新媒體 第四代移動網(wǎng)絡(luò)研究.doc

關(guān)于第四代移動網(wǎng)絡(luò)的調(diào)研報告信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院微電子 塔娜 0810358目錄 摘要 關(guān)鍵字.1正文 （1）4G的概念及簡析.2（2）4G網(wǎng)絡(luò)建成原理分析.3（3）4G暫時不可替代3G的理由.9（4）4G未來的發(fā)展趨勢.11參考文獻(xiàn).13摘要：本文主要從以下幾個方面進(jìn)行了論述：(1)4G誕生的背景(2)何為4G以及4G的架構(gòu)原理(3)4G與3G相比的優(yōu)勢及3G短期內(nèi)的不可替代性(4)4G未來的發(fā)展前景關(guān)鍵字：4G 高速 寬帶 定位 切換 IP協(xié)議導(dǎo)讀 3G尚未全面普及，4G實驗網(wǎng)卻已建成，這是否意味著3G形同雞肋，會使國家投入了巨大財力物力的3G陷入一個尷尬的局面？ 2006年7月8日，中央電視臺在新聞聯(lián)播中報道，當(dāng)普通百姓還在憧憬第3代手機(jī)(3G)的時候，我國的863計劃已經(jīng)瞄準(zhǔn)世界高新技術(shù)的最前沿，著手開發(fā)目前世界上規(guī)模最大的第4代移動通信(4G)網(wǎng)絡(luò)。 而在此之前的4月8日，重慶郵電大學(xué)與新加坡南洋理工大學(xué)簽訂協(xié)議，雙方投資372萬新元（合人民幣1860萬元）成立第4代移動通信聯(lián)合研究中心，進(jìn)行第4代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究和設(shè)備開發(fā)。 據(jù)了解，目前在全球市場上，4G的研發(fā)也正進(jìn)行得如火如荼。2001年8月，以歐美5大通信設(shè)備制造商（法國阿爾卡特、瑞典愛立信、美國摩托羅拉、芬蘭諾基亞、德國西門子）為中心成立了無線世界研究論壇（WWRF），該論壇作為全球范圍內(nèi)探討、研究4G標(biāo)準(zhǔn)的一個非營利組織，正在積極地推進(jìn)4G標(biāo)準(zhǔn)的制定以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。 究竟何為4G？ 4G，是指第4代移動通信系統(tǒng)，是在第2代（2G）、第3代（3G）移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新一代、引領(lǐng)未來的移動通信技術(shù)系統(tǒng)。它將在通信速度、帶寬，在通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的交融覆蓋、無縫銜接、拓展應(yīng)用等多個方面都將有重大的突破，是真正意義上的寬帶無線移動通信，是真正的“信息高速公路”。人們形象把它比喻為高速、寬帶的移動通信系統(tǒng)與現(xiàn)代高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的疊加。重慶郵電大學(xué)聶能校長向記者介紹說：“它將給社會、生活、經(jīng)濟(jì)等各個方面帶來革命性的變化。” 2006年7月7日，國家863計劃未來移動通信總體組組長尤肖虎透露，目前建成的第4代移動通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的移動通信技術(shù)相比，4G的傳輸速度可提高1000倍。因此，在未來，手機(jī)不再是傳統(tǒng)功能上打電話的工具，而是可以變成掌上的小電腦，以及實現(xiàn)無線高速上網(wǎng)、看電視等各種多媒體服務(wù)。 在各方努力下，現(xiàn)在我國在4G方面的研究已經(jīng)取得了成績。尤肖虎向記者表示，目前，我國在第4代移動通信技術(shù)上已經(jīng)處于世界前沿，在國內(nèi)外申請移動通信技術(shù)發(fā)明專利達(dá)到100余項，在試驗網(wǎng)絡(luò)中采用的分布式無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)都是自主研發(fā)的。如今，我國的第4代移動通信技術(shù)已經(jīng)與世界同步。關(guān)于4G網(wǎng)絡(luò)的建成原理網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 在第四代移動通信系統(tǒng)中，為了滿足不同用戶對不同業(yè)務(wù)的需求，將各種針對不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)通過多媒體接入系統(tǒng)連接到基于IP的核心網(wǎng)中，形成一個公共的、靈活的、可擴(kuò)展的平臺，基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使得用戶在2G、3G、4G、WLAN、固定網(wǎng)之間無縫漫游可以實現(xiàn)。我們可將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分為三層 2.4G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分層 第四代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以由下而上分為：物理層、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層、應(yīng)用層等3層。物理層提供接入和選路功能，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層作為橋接層提供QoS映射、地址轉(zhuǎn)換、即插即用、安全管理、有源網(wǎng)絡(luò)。物理層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層提供開放式IP接口。應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)執(zhí)行技術(shù)層之間也是開放式接口，用于第三方開發(fā)和提供新業(yè)務(wù)。 結(jié)合移動通信市場發(fā)展和用戶需求，4G移動網(wǎng)絡(luò)的根本任務(wù)是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)(平臺)之間或者多個無線接口之間，建立其最有效的通信路徑，并對其進(jìn)行實時的定位和跟蹤。在移動通信過程中，移動網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無縫連接能力，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率。4G移動網(wǎng)絡(luò)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個無線接口，由多個業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者提供多媒體業(yè)務(wù)。 同時，技術(shù)的發(fā)展和市場的需求，將加快并實現(xiàn)目前的計算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)融為一體，寬帶IP技術(shù)和光網(wǎng)絡(luò)將成為多網(wǎng)融合的支撐和結(jié)合點(diǎn)。數(shù)字化數(shù)據(jù)交易點(diǎn)是4G移動網(wǎng)絡(luò)的一個重要技術(shù)。它用于預(yù)處理各個不同網(wǎng)絡(luò)平臺之間的呼叫。在網(wǎng)絡(luò)平臺之間的特定協(xié)議條件下，幫助業(yè)務(wù)供應(yīng)者提供高質(zhì)量、低費(fèi)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用。例如，兩個網(wǎng)絡(luò)平臺之間傳送電視數(shù)據(jù)信息，首先經(jīng)由數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所處理。在數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所里，這個電視數(shù)據(jù)信息將被分離成視頻信號和音頻信號，經(jīng)由不同信道傳送。音頻信號將由覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳送，視頻信號將由只能處理、接收視頻信號的網(wǎng)絡(luò)傳送，從而達(dá)到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。未來的全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和骨干網(wǎng)系統(tǒng)，將以結(jié)合寬帶IP技術(shù)和光纖網(wǎng)技術(shù)為主。 3.4G移動通信的接入系統(tǒng) 4G移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是，智能化多模式終端基于公共平臺，通過各種接入技術(shù)，在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(平臺)之間實現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。在4G移動通信中，各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個公共平臺，相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，來滿足不同用戶的通信需求。當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶，給出最優(yōu)化路由，以達(dá)到最佳通信效果。目前，4G移動通信的主要接入技術(shù)有：無線蜂窩移動通信系統(tǒng)(例如2G、3G)、無繩系統(tǒng)(如DECT)、短距離連接系統(tǒng)(如藍(lán)牙)、WLAN系統(tǒng)、固定無線接入系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、平流層通信(STS)、廣播電視接入系統(tǒng)(如DAB、DVB-T、CATV)。隨著技術(shù)發(fā)展和市場需求變化，新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。 網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)在整個移動網(wǎng)絡(luò)中處于十分重要的位置。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個方面進(jìn)行技術(shù)革新和突破： (1)為最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源，在接入系統(tǒng)的物理層，優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和信號傳輸技術(shù)，提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并在頻譜共享和新型天線方面做進(jìn)一步研究。 (2)為提高網(wǎng)絡(luò)性能，在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化和自動重構(gòu)技術(shù)，動態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。 (3)提高和擴(kuò)展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；加強(qiáng)軟件無線電技術(shù)；優(yōu)化無線電傳輸技術(shù)，如支持實時和非實時業(yè)務(wù)、無縫連接和網(wǎng)絡(luò)安全。 4.4G移動通信的軟件系統(tǒng) 4G移動通信的軟件系統(tǒng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜化、智能化。軟件系統(tǒng)的首要任務(wù)是，創(chuàng)建一個公共的軟件平臺，使不同通信系統(tǒng)和終端的應(yīng)用軟件，通過此平臺“互聯(lián)互通”；并且，通過此軟件平臺，實現(xiàn)對不同通信系統(tǒng)和終端的管理和監(jiān)控。因此，建立一個統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)協(xié)議，是4G移動通信軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵。 軟件系統(tǒng)將逐步采用Web服務(wù)模式，以代替現(xiàn)行的客戶/服務(wù)器模式。新的計算機(jī)語言如XML，將用于未來的這種基于Web的分布式服務(wù)。另一方面，軟件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上做進(jìn)一步研究，以保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作、數(shù)據(jù)完整和其他特殊需要。 關(guān)鍵技術(shù) 1調(diào)制技術(shù)與信號傳輸 在高頻段高速移動傳輸會產(chǎn)生嚴(yán)重的頻率選擇性衰落，實現(xiàn)調(diào)制/解調(diào)的魯棒性可以克服這種頻率選擇性衰落，并且新的調(diào)制技術(shù)如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載波帶自適應(yīng)均衡技術(shù)都將提供很高的頻譜效率。另外，電池功率的限制也必須突破。4G系統(tǒng)將采用這些調(diào)制方式以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。此外，高性能正向糾錯(FEC)編碼，如Turbo編碼技術(shù)、自動重發(fā)請求(ARQ)和分集接收技術(shù)也是建立高速大容量網(wǎng)絡(luò)的重要因素。 若從技術(shù)層面來看，第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而第四代移動通信系統(tǒng)技術(shù)則以O(shè)FDM最受矚目。 2軟件無線電 在4G移動通信系統(tǒng)中，移動終端將會變得非常繁雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術(shù)，實現(xiàn)移動終端的多?；?。可以在不同的系統(tǒng)中工作。軟件無線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號的數(shù)字化過程盡可能地接近天線，即將A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近RE前端，利用DSP進(jìn)行信道分離、調(diào)制解調(diào)和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個無線電通信平臺，在平臺上運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)，以實現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無線通信。因此，應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，一個移動終端，就可以實現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺之間，暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術(shù)有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。 3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議 4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括了適用于IP分組傳輸?shù)目罩薪涌凇⑽恢眉拇?、基站網(wǎng)絡(luò)配置、無線QoS控制、網(wǎng)絡(luò)配置和集成式3G WLAN無縫業(yè)務(wù)控制等功能模塊。為了解決城區(qū)密集業(yè)務(wù)，頻率復(fù)用是關(guān)鍵，而且用微蜂窩實現(xiàn)無縫覆蓋要比熱點(diǎn)覆蓋策略好，因為前者可以避免地理位置上的業(yè)務(wù)集中。 在處理多媒體業(yè)務(wù)時，智能無線資源管理是關(guān)鍵技術(shù)，無線系統(tǒng)資源(頻率和發(fā)射功率)是有限的且易受阻塞的困擾，因此，有必要采用無線QoS資源控制，以保證業(yè)務(wù)質(zhì)量和支持各種級別的應(yīng)用。由4G系統(tǒng)支持的應(yīng)用業(yè)務(wù)將依據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)進(jìn)行分類(如分為實時和非實時)，無線QoS資源控制方式要既能支持實時性應(yīng)用，也能支持非實時性應(yīng)用。無線資源管理者首先檢查可用資源、前/后向鏈路質(zhì)量、應(yīng)用類別以及QoS業(yè)務(wù)用戶級別，然后再指配適當(dāng)?shù)那?后向鏈路速率和發(fā)射功率。4G系統(tǒng)中基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以處理IP包，方便地提供全向功能，關(guān)鍵是選路/切換和鑒權(quán)策略。 4定位技術(shù) 定位是指移動終端位置的測量方法和計算方法。它主要分為基于移動終端定位、基于移動網(wǎng)絡(luò)定位以及混合定位三種方式。在4G移動通信系統(tǒng)中，移動終端可能在不同系統(tǒng)(平臺)間進(jìn)行移動通信。因此，對移動終端的定位和跟蹤，是實現(xiàn)移動終端在不同系統(tǒng)(平臺)間無縫連接和系統(tǒng)中高速率和高質(zhì)量的移動通信的前提和保障。 5切換技術(shù) 切換技術(shù)適用于移動終端在不同移動小區(qū)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(shù)是未來移動終端在眾多通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立可靠移動通信的基礎(chǔ)和重要技術(shù)。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統(tǒng)中，切換技術(shù)的適用范圍更為廣泛，并朝著軟切換和硬切換相結(jié)合的方向發(fā)展。 小結(jié) 第四代移動通信的具體實現(xiàn)在現(xiàn)在看來還面臨著許多難題，但隨著技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在看來困難的事情可能因為某一關(guān)鍵技術(shù)的突破而實現(xiàn)。所以，現(xiàn)在對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可行性、靈活性的研究，對這些體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)的研究將對4G的盡快實現(xiàn)有十分重要的意義。具有高數(shù)據(jù)率、高頻譜利用率、低發(fā)射功率、靈活業(yè)務(wù)支撐能力的第四代移動通信系統(tǒng)，必將是通往未來無線與移動通信系統(tǒng)的必然方向。短期內(nèi)4G不可能代替3G 國內(nèi)目前對4G的研發(fā)，是否就意味著現(xiàn)在還未走上商用的3G已經(jīng)過時？ 答案是否定的！ 目前，國際上有關(guān)第4代移動通信的研究還處于初期階段，其基本需求、核心技術(shù)還處于萌芽階段。但較為明確的一點(diǎn)是，按照移動通信技術(shù)每10年產(chǎn)生一代新體制的發(fā)展規(guī)律，第4代移動通信的試用期應(yīng)該是在2010年開始。事實上，第3代移動通信研究的起步開始于90年代初期，經(jīng)過近10年的努力，才形成現(xiàn)在的第3代移動通信體制標(biāo)準(zhǔn)。 如同3G與2G之間的關(guān)系一樣，4G系統(tǒng)也不可能在一夜之間取代3G系統(tǒng)，更不可能跨越3G系統(tǒng)而直接投入應(yīng)用。據(jù)了解，制定一個全世界統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)需要耗費(fèi)57年時間，而現(xiàn)有的2G系統(tǒng)在未來的57年內(nèi)是無法滿足日益增長的通信需求的。從這個角度來說，3G系統(tǒng)是不可替代的。 從另一方面來說，并不能因為4G系統(tǒng)的試用期定于2010年，而否定現(xiàn)在國內(nèi)外有關(guān)4G研究工作的意義。事實上，移動通信技術(shù)的競爭，愈來愈歸結(jié)為核心技術(shù)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的競爭。若無法在新一代移動通信技術(shù)產(chǎn)生的初期加入競爭行列，就無法在未來的競爭中取得戰(zhàn)略性的主動地位，并以此獲得未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須的核心技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)。這也是日本、韓國以及歐洲國家不遺余力，積極開展4G研究的根本原因。 尤肖虎介紹，我國4G的立項早在2000年初就已開始醞釀。2001年11月立項申請被批準(zhǔn)后，隨后國家成立了由尤肖虎負(fù)責(zé)、由863計劃通信技術(shù)主題專家組領(lǐng)導(dǎo)的總體組，并于2001年年底和2006年6月發(fā)布了2次課題指南，成立了一系列課題組，開始了計劃的啟動。 4G在短期內(nèi)不可能代替3G，還有一個重要的原因，是3G現(xiàn)在的商用前景并不明朗。此前，全球許多電信運(yùn)營商巨資購買3G牌照并開始網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，而背上了沉重包袱。比如法國電信的債務(wù)增至600億歐元，德國電信負(fù)債700億歐元，英國電信的債務(wù)也達(dá)470億英鎊。眾多電信公司出現(xiàn)了經(jīng)營虧損、股價暴跌、大量裁員等問題，一些支撐不住的公司紛紛倒閉，僅美國就有13家大電信運(yùn)營公司倒閉。在這些問題的困擾下，電信運(yùn)營商于是一方面推遲部署3G；另一方面加強(qiáng)了4G技術(shù)的研究，而不是商用。 信產(chǎn)部電信研究院交流中心主任陳育平認(rèn)為，雖然現(xiàn)在全球研發(fā)4G的熱潮很高，但目前尚未看到有哪家運(yùn)營商和國家直接越過3G發(fā)展4G。應(yīng)當(dāng)是先有3G的應(yīng)用，才會有4的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定。不過，陳育平同時指出，如果不盡快啟動3G市場，則有可能出現(xiàn)新的替代技術(shù)擠占3G的市場空間，如目前市場上出現(xiàn)的WLAN業(yè)務(wù)、無線市話業(yè)務(wù)以及寬帶無線接入技術(shù)，就有可能因可以提供局部地區(qū)低廉的寬帶無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)而擠占3G市場空間。 而且通信行業(yè)的發(fā)展規(guī)律是2代新舊技術(shù)的交替，需要10年左右的時間，2G與2.5G的共存就是如此，2G與2.5G完全過渡到3G需要10年左右。也就是說，3G與4G也很可能將在市場上共存一段時間，但3G應(yīng)用在前，然后才是4G。 不可避免的趨勢 雖然世界正在采用3G網(wǎng)絡(luò)，但現(xiàn)在人們的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向了下一代技術(shù)：被稱為4G的技術(shù)。 隨著3G的失敗，4G不可避免地進(jìn)入運(yùn)營商的眼簾。4G技術(shù)的提倡者認(rèn)為，與3G不同，4G的商業(yè)模式是合理的。首先，4G的價格和固線寬帶差不多，而且4G首先強(qiáng)調(diào)的是速度，其次才是移動性，它首先可能在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個地區(qū)。 現(xiàn)在，一些運(yùn)營商已經(jīng)在向這個方向努力了。目前，日本NTT DoCoMo公司已經(jīng)表示，4G通信的試驗網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)部署在公司的橫須賀研發(fā)園內(nèi)，該網(wǎng)絡(luò)集結(jié)了試驗基站和移動終端。據(jù)NTT DoCoMo公司透露，4G通信服務(wù)將于2010年推出，網(wǎng)絡(luò)的下載速度可以達(dá)到100Mbps，上載速度為20Mbps。 而愛立信已開始著手研制第4代移動通信系統(tǒng)，預(yù)計將在2011年正式投入運(yùn)營，2012年奧運(yùn)會就可應(yīng)用。愛立信研究出的“4G眼鏡”2011年也將進(jìn)入市場。愛立信計劃在目前所有通信網(wǎng)絡(luò)都以IP技術(shù)為基礎(chǔ)時，開始建設(shè)第2階段的第3代移動通信網(wǎng)，第3代移動網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)連接速度最高可達(dá)每秒2兆，比目前快200倍。而第4代技術(shù)的傳輸速度最高可達(dá)每秒100兆。 現(xiàn)在，愛立信已經(jīng)與美國加利福尼亞大學(xué)合作開發(fā)4G技術(shù)，