4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

1、14G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)2一.4G通信技術(shù)的概念 4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。 4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。 3二.4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4G移動(dòng)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(wú)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

2、新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶。4 1) 物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。 2) 中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。 3) 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,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易,提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù),并運(yùn)行于多個(gè)頻帶,這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端,跨越多個(gè)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。5三.4G通信的關(guān)鍵技術(shù) 1.正交頻分復(fù)用（OFDM） OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可

3、以大大消除信號(hào)波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負(fù)荷，這樣可優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統(tǒng)中由于各個(gè)子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。6OFDM與FDM對(duì)比72.智能天線(SA)與多入多出天線(MIMO)技術(shù) 智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號(hào)，這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無(wú)線基站端使用天線陣和相

4、關(guān)無(wú)線收發(fā)信機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收和發(fā)射。同時(shí)通過(guò)基帶數(shù)字信號(hào)處理器，對(duì)各個(gè)天線鏈路上接收到的信號(hào)按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。8多入多出天線(MIMO)技術(shù) 該技術(shù)最早是由馬克尼（Guglielmo Marconi）于1908年提出的，它利用多天線來(lái)抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對(duì)于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系統(tǒng)和MISO(Multiple-Input Single-

5、Output)系統(tǒng)93.軟件無(wú)線電技術(shù) 軟件無(wú)線電是利用數(shù)字信號(hào)處理軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺(tái)上利用軟件處理基帶信號(hào)，通過(guò)加載不同的軟件，可實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）通過(guò)軟件方式，靈活完成硬件功能；（2）具有良好的靈活性及可編程性；（3）可代替昂貴的硬件電路，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能；（4）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，不會(huì)老化；（5）便于系統(tǒng)升級(jí)，降低用戶設(shè)備費(fèi)用。10軟件無(wú)線電基本結(jié)構(gòu) 軟件無(wú)線電技術(shù)被認(rèn)為是可以將不同形式的通信技術(shù)有效聯(lián)系在一起的惟一技術(shù)。在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，軟件將會(huì)變得非常繁雜。114.基于IP的核心網(wǎng) 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò),可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)

6、絡(luò)間的無(wú)縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線接入方案,能提供端到端的IP業(yè)務(wù),能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu),能允許各種空中接口接入核心網(wǎng);同時(shí)核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。IP與多種無(wú)線接入?yún)f(xié)議相兼容,因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有很大的靈活性,不需要考慮無(wú)線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。12四.4G網(wǎng)絡(luò)通信的五大標(biāo)準(zhǔn)（1） LTE LTE(Long Term Evolution,長(zhǎng)期演進(jìn))項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。主要特點(diǎn)是 在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/

7、s的峰值速率，相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)大大的提高了小區(qū)的容量，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低：內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms。并且這一標(biāo)準(zhǔn)也是3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)項(xiàng)目，是近兩年來(lái)3GPP啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，其演進(jìn)的歷史如下： GSM-GPRS-EDGE-WCDMA-HSDPA/HSUPA-HSDPA+/HSUPA+-LTE長(zhǎng)期演進(jìn) GSM：9K -GPRS:42K- EDGE:172K -WCDMA：364k -HSDPA/HSUPA:14.4M -HSDPA+/HSUPA+:42M -LTE:300M 1

8、3（2） LTE-Advanced LTE-Advanced的正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA，它滿足 ITU-R的IMT-Advanced技術(shù)征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個(gè)重要來(lái)源。LTE-Advanced是 一個(gè)后向兼容的技術(shù)，完全兼容LTE，是演進(jìn)而不是革命，相當(dāng)于HSPA和WCDMA這樣的關(guān)系。LTE-Advanced的相關(guān)特性如下： 帶寬：100MHz 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps 峰值頻譜效率：下行30bps/Hz，上行 15bps/Hz14（3） WiMax WiMax：WiMax(W

9、orldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互聯(lián)接入，WiMAX的另一個(gè)名字是IEEE 802.16。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個(gè)速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這的確是一個(gè)驚人的進(jìn)步。WiMAX逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會(huì)越來(lái)越高，這也是未來(lái)移動(dòng)世界和固定網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢(shì)。 15（4） HSPA+：高速下行鏈路分組接入技術(shù) HSPA+符合LTE的長(zhǎng)期演化規(guī)范，將作為4G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與其它的4G網(wǎng)絡(luò)同時(shí)存在，它將很有利于目前全

10、世界范圍的WCDMA 網(wǎng)絡(luò)和HSPA網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)與過(guò)度，成本上的優(yōu)勢(shì)很明顯。對(duì)比HSPA網(wǎng)絡(luò)，HSPA+在室內(nèi)吞吐量約提高12.58% ，室外小區(qū)吞吐量約提高32.4%，能夠適應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)處理，將是短期內(nèi)4G標(biāo)準(zhǔn)的理想選擇。目前聯(lián)通已經(jīng)在著手相關(guān)的規(guī)劃，T-Mobile也開 通了這個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)，但是由于4G標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有被ITU完全確定下來(lái)，所以動(dòng)作并不大。16（5） WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced：WirelessMAN- Advanced事實(shí)上就是WiMax的升級(jí)版，即IEEE 802.11m標(biāo)準(zhǔn)，802.16系列標(biāo)準(zhǔn)在IEEE正式稱為Wir

11、elessMAN ，而WirelessMAN-Advanced極為IEEE 802.16m。其中，802.16m最高可以提供1Gbps無(wú)線傳輸速率，還將兼容未來(lái)的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 。802.16m可在“漫游”模式或高效率/強(qiáng)信號(hào)模式下提供1Gbps的下行速率。該標(biāo)準(zhǔn)還支持“高移動(dòng)”模式，能夠提供1Gbps速率。其優(yōu)勢(shì)如下： 1、提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，改建鏈路預(yù)算； 2、提高頻譜效率； 3、提高數(shù)據(jù)和VOIP容量； 4、低時(shí)延&QoS增強(qiáng)； 5、功耗節(jié)?。?17五.4G對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢(shì)（1）通信速度更快 第一代模擬式僅提供語(yǔ)音服務(wù)；第二代數(shù)位式移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6Kbps，最高可達(dá)3

12、2Kbps，如PHS；而第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mbps；專家則預(yù)估，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)可以達(dá)到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以達(dá)到每秒高達(dá)100Mbps速度傳輸無(wú)線信息，這種速度會(huì)相當(dāng)于現(xiàn)階段最新手機(jī)的傳輸速度的1萬(wàn)倍左右。18（2）通信更加靈活 人們可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個(gè)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(lái)的4G通信使人們不僅可以隨時(shí)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(duì)打游戲。也許有被網(wǎng)上定位系統(tǒng)永遠(yuǎn)鎖定無(wú)處遁形的苦惱，但是與它據(jù)此提供的地圖

13、帶來(lái)的便利和安全相比，這簡(jiǎn)直可以忽略不計(jì)。19（3）智能性能更高 第四代移動(dòng)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(jì)和操作具有智能化，例如對(duì)菜單和滾動(dòng)操作的依賴程度會(huì)大大降低，更重要的4G手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多難以想象的功能。例如4G手機(jī)能根據(jù)環(huán)境、時(shí)間以及其他設(shè)定的因素來(lái)適時(shí)地提醒手機(jī)的主人此時(shí)該做什么事，或者不該做什么事，4G手機(jī)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(lái)進(jìn)行在線購(gòu)買自己滿意的電影票；4G手機(jī)可以被看作是一臺(tái)手提電視，用來(lái)看體育比賽之類的各種現(xiàn)場(chǎng)直播。20（4）兼容性能更平滑 要使4G通信盡快地被

14、人們接受，不但考慮的它的功能強(qiáng)大外，還應(yīng)該考慮到現(xiàn)有通信的基礎(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(guò)渡到4G通信。因此，從這個(gè)角度來(lái)看，未來(lái)的第四代移動(dòng)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(guò)渡等特點(diǎn)。21（5）實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信 盡管第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)各種多媒體通信，但未來(lái)的4G通信能滿足第三代移動(dòng)通信尚不能達(dá)到的在覆蓋范圍、通信質(zhì)量、造價(jià)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(dòng)通信系統(tǒng)提供的無(wú)線多媒體通信服務(wù)包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過(guò)寬頻的信道傳送出去，為此未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也稱為“多

15、媒體移動(dòng)通信”。第四代移動(dòng)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。總結(jié)來(lái)說(shuō)，首先必須可以容納市場(chǎng)龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)不良，以及達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?22（6）通信費(fèi)用更加便宜 由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問(wèn)題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級(jí)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(duì)其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，4G通信部署起來(lái)就容易迅速得多；同時(shí)在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，通信營(yíng)運(yùn)商們會(huì)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

16、能夠有效地降低運(yùn)行者和用戶的費(fèi)用。據(jù)研究人員宣稱，4G通信的無(wú)線即時(shí)連接等某些服務(wù)費(fèi)用會(huì)比3G通信更加便宜。23六.4G網(wǎng)絡(luò)通信面臨的挑戰(zhàn)（1）標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一 雖然從理論上講，3G手機(jī)用戶在全球范圍都可以進(jìn)行移動(dòng)通信，但是由于沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各種移動(dòng)通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機(jī)用戶帶來(lái)諸多不便。因此，開發(fā)第四代移動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，而世界各大通信廠商將會(huì)對(duì)此一直在爭(zhēng)論不休。 24（2）容量受到限制 人們對(duì)未來(lái)的4G通信的印象最深的莫過(guò)于它的通信傳輸速度將會(huì)得到極大提升，從理論上說(shuō)其所謂的每秒100MB的寬帶速度，比目前手機(jī)信息傳輸速度每秒10KB要快1萬(wàn)

17、多倍，但手機(jī)的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機(jī)用戶越多，速度就越慢。據(jù)有關(guān)行家分析，4G手機(jī)將很難達(dá)到其理論速度。如果速度上不去，4G手機(jī)就要大打折扣。 25（3）市場(chǎng)難以消化市場(chǎng)難以消化有專家預(yù)測(cè)在10年以后，第三代移動(dòng)通信的多媒體服務(wù)會(huì)進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)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(dòng)通信系統(tǒng)，第三代技術(shù)仍然在緩慢地進(jìn)入市場(chǎng)，到那時(shí)整個(gè)行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，對(duì)于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的接受還需要一個(gè)逐步過(guò)渡的過(guò)程。另外，在過(guò)渡過(guò)程中，如果4G通信因?yàn)橄到y(tǒng)或終端的短缺而導(dǎo)致延遲的話，那么號(hào)稱5G的技術(shù)隨時(shí)都有可能威脅到4G的贏利計(jì)劃，此時(shí)4G漫長(zhǎng)的投資回收和贏利計(jì)劃會(huì)變得異常的脆弱。 26（4）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(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施都是基于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)建立的，如果要向第四代通信技術(shù)轉(zhuǎn)移的話，那么全球的許多無(wú)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(shì)必減緩4G通信技術(shù)全