無線終端新技術(shù)——4G無線通信

1、參考文獻班 級 學(xué) 號 電磁場與電磁波大作業(yè) 題 目 無線終端新技術(shù)4G無線通信 學(xué) 院 電子工程學(xué)院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 老師姓名 19目錄第一章 4G通信發(fā)展31.1 4G通信的發(fā)展背景31.2 4G通信的概念41.3 4G通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5第二章 4G通信的關(guān)鍵技術(shù)62.1 OFDM技術(shù)62.2智能天線技術(shù)72.3無線鏈路增強技術(shù)72.4軟件無線電（S D R）技術(shù)82.5多用戶檢測技術(shù)9第三章4G通信的優(yōu)勢與劣勢103.1 4G的主要優(yōu)勢103.2 4G通信存在的缺陷12第四章 4G通信的現(xiàn)狀和發(fā)展前景154.1 4G通信的發(fā)展現(xiàn)狀154.2 4G通信的發(fā)展前景17參考文獻194G無線第一

2、章 4G通信發(fā)展1.1 4G通信的發(fā)展背景通信技術(shù)日新月異，給人們帶來不少享受。隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動數(shù)據(jù)、移動計算及移動多媒體運作需要的第四代移動通信開始興起，因此有理由期待這種第四代移動通信技術(shù)給人們帶來更加美好的未來。 所有技術(shù)的發(fā)展都不可能在一夜之間實現(xiàn)，從GSM、GPRS到第4代，需要不斷演進，而且這些技術(shù)可以同時存在。人們都知道最早的移動通信電話用的模擬蜂窩通信技術(shù)，這種技術(shù)只能提供區(qū)域性語音業(yè)務(wù)，而且通話效果差、保密性能也不好，用戶的接聽范圍也是很有限。隨著移動電話迅猛發(fā)展，用戶增長迅速，傳統(tǒng)的通信模式已經(jīng)不能滿足人們通信的需求，在這種情況下就出現(xiàn)了GSM通

3、信技術(shù)，該技術(shù)用的是窄帶TDMA，允許在一個射頻(即蜂窩)同時進行8組通話。它是根據(jù)歐洲標準而確定的頻率范圍在9001800MHz之間的數(shù)字移動電話系統(tǒng)，頻率為1800MHz的系統(tǒng)也被美國采納。GSM是1991年開始投入使用的。到1997年底，已經(jīng)在100多個國家運營，成為歐洲和亞洲實際上的標準。GSM數(shù)字網(wǎng)也具有較強的保密性和抗干擾性，音質(zhì)清晰，通話穩(wěn)定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開放，功能強大等優(yōu)點。不過它能提供的數(shù)據(jù)傳輸率僅為9.6kbit/s，和五、六年前用固定電話撥號上網(wǎng)的速度相當(dāng)，而當(dāng)時的Internet幾乎只提供純文本的信息。而時下正流行的數(shù)字移動通信手機是第二代（2G

4、），一般采用GSM或CDMA技術(shù)。針對GSM通信出現(xiàn)的缺陷，人們在2000年又推出了一種新的通信技術(shù)GPRS，該技術(shù)是在GSM的基礎(chǔ)上的一種過渡技術(shù)。GPRS的推出標志著人們在GSM的發(fā)展史上邁出了意義最重大的一步，GPRS在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。 在這之后，通信運營商們又要推出EDGE技術(shù)，這種通信技術(shù)是一種介于現(xiàn)有的第二代移動網(wǎng)絡(luò)與第三代移動網(wǎng)絡(luò)之間的過渡技術(shù)，因此也有人稱它為“二代半”技術(shù)，它有效提高了GPRS信道編碼效率的高速移動數(shù)據(jù)標準，它允許高達384KbPs的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以充分滿足未來無線多媒體應(yīng)用的帶寬需求

5、。EDGE提供了一個從GPRS到第三代移動通信的過渡性方案，從而使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)運營商可以最大限度地利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在第三代移動網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化之前提前為用戶提供個人多媒體通信業(yè)務(wù)。 在新興通信技術(shù)的不斷推動之下，象征著3G通信的標志技術(shù)WCDMA也可能成為未來通信技術(shù)的主流。該技術(shù)能為用戶帶來了最高2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，在這樣的條件下，計算機中應(yīng)用的任何媒體都能通過無線網(wǎng)絡(luò)輕松的傳遞。WCDMA通過有效的利用寬頻帶，不僅能順暢的處理聲音、圖像數(shù)據(jù)、與互聯(lián)網(wǎng)快速連接；此外WCDMA和MPEG-4技術(shù)結(jié)合起來還可以處理真實的動態(tài)圖像。人們之間溝通的瓶頸會由網(wǎng)絡(luò)傳輸速率轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N新型應(yīng)用的提

6、供：如何讓無線網(wǎng)絡(luò)更好的為人們服務(wù)而不是給人們帶來騷擾，如何讓每個人都能從信息的海洋中快速的得到自己需要的信息，如何能夠方便的攜帶、使用各種終端設(shè)備，各種終端設(shè)備之間如何更好的自動協(xié)同工作等等。在上述通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上，無線通信技術(shù)最終可能邁向4G通信技術(shù)時代。 1.2 4G通信的概念4G的定義到目前為止依然有待明確，它的技術(shù)參數(shù)、國際標準、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、乃至業(yè)務(wù)內(nèi)容均未有明確說法。在2002年底Wi-Fi熱潮中，Wi-Fi被視作4G技術(shù)。但4G技術(shù)的提倡者認為，4G與 Wi-Fi不同。2004年6月，市場研究公司Forrester的分析師預(yù)測，4G移動服務(wù)將是3G與WiMax結(jié)合在一起的技術(shù)。4

7、G將提供以太網(wǎng)的接入速度（如10Mb/s）,并且通過在一部手機中把3G和WiMax技術(shù)結(jié)合在一起,提供集成無線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的服務(wù)。WiMax（或者說是802.16標準）能夠提供無線寬帶網(wǎng)服務(wù)，最遠距離可達30英里，速率大約是10 Mb/s。在2004年富士通發(fā)布的白皮書中，將WiMAX指為“4G”無線技術(shù)。另外，也有很多專家對LAS-CDMA十分看好，認為LAS-CDMA代表著4G水平。4G到底是什么樣的技術(shù)呢？目前普遍描述如下：4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mb/s的速率下載，比目前的撥號上網(wǎng)快2000倍

8、，上傳的速度也能達到20Mb/s，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下，而且計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。4G與3G之間的主要區(qū)別在于終端設(shè)備的類型、網(wǎng)絡(luò)拓撲的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)類型。終端設(shè)備除了手機之外應(yīng)當(dāng)包括頭戴式話機、PDA終端、膝上機、手表式話機、電視機、游戲機、DVD、零售機，甚至寵物機等等，凡是人所能構(gòu)想的和能夠識別IP地址的無線電收發(fā)信機。其次，4G是由多種

9、技術(shù)組成的，包括彼此似乎不相干的技術(shù)，如Wi-Fi、超寬帶無線電、便攜式電腦、軟件無線電等技術(shù)構(gòu)成的高速全球通網(wǎng)絡(luò)。與3G手機相比，4G手機的功能更強大，應(yīng)用更廣泛。4G手機智能化程度更高，通話只是最最基本的功能之一，更多的功能體現(xiàn)在多媒體應(yīng)用方面。為了充分利用4G通信給人們帶來的先進服務(wù)，人們還必須借助各種各樣的4G終端才能實現(xiàn)，而不少通信營運商正是看到了未來通信的巨大市場潛力，他們已經(jīng)開始把眼光瞄準到生產(chǎn)4G通信終端產(chǎn)品上，例如生產(chǎn)具有高速分組通信功能的小型終端、生產(chǎn)對應(yīng)配備攝像機的可視電話以及電影電視的影像發(fā)送服務(wù)的終端，或者是生產(chǎn)與計算機相匹配的卡式數(shù)據(jù)通信專用終端。有了這些通信終端后

10、，人們手機用戶就可以隨心所欲的漫游了，隨時隨地的享受高質(zhì)量的通信了。1.3 4G通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個無線標準及多模終端能力，跨越多個運營者和服務(wù)，提供大范圍服務(wù)。第二章 4G通信的關(guān)鍵技術(shù)4G的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術(shù)、調(diào)制和信息傳

11、輸技術(shù)；高性能、小型化和低成本的自適應(yīng)陣列智能天線；大容量、低成本的無線接口和光接口；系統(tǒng)管理資源；軟件無線電、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議等。它主要是以正交頻分復(fù)用為技術(shù)核心。通過對最適合的可用網(wǎng)絡(luò)提供用戶所需求的最佳服務(wù)，能應(yīng)付基于因特網(wǎng)通信所期望的增長，增添新的頻段，使頻譜資源大擴展，提供不同類型的通信接口，運用路由技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以傅利葉變換來發(fā)展硬件架構(gòu)實現(xiàn)第四代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。2.1 OFDM技術(shù) 隨著數(shù)據(jù)速率的不斷提高，高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能不僅僅受噪聲限制，更主要的影響來自于無線信道時延擴展特性導(dǎo)致的碼間干擾。這種碼間干擾主要是由于發(fā)射機和接收機之間存在多條時延不同無線傳播路徑造成的。多徑效應(yīng)造

12、成接收機受到的信號是多個時延、幅度和相位各不相同的發(fā)送信號的疊加，從而導(dǎo)致錯誤發(fā)生。為了實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，必須采取措施對抗碼間干擾，信道均衡是經(jīng)典的抗碼間干擾技術(shù)，但是如果數(shù)據(jù)速率非常高，采用單載波傳輸數(shù)據(jù)，往往要設(shè)計幾十甚至上百個抽頭的均衡器，這簡直是硬件設(shè)計的噩夢。既要對抗碼間干擾，又要采用低復(fù)雜度且高效的手段傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，我們選擇了一種關(guān)鍵技術(shù)正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。OFDM系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。圖2.1 OFDM系統(tǒng)框圖OFDM系統(tǒng)屬于多載波調(diào)制，是通過多路并行來傳輸信息的。其主要思想是將需要傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流分解為若干個低速率的并行子數(shù)據(jù)流，使得OFDM符號周期顯著增加，在

13、將它們各自調(diào)制到相互正交的子載波上，通過對參數(shù)的合理的設(shè)計，使系統(tǒng)的每一個子載波處于平坦衰落中，從而增強了抗頻率選擇性衰落，最后合成輸出，并且輸出的數(shù)據(jù)速率與串行數(shù)據(jù)流分解前的速率相同，從而降低了接收機均衡器的復(fù)雜度。OFDM的正交調(diào)制和解調(diào)單元可以采用IDFT和DFT方法來實現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)中的子載波數(shù)目很大時，可以采用FFT來實現(xiàn)。2.2智能天線技術(shù)智能天線采用了空時多址（SDMA）的技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分，動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域，將主波束對準用戶方向，旁瓣或零陷對準干擾信號方向，并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化，為每個用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下

14、行鏈路信號從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。這種技術(shù)具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束等功能，被認為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。目前，智能天線的工作方式主要有全自適應(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可以達到最優(yōu)，但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)量、計算量大、信道模型簡單、收斂速度較慢，在某些情況下甚至出現(xiàn)錯誤收斂等缺點，實際信道條件下，當(dāng)干擾較多、多徑嚴重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進行實際跟蹤。在基于預(yù)多波束的切換波束工作方式下，全空域被一些預(yù)先計算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對應(yīng)的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊，接收時

15、的主要任務(wù)是挑選一個作為工作模式，與自適應(yīng)方式相比它顯然更容易實現(xiàn)，是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。2.3無線鏈路增強技術(shù)可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強技術(shù)有：分集技術(shù)，如通過空間分集、時間分集(信道編碼)、頻率分集和極化分集等方法來獲得最好的分集性能；多天線技術(shù)，如采用2或4天線來實現(xiàn)發(fā)射分集，或采用多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)射和接收分集。MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術(shù)，它采用的是分立式多天線，能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。信息論已經(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰

16、落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO 技術(shù)是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。2.4軟件無線電（S D R）技術(shù)在4G系統(tǒng)中，若要實現(xiàn)“任何人在任何地點以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的理想通信方式，則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并可以在不同類型的業(yè)務(wù)之間進行轉(zhuǎn)換。這就意味著在4G 系統(tǒng)中，軟件將會變得非常復(fù)雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術(shù)，軟件無線電是近幾年隨著微電子技術(shù)的進步而迅速發(fā)展起來的新技術(shù)，它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支持。軟件無線電結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.

17、4所示。圖2.4 軟件無線電結(jié)構(gòu)簡圖軟件無線電概念一經(jīng)提出，就受到各方的極大關(guān)注，這不僅是因為軟件無線電概念新技術(shù)先進、發(fā)展?jié)摿Υ?，更為重要的是它潛在的市場價值也是極具吸引力的。軟件無線電強調(diào)以開放性最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可升級、可重配置的不同應(yīng)用軟件來實現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計新思路。其中心思想是：構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等各種功能用軟件來完成，并使寬帶A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。在4G眾多關(guān)鍵技術(shù)中，軟件無線電技術(shù)是通向未來4G的橋梁。由于各

18、種技術(shù)的交迭有利于減少開發(fā)風(fēng)險，所以未來4G技術(shù)需要適應(yīng)不同種類的產(chǎn)品要求，而軟件無線電技術(shù)則是適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的基礎(chǔ)，它不僅能減少開發(fā)風(fēng)險，還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而降低了運算器件的價格，其開放的結(jié)構(gòu)也會允許多方運營的介入。2.5多用戶檢測技術(shù)4G系統(tǒng)的終端和基站將用到多用戶檢測技術(shù)以提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測技術(shù)的基本思想是：把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當(dāng)作有用信號，而不是作為噪聲處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進行處理，從而達到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢

19、測。它在傳統(tǒng)的檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號進行檢測，從而具有良好的抗干擾和抗遠近效應(yīng)性能，降低了系統(tǒng)對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。 現(xiàn)有的多用戶檢測算法在計算復(fù)雜度與處理時延問題上存在不足，且算法中一些參數(shù)(頻率、幅度、定時、相位等)估計有誤時， 會使得相關(guān)矩陣產(chǎn)生較大偏差，導(dǎo)致整個系統(tǒng)性能急劇下降。另一方面， 當(dāng)前的MUD算法只考慮了同小區(qū)內(nèi)的干擾，而沒有考慮相鄰小區(qū)間的同頻率用戶干擾。一般的多用戶檢測研究都假設(shè)用戶數(shù)據(jù)是獨立等概率的，沒有考慮信道編碼的影響，現(xiàn)在組合信道編碼和多用戶檢測的研究受到越來越多的重視。另外，目

20、前的研究方向還包括多速率多用戶檢測和多用戶檢測與空時二維信號處理、多載波調(diào)制、功率控制等技術(shù)的結(jié)合。第三章4G通信的優(yōu)勢與劣勢3.1 4G的主要優(yōu)勢如果說2G、3G通信對于人類信息化的發(fā)展是微不足道的話，那么未來的4G通信卻給了人們真正的溝通自由，并徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞缴踔辽鐣螒B(tài)。2009年在構(gòu)思中的4G通信具有下面的特征： （1）通信速度更快由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet的速率，因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。從移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式僅提供語音服務(wù)；第二代數(shù)位式移動通信系統(tǒng)傳輸速率

21、也只有9.6Kbps，最高可達32Kbps，如PHS；而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達到2Mbps；專家則預(yù)估，第四代移動通信系統(tǒng)可以達到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以達到每秒高達100Mbps速度傳輸無線信息，這種速度會相當(dāng)于2009年最新手機的傳輸速度的1萬倍左右。 （2）網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬要想使4G通信達到100Mbps的傳輸，通信營運商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。據(jù)研究4G通信的AT&T的執(zhí)行官們說，估計每個4G信道會占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA 3G網(wǎng)路的20倍。 （3

22、）通信更加靈活從嚴格意義上說，4G手機的功能，已不能簡單劃歸“電話機”的范疇，畢竟語音資料的傳輸只是4G移動電話的功能之一而已，因此未來4G手機更應(yīng)該算得上是一只小型電腦了，而且4G手機從外觀和式樣上，會有更驚人的突破，人們可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個性為前提，任何一件能看到的物品都有可能成為4G終端，只是人們還不知應(yīng)該怎么稱呼它。未來的4G通信使人們不僅可以隨時隨地通信，更可以雙向下載傳遞資料、圖畫、影像，當(dāng)然更可以和從未謀面的陌生人網(wǎng)上聯(lián)線對打游戲。也許有被網(wǎng)上定位系統(tǒng)永遠鎖定無處遁形的苦惱，但是與它據(jù)此提供的地圖帶來的便利和安全相比，這簡直可以忽略不計。 （4）智

23、能性能更高第四代移動通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)于4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計和操作具有智能化，例如對菜單和滾動操作的依賴程度會大大降低，更重要的4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如4G手機能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他設(shè)定的因素來適時地提醒手機的主人此時該做什么事，或者不該做什么事，4G手機可以把電影院票房資料，直接下載到PDA之上，這些資料能夠把售票情況、座位情況顯示得清清楚楚，大家可以根據(jù)這些信息來進行在線購買自己滿意的電影票；4G手機可以被看作是一臺手提電視，用來看體育比賽之類的各種現(xiàn)場直播。 （5）兼容性能更平滑要使4G通信盡快地被人們接受，不但考慮的它的功能強大外，還應(yīng)該考慮到現(xiàn)有通信的基

24、礎(chǔ)，以便讓更多的現(xiàn)有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過渡到4G通信。因此，從這個角度來看，未來的第四代移動通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游，接口開放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過渡等特點。 （6）提供各種增值服務(wù)4G通信并不是從3G通信的基礎(chǔ)上經(jīng)過簡單的升級而演變過來的，它們的核心建設(shè)技術(shù)根本就是不同的，3G移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交多任務(wù)分頻技術(shù)(OFDM)最受矚目，利用這種技術(shù)人們可以實現(xiàn)例如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增殖服務(wù)；不過考慮到與3G通信的過渡性，第四代移動通信系統(tǒng)不會在未來僅僅只采

25、用OFDM一種技術(shù)，CDMA技術(shù)會在第四代移動通信系統(tǒng)中，與OFDM技術(shù)相互配合以便發(fā)揮出更大的作用，甚至未來的第四代移動通信系統(tǒng)也會有新的整合技術(shù)如OFDM/CDMA產(chǎn)生，前文所提到的數(shù)字音訊廣播，其實它真正運用的技術(shù)是OFDM/FDMA的整合技術(shù)，同樣是利用兩種技術(shù)的結(jié)合。因此未來以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動通信系統(tǒng)，也會結(jié)合兩項技術(shù)的優(yōu)點，一部分會是以CDMA的延伸技術(shù)。 （7）實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信盡管第三代移動通信系統(tǒng)也能實現(xiàn)各種多媒體通信，但未來的4G通信能滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋范圍、通信質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要，第四代移動通信系統(tǒng)提

26、供的無線多媒體通信服務(wù)包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此未來的第四代移動通信系統(tǒng)也稱為“多媒體移動通信”。第四代移動通信不僅僅是為了因應(yīng)用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應(yīng)多媒體的傳輸需求，當(dāng)然還包括通信品質(zhì)的要求?？偨Y(jié)來說，首先必須可以容納市場龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)不良，以及達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?（8）頻率使用效率更高相比第三代移動通信技術(shù)來說，第四代移動通信技術(shù)在開發(fā)研制過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術(shù)，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進一步提高無線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級技術(shù)，這種技術(shù)能同時涵蓋不同類型的通信接口，也就是說第四代主要是運

27、用路由技術(shù)(Routing)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。由于利用了幾項不同的技術(shù)，所以無線頻率的使用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得多。按照最樂觀的情況估計，這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數(shù)量的無線頻譜做更多的事情，而且做這些事情的時候速度相當(dāng)快。研究人員說，下載速率有可能達到5Mbps到10Mbps。 （9）通信費用更加便宜由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對其他技術(shù)來說，4G通信部署起來就容易迅速得多；同時在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，通信營運商

28、們會考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。據(jù)研究人員宣稱，4G通信的無線即時連接等某些服務(wù)費用會比3G通信更加便宜。 3.2 4G通信存在的缺陷對于人們來說，未來的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認為第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類有史以來發(fā)明的最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，的確第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)在具體實施的過程中出現(xiàn)大量令人頭痛的技術(shù)問題，大概一點也不會使人們感到意外和奇怪，第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)存在的技術(shù)問題多和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，并且需要花費好幾年的時間才能解決?？偟膩碚f，要順利、全面地實施4G通信，可能遇到下面的一些困難： （1）標準難以統(tǒng)一雖然從理論上

29、講，3G手機用戶在全球范圍都可以進行移動通信，但是由于沒有統(tǒng)一的國際標準，各種移動通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機用戶帶來諸多不便。因此，開發(fā)第四代移動通信系統(tǒng)必須首先解決通信制式等需要全球統(tǒng)一的標準化問題，而世界各大通信廠商會對此一直在爭論不休。 （2）技術(shù)難以實現(xiàn)盡管未來的4G通信能夠給人帶來美好的明天，但是別指望立刻就能用上這種技術(shù)，大約還需要5年左右的時間這項技術(shù)才能發(fā)布。據(jù)研究這項技術(shù)的開發(fā)人員而言，要實現(xiàn)4G通信的下載速度還面臨著一系列技術(shù)問題。例如，如何保證樓區(qū)、山區(qū)，及其它有障礙物等易受影響地區(qū)的信號強度等問題。日本DoCoMo公司表示，為了解決這一問題，公司會對不同編碼技術(shù)和傳輸

30、技術(shù)進行測試。另外在移交方面存在的技術(shù)問題，使手機很容易在從一個基站的覆蓋區(qū)域進入另一個基站的覆蓋區(qū)域時和網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系。由于第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，這一問題顯得格外突出。不過，行業(yè)專家們表示，他們相信這一問題可以得到解決，但需要一定的時間。 (3)容量受到限制人們對未來的4G通信的印象最深的莫過于它的通信傳輸速度會得到極大提升，從理論上說其所謂的每秒100MB的寬帶速度，比2009年最新手機信息傳輸速度每秒10KB要快1萬多倍，但手機的速度會受到通信系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機用戶越多，速度就越慢。據(jù)有關(guān)行家分析，4G手機會很難達到其理論速度。如果速度上不去，4G手機就要大打

31、折扣。 （4）市場難以消化有專家預(yù)測在10年以后，第三代移動通信的多媒體服務(wù)會進入第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動通信系統(tǒng)，第三代技術(shù)仍然在緩慢地進入市場，到那時整個行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，對于第四代移動通信系統(tǒng)的接受還需要一個逐步過渡的過程。另外，在過渡過程中，如果4G通信因為系統(tǒng)或終端的短缺而導(dǎo)致延遲的話，那么號稱5G的技術(shù)隨時都有可能威脅到4G的贏利計劃，此時4G漫長的投資回收和贏利計劃會變得異常的脆弱。 （5）設(shè)施難以更新在部署4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之前，覆蓋全球的大部分無線基礎(chǔ)設(shè)施都是基于第三代移動通信系統(tǒng)建立的，如果要向第四代通信技

32、術(shù)轉(zhuǎn)移的話，那么全球的許多無線基礎(chǔ)設(shè)施都需要經(jīng)歷著大量的變化和更新，這種變化和更新勢必減緩4G通信技術(shù)全面進入市場、占領(lǐng)市場的速度。而且到那時，還必須要求3G通信終端升級到能進行更高速數(shù)據(jù)傳輸及支持4G通信各項數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的4G終端，也就是說4G通信終端要能在4G通信網(wǎng)絡(luò)建成后及時提供，不能讓通信終端的生產(chǎn)滯后于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。但根據(jù)某些事實來看，在4G通信技術(shù)全面進入商用之日算起的二三年后，消費者才有望用上性能穩(wěn)定的4G通信手機。 （6）其他相關(guān)困難因為手機的功能越來越強大，而無線通信網(wǎng)絡(luò)也變得越來越復(fù)雜，同樣4G通信在功能日益增多的同時，它的建設(shè)和開發(fā)也會遇到比以前系統(tǒng)建設(shè)更多的困難和麻煩。例如每一

33、種新的設(shè)備和技術(shù)推出時，其后的軟件設(shè)計和開發(fā)必須及時能跟上步伐，才能使新的設(shè)備和技術(shù)得到很快推廣和應(yīng)用，但遺憾的是4G通信還只處于研究和開發(fā)階段，具體的設(shè)備和用到的技術(shù)還沒有完全成型，因此對應(yīng)的軟件開發(fā)也會遇到困難；另外費率和計費方式對于4G通信的移動數(shù)據(jù)市場的發(fā)展尤為重要，例如WAP手機推出后，用戶花了很多的連接時間才能獲得信息，而按時間及信息內(nèi)容的收費方式使用戶難以承受，因此必須及早慎重研究基于4G通信的收費系統(tǒng)，以利于市場發(fā)展。還有4G通信不僅需要區(qū)分語音流量和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，還需要具備能到數(shù)據(jù)傳輸速度很慢的第三代無線通信網(wǎng)絡(luò)上平穩(wěn)使用的性能，這就需要通信營運商們必須能找到一個很好的解決這些

34、問題的方法，而要解決辦法就必須首先在大量不同的設(shè)備上精確執(zhí)行4G規(guī)范，要做到這一點，也需要花費好幾年的時間。況且到了4G通信真正開始推行時，熟悉4G通信業(yè)務(wù)的經(jīng)驗和專門技術(shù)人才還不多，這樣同樣也會延緩4G通信在市場上迅速推廣的速度，因此到時對于設(shè)計、安裝、運營、維護4G通信的專門技術(shù)人員還須早日進行培訓(xùn)。 第四章 4G通信的現(xiàn)狀和發(fā)展前景4.1 4G通信的發(fā)展現(xiàn)狀 在世界范圍內(nèi)，開發(fā)4G手機已有10多年的歷史，近年來，各國的研發(fā)速度不斷加快。在4G手機研究領(lǐng)域，阿爾卡特、愛立信、諾基亞和西門子四大電信巨頭組建了世界無線研究論壇（WWRF），已聚集100多個成員，明確提出了開發(fā)4G的時間表：4G

35、技術(shù)標準在2006年以后出現(xiàn)，在與3G技術(shù)充分融合之后，在2010年至2012年投入運營。目前，世界發(fā)達國家都在積極進行4G技術(shù)規(guī)格的研究制定，以期在全球4G規(guī)格制定中能享有發(fā)言權(quán)。美國 AT&T早在2000年就推出了4G Acces網(wǎng)絡(luò)，它能配合EDGE技術(shù)進行上傳，并利用寬帶OFDM技術(shù)進行下載。AT&T的4G Access網(wǎng)絡(luò)升級計劃分為兩個階段，第一階段是移動電話基地臺的軟件構(gòu)建，第二階段則進行智能型天線的硬件構(gòu)建。2004年2月，美國手機服務(wù)提供商Nextel通信公司與思科、北電網(wǎng)絡(luò)和IBM在北卡羅來納州羅利達拉姆(Raleigh Durham)地區(qū)試驗 “4G”無線

36、服務(wù)，這次“4G”試驗采用Flarion技術(shù)公司提供的每秒鐘下載速度達1.5Mb的設(shè)備，這項服務(wù)向臺式電腦、筆記本電腦、掌上電腦以及其他設(shè)備提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。歐洲世界上最大的電信基礎(chǔ)設(shè)施提供商愛立信公司2000年就開始著手研制第四代移動通信系統(tǒng)。它是與美國加利福尼亞大學(xué)合作開發(fā)4G技術(shù)的。加利福尼亞大學(xué)已經(jīng)正式成立了加州通信和信息技術(shù)學(xué)會，并由該大學(xué)的圣迭戈分校和歐文分校合作管理。目前該學(xué)會已經(jīng)得到愛立信公司1200萬美元的投資，加州通信和信息技術(shù)學(xué)會將在4G技術(shù)、先進天線系統(tǒng)、新一代移動因特網(wǎng)、電力放大器技術(shù)和無線訪問網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域內(nèi)進行深入研究。愛立信公司預(yù)計，第四代移動通信系統(tǒng)大約會在20

37、11年正式投入運營，并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)第二階段的第三代移動通信網(wǎng)。第三代移動網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)連接速率最高可達2 Mb/s，比目前快200倍，而第四代技術(shù)的傳輸速率將最高可達100 Mb/s日本 2002年10月，日本最大通信運營商NTT DoCoMo表示，該公司已成功完成第四代(4G)移動通信的傳輸實驗。此實驗是在室內(nèi)進行，下傳和上傳速率分別可達到100 Mb/s和20 Mb/s。下傳是指衛(wèi)星傳送信息至地面，上傳則是地面?zhèn)魉托畔⒅列l(wèi)星。此數(shù)據(jù)遠遠超越頂級ADSL約12 Mb/s的高速網(wǎng)際網(wǎng)路連接速率。NTT DoCoMo于2003年5月28日宣布進行第四代移動通信

38、系統(tǒng)（4G）的無線接入系統(tǒng)的戶外試驗。NTT DoCoMo通過戶外試驗驗證以下技術(shù)：（1）高效控制數(shù)據(jù)包發(fā)送順序的技術(shù)；（2）根據(jù)電波狀況控制調(diào)制方式及糾錯編碼率的技術(shù)；（3）根據(jù)通信信號控制數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)的技術(shù)；（4）使電波能夠定向發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的技術(shù)。NTT DoCoMo社長立川敬二2004年5月13日在東京發(fā)表演講時宣布，在4G室外試驗中，實現(xiàn)了20 Mb/s的高速通信。日本官方宣稱，日本計劃于2005年開發(fā)4G，到2010年開始商用化。韓國 韓國政府吸收了自己在開發(fā)2G技術(shù)時，放松了對3G開發(fā)的教訓(xùn)，日前與移動通信設(shè)備公司及服務(wù)公司合資成立了下一代移動通信技術(shù)開發(fā)協(xié)會，著手進行4G等未來

39、移動通信服務(wù)技術(shù)的開發(fā)研究。該協(xié)會還將聚集產(chǎn)、學(xué)、研的專家，成立未來移動通信企劃委員會，負責(zé)推動4G規(guī)劃、3G服務(wù)及系統(tǒng)改進、針對無線網(wǎng)絡(luò)專用通信的TDD（Time Division Duplex）方案設(shè)計和高速數(shù)據(jù)通信（Hight Data Rate）等領(lǐng)域的研究。韓國三星在2004年8月23日 “三星4G論壇”稱：三星電子計劃從2010年開始，全面引進第四代手機（4G）服務(wù)。目前三星電子已取得220余項4G移動通信相關(guān)專利，并與NTT DoCoMo等全球性信息通信公司在4G領(lǐng)域展開主導(dǎo)權(quán)之爭。印度 2004年5月，印度新任信息技術(shù)和通信部部長Dayanidhi Maran表示，由于到目前為

40、止還沒有發(fā)現(xiàn)3G技術(shù)可以節(jié)省開支，印度準備跳過3G技術(shù)直接采用4G無線技術(shù)。目前，印度移動電話服務(wù)提供商正在提供基于GSM、GPRS或者CDMA技術(shù)的移動通信服務(wù)。Maran表示：“3G標準一直在發(fā)展，但是并沒有證明可以節(jié)省開支。因此，我們計劃跳過3G技術(shù)，開發(fā)4G技術(shù)。印度擁有龐大的市場和高級的技術(shù)，有機會成為這個領(lǐng)域重要的參與者。我們將在這個領(lǐng)域建立一個最好的國家中心。”中國 2002年3月，華中科技大學(xué)、武漢漢網(wǎng)高技術(shù)有限公司與上海交通大學(xué)共同投標的“蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究項目”意味著我國正式啟動了開發(fā)新一代無線移動通信系統(tǒng)（即4G）的步伐。我國信息產(chǎn)業(yè)部2003年與日本N

41、TT DoCoMo簽訂了合作意向書，表示中國希望與日本合作共同探討和研發(fā)4G技術(shù)，并于北京建立DoCoMo（北京）通信研究所。2004年10月20日， 據(jù)韓國信息通信部公布的信息顯示，中韓兩國10月20日達成協(xié)議，擴大技術(shù)合作范圍，共同支持對4G無線通信系統(tǒng)的研發(fā)。兩國將聯(lián)合開發(fā)速度更快、功能更強大的手機。用戶可以使用這種手機來觀看電影。外國觀察家宣稱，由于中國的移動用戶數(shù)已達到世界第一，故到2008年舉辦奧運會之前，中國完全有可能跳過3G而直接部署4G。這樣做是否可行，正在進行探討。2004年9月，由14家無線運營商、手機廠商以及基礎(chǔ)設(shè)備廠商組成的無限移動訪問(unlicensed mobile access)組織發(fā)布了無限移動訪問標準草案，旨在實現(xiàn)移動設(shè)備在蜂窩式網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)間的無縫轉(zhuǎn)換。這一組織的初始成員包括Cingular、阿爾卡特、AT&T無線、T-Mobile美國、西門子、索尼-愛立信、Kineto無線、諾基亞以及摩托羅拉。該組織發(fā)表聲明指出，無限移動訪問標準通過寬帶IP連接，可以有效的同GSM和GPRS蜂窩式語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。這一標準允許訪問蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備檢測并切換到無限網(wǎng)絡(luò)，例如Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上，而在這個過程中能夠繼