律，我們相信，第四代移動通信技術的高速率、高質量、大容量的多媒體服務，將使我們的世界更美好！
4G移動通信的網路結構
結合移動通信市場發展和用戶需求，4G行動網路的根本任務是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個運行網路(平台)之間或者多個無線接口之間，建立其最有效的通信路徑，並對其進行實時的定位和跟蹤。在移動通信過程中，行動網路還要保持良好的無縫連線能力，保證數據傳輸的高質量、高速率。4G行動網路將基於多層蜂窩結構，通過多個無線接口，由多個業務提供者和眾多網路運營者提供多媒體業務。 因此，4G移動通信技術應具備以下幾個基本特徵：
* 多種業務的完整融合。個人 通信、信息系統、廣播、娛樂等業務無縫連線為一個整體，滿足用戶的各種需求。4G應能集成不同模式的無線通信――從無線區域網路和藍牙等室區域網路絡、 蜂窩信號、廣播電視到衛星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫遊到另一個標準。各種業務套用、各種系統平台間的互連更便捷、安全，面向不同用戶要求，更富有個性化。
* 高速移動中不同系統間的無縫連線：用戶在高速移動中，能夠按需接入系統，並在不同系統間無縫切換，傳送高速多媒體業務數據。
* 各種用戶設備便捷地入網：各種價格低廉的設備應能方便地接入通信網路中。這些設備體積小巧、甚至無需接入電源網即可工作。用戶與設備間不再局限於聽、說、讀、寫的簡單交流方式，為滿足用戶的特殊需要和特殊用戶（如殘疾人）的需要，更多新的人機互動方式將出現。
* 高度智慧型化的網路：4G的網路系統是一個高度自治、自適應的網路，它具有良好的重構性、可伸縮性、自組織性等，用以滿足不同環境、不同用戶的通信需求。
* 獨立的軟體平台。
同時，技術的發展和市場的需求，將加快並實現目前的計算機網、電信網、廣播電視網和衛星通信網等網路融為一體，寬頻IP技術和光網路將成為多網融合的支撐和結合點。
數位化數據交易點(digital market-place)是4G行動網路的一個重要技術。它用於預處理各個不同網路平台之間的呼叫。在網路平台之間的特定協定條件下，幫助業務供應者提供高質量、低費用的業務套用。例如，兩個網路平台之間傳送電視數據信息，首先經由數位化數據交易所處理。在數位化數據交易所里，這個電視數據信息將被分離成視頻信號和音頻信號，經由不同信道傳送。音頻信號將由覆蓋廣泛的網路傳送，視頻信號將由只能處理、接收視頻信號的網路傳送，從而達到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。未來的全球網際網路系統和骨幹網系統，將以結合寬頻IP技術和光纖網技術為主。4G行動網路的蜂窩按功率大小被細分為macro BS、micro BS和pico BS三類。
目前，Bell公司已經研製出一種新型光網路。它是利用大氣雷射傳輸原理的一種“無光纖”的光網系統。該系統主要由雷射器、光放大器和光接收器組成，通過發射一種特殊的“擴展光束”(expanded beam)傳送光信號，並採用DWDM技術，支持10Gb/s速率的波長，傳輸距離大於5km，具有良好的信號安全和穩定性。諸如此類的先進的光網路和光技術層出不窮。可以預見，在未來的4G移動通信網路中，光網路將大放異彩，起著舉足輕重的作用。
