4G技術(shù)及其應(yīng)用淺析

1、4G技術(shù)及其應(yīng)用淺析摘要：通信技術(shù)日新月異，給人們帶來(lái)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(dòng)數(shù)據(jù)、在我們還沒(méi)有完全享受3G移動(dòng)通信系統(tǒng)商所帶 來(lái)服務(wù)的同時(shí),4G移動(dòng)通信技術(shù)的研究已經(jīng)在逐步的進(jìn)行著。本文簡(jiǎn)要分析了 :（1） 4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);（2） 4G的關(guān)鍵技術(shù)，如OFDM,軟件無(wú)線(xiàn)電，智能天線(xiàn)技術(shù),MIMO技 術(shù)。（3）比較了 3G和4G不同指標(biāo)，分析了 3G和4G采用的不同技術(shù)。（4）初步 探討了 4G的現(xiàn)狀和發(fā)展。關(guān)鍵詞：4G，網(wǎng)絡(luò)通信1引言隨著3G在我國(guó)的商用以來(lái)，用戶(hù)在使用手機(jī)電視和視頻通話(huà)方面，出現(xiàn)信號(hào) 不穩(wěn)，視頻通話(huà)效果不好等問(wèn)題。人們開(kāi)始期望4G能夠解決這些問(wèn)

2、題，能夠提供 更高的數(shù)據(jù)速率,更大的容量和帶寬。從而使4G比3G更接近個(gè)人通信，在技術(shù)上 比3G更完善。所謂4G技術(shù)是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(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(mǎn)足幾乎所有用戶(hù)對(duì)于無(wú)線(xiàn)服務(wù)的要 求。而在用戶(hù)最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下， 而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動(dòng)，用戶(hù)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(xiàn)電視調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展

3、到 整個(gè)地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。2 4G技術(shù)2.1 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.1.1三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4G系統(tǒng)針對(duì)各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng),通過(guò)多媒體接入連接到基于IP的核 心網(wǎng)中?；贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶(hù)可實(shí)現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間 無(wú)縫漫游。4G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。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(kāi)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(xiàn)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)及多模終端

4、，跨越多個(gè)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)商，提供更大范 圍服務(wù)。總的來(lái)說(shuō)，要順利、全面地實(shí)施4G通信，可能遇到下面的一些困難： 近年來(lái)3G演進(jìn)技術(shù)的發(fā)展異常迅速，但無(wú)線(xiàn)技術(shù)是否已經(jīng)達(dá)到完美的地步?國(guó) 家863計(jì)劃專(zhuān)家組成員、未來(lái)移動(dòng)通信論壇秘書(shū)長(zhǎng)尤肖虎的答案是否定的。在他 看來(lái)，現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)技術(shù)有待解決的問(wèn)題還很多，需要改進(jìn)的空間也很大1。2.1.2物理層從物理層的傳輸技術(shù)看，雖然在目前LTE UMB、WiMAX系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)很 完善，但在此基礎(chǔ)上還需進(jìn)一步的改造，尤其在多用戶(hù)層面上?！澳壳?，4G中的 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)將接近理論值，但多用戶(hù)傳輸技術(shù)還有很大的改進(jìn)空間，多小區(qū)傳輸 技術(shù)的差距更大?！敝T如多用戶(hù)或多小區(qū)之間的協(xié)

5、調(diào)、干擾的抑制抵消以及無(wú)線(xiàn) 資源的分配等眾多問(wèn)題，都還沒(méi)有系統(tǒng)的解決方案。另外跨層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化也是 需要解決的問(wèn)題之一。2.2 4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí) 際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調(diào)制的一種。其主要原理是: 將待傳輸?shù)母咚俅袛?shù)據(jù)經(jīng)串并變換，變成在子信道上并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流， 再用相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制，然后疊加一起發(fā)送。接收端用相干載波進(jìn)行相 干接收，再經(jīng)并串變換恢復(fù)為原高速數(shù)據(jù)。OFDM技術(shù)的有很多優(yōu)點(diǎn):可以消除或減小

6、信號(hào)波形間的干擾,對(duì)多徑衰落和 多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率;適合高速數(shù)據(jù)傳輸;抗衰落能力強(qiáng);抗碼間 干擾(ISI)能力強(qiáng)。2.2.2軟件無(wú)線(xiàn)電軟件無(wú)線(xiàn)電(SDR)是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)一通用硬件平臺(tái)， 利用軟件加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)的一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其中心 思想是使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)等先進(jìn)的模塊盡可能地靠近 射頻天線(xiàn)的要求。盡可能多地用軟件來(lái)定義無(wú)線(xiàn)功能。其軟件系統(tǒng)包括各類(lèi)無(wú)線(xiàn) 信令規(guī)則與處理軟件、信號(hào)流變換軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件、 信源編碼軟件等。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號(hào)處理硬件(DSPH)、現(xiàn)場(chǎng)可編程器

7、件(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)等2.2.3智能天線(xiàn)技術(shù)(SA)智能天線(xiàn)定義為波束間沒(méi)有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線(xiàn)。智能天線(xiàn)具有 抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能，被認(rèn)為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵 技術(shù)。智能天線(xiàn)成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信 號(hào)，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(xiàn)基站端使用天線(xiàn) 陣和相十無(wú)線(xiàn)收發(fā)信機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的收發(fā)，同時(shí)，通過(guò)基帶數(shù)字信號(hào)處理器, 對(duì)各天線(xiàn)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。2.2.4多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)多輸入多輸出技術(shù)(MIM0)是指在基站和移動(dòng)終端都有多個(gè)天線(xiàn)。MIM0

8、技 術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益?？臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用 多副天線(xiàn)，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個(gè)子信道發(fā)射信 號(hào)，使容量隨天線(xiàn)數(shù)量的增加而線(xiàn)性增加?？臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類(lèi)。 基于分集技術(shù)與信道編碼技術(shù)的空時(shí)碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為 該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。MIM0技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著 改善無(wú)線(xiàn)信道的性能，提高無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。2.2.5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)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(xiàn)接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同 已有的核

9、心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開(kāi)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_(kāi)。IP與多種無(wú)線(xiàn)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(xiàn)接入究竟采用何種 方式和協(xié)議。在4G通信系統(tǒng)中將取代IPv4協(xié)議,主要采用全分組方式IPv6技術(shù),IPv6具 有許多的優(yōu)點(diǎn)，如:有巨大的地址空間;支持無(wú)狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的 方式;能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量;更具有移動(dòng)性。2.3 4G標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)已經(jīng)將WiMax、HSPA+、LTE正式納入到4G標(biāo)準(zhǔn)里， 加上之前就已經(jīng)確定的LTE-Advanced和WirelessMAN-Ad

10、vanced這兩種標(biāo)準(zhǔn)， 目前4G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到了 5種。LTELTE(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(xiàn)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/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

11、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由于目前的WCDMA網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版HSPA和HSPA+均能夠演化到LTE這一 狀態(tài)，包括中國(guó)自主的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)也將繞過(guò)HSPA直接向LTE演進(jìn)，所以 這一 4G標(biāo)準(zhǔn)獲得了最大的支持，也將是未來(lái)4G標(biāo)準(zhǔn)的主流。該網(wǎng)絡(luò)提供媲美 固定寬帶的網(wǎng)速和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的切換速度，網(wǎng)絡(luò)瀏覽速度

12、大大提升。LTE-AdvancedLTE-Advanced： 從字面上看，LTE-Advanced就是LTE技術(shù)的升級(jí)版，那 么為何兩種標(biāo)準(zhǔn)都能夠成為4G標(biāo)準(zhǔn)呢？ LTE-Advanced的正式名稱(chēng)為Further Advancements for E-UTRA，它滿(mǎn)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，

13、上行500Mbps峰值頻譜效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz針對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化有效支持新頻段和大帶寬應(yīng)用峰值速率大幅提高，頻譜效率有限的改進(jìn)如果嚴(yán)格的講，LTE作為3.9G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那么LTE-Advanced作為 4G標(biāo)準(zhǔn)更加確切一些。LTE-Advanced的入圍，包含TDD和FDD兩種制式， 其中TD-SCDMA將能夠進(jìn)化到TDD制式，而WCDMA網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)化到FDD 制式。移動(dòng)主導(dǎo)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)期望能夠 直接繞過(guò)HSPA+網(wǎng)絡(luò)而直接進(jìn)入 至0 LTE。WiMaxWiMax： WiMax(Worldwide Interoperability for Micr

14、owave 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(xiàn)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)。802.16工作的頻段采用的是無(wú)需授權(quán)頻段，范圍在2GHz至66GHz之間， 而802.16a則是一種采用2G至11GHz無(wú)需授權(quán)頻段的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)，其頻 道帶寬可根據(jù)需求在1.5M至20MHz范圍進(jìn)行調(diào)

15、整，目前具有更好高速移動(dòng)下 無(wú)縫切換的IEEE 802.16m的技術(shù)正在研發(fā)。因此，802.16所使用的頻譜可能比 其它任何無(wú)線(xiàn)技術(shù)更豐富，WiMax具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于已知的干擾，窄的信道帶寬有利于避開(kāi)干擾，而且有利于節(jié)省頻譜 資源。靈活的帶寬調(diào)整能力，有利于運(yùn)營(yíng)商或用戶(hù)協(xié)調(diào)頻譜資源。WiMax所能實(shí)現(xiàn)的50公里的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸距離是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)所不能比 擬的，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，只要少數(shù)基站建設(shè)就能實(shí)現(xiàn)全城覆 蓋，能夠使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積大大提升。不過(guò)WiMax網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積和網(wǎng)絡(luò)的帶寬上優(yōu)勢(shì)巨大，但是其移動(dòng)性 卻有著先天的缺陷，無(wú)法滿(mǎn)足高速(M50km/h)下的網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫鏈接

16、，從這個(gè)意義 上講，WiMax還無(wú)法達(dá)到3G網(wǎng)絡(luò)的水平，嚴(yán)格的說(shuō)并不能算作移動(dòng)通信技術(shù)， 而僅僅是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的技術(shù)。但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技術(shù)上，將 能夠有效的解決這些問(wèn)題，也正是因?yàn)橛兄袊?guó)移動(dòng)、因特爾、Sprint各大廠(chǎng)商的 積極參與，WiMax成為呼聲僅次于LTE的4G網(wǎng)絡(luò)手機(jī)。關(guān)于IEEE 802.16m這 一技術(shù)，我們將留在最后作詳細(xì)的闡述。HSPA+高速下行鏈路分組接入技術(shù)HSPA+:高速下行鏈路分組接入技術(shù)(High Speed Downlink Packet Access), 而HSUPA即為高速上行鏈路分組接入技術(shù)，兩者合稱(chēng)為HSPA技術(shù)，HSPA+是

17、 HSPA的衍生版，能夠在HSPA網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行改造而升級(jí)到該網(wǎng)絡(luò)，是一種經(jīng)濟(jì)而 高效的4G網(wǎng)絡(luò)。從上文我們也可以了解到，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(kāi) 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。WirelessM

18、AN-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(chēng)為 WirelessMAN， 而 WirelessMAN-Advanced 極為 IEEE 802.16m。其中，802.16m 最高可以提供 1Gbps無(wú)線(xiàn)傳輸速率，還將兼容未來(lái)的4G無(wú)線(xiàn)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

19、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)省；目前的 WirelessMAN-Advanced有5種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)規(guī)格，其中極低速率為 16kbps，低數(shù)率數(shù)據(jù)及低速多媒體為144kbps，中速多媒體為2Mbps，高速多媒 體為30Mbps超高速多媒體則達(dá)到了 30Mbps-1Gbps。但是該標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)被率先 被軍方所采用，IEEE方面表示軍方的介入將能夠促使WirelessMAN-Advanced 更快的成熟和完善，而且軍方的今天就是民用的明天。不論怎樣，WirelessMAN- Advanced 得到ITU的認(rèn)可并成為4G標(biāo)準(zhǔn)的可能性極大3。2.4 4G的主要優(yōu)勢(shì)如果說(shuō)

20、2G、3G通信對(duì)于人類(lèi)信息化的發(fā)展是微不足道的話(huà)，那么未來(lái)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?huì)形態(tài)。 2009年在構(gòu)思中的4G通信具有下面的特征：2.4.1網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話(huà)和其他移動(dòng)裝置無(wú)線(xiàn)訪(fǎng) 問(wèn)Internet的速率，因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過(guò)于它具有更快的無(wú) 線(xiàn)通信速度。從移動(dòng)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(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)32Kbps，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(zhuān)家則預(yù)估，第四代 移動(dòng)通信系統(tǒng)可以

21、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(xiàn)信息，這種速度會(huì)相當(dāng)于2009年最新手機(jī)的傳輸速度的1萬(wàn)倍左 右。要想使4G通信達(dá)到100Mbps的傳輸，通信營(yíng)運(yùn)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基 礎(chǔ)上，進(jìn)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(shuō)，估計(jì)每個(gè)4G 信道會(huì)占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA 3G網(wǎng)路的20倍。2.4.2通信更加靈活從嚴(yán)格意義上說(shuō)，4G手機(jī)的功能，已不能簡(jiǎn)單劃歸“電話(huà)機(jī)”的范疇，畢竟 語(yǔ)音資料的傳輸只是4G移動(dòng)電話(huà)的功能之一而已，因此未來(lái)4G手機(jī)更應(yīng)該算

22、 得上是一只小型電腦了，而且4G手機(jī)從外觀和式樣上，會(huì)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(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(chēng)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(huà)、影 像，當(dāng)然更可以和從未謀面的陌生人網(wǎng)上聯(lián)線(xiàn)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)此提供的地圖帶來(lái)的便利和安全相比，這 簡(jiǎn)直可以忽略不計(jì)。2.4.3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(lài)程度會(huì)大大降低，更

23、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(xiàn)購(gòu)買(mǎi)自己滿(mǎn)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(lèi)的各種現(xiàn)場(chǎng)直播。2.4.4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(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(hù)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

24、統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具 備全球漫游，接口開(kāi)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)。2.4.5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(guò)簡(jiǎn)單的升級(jí)而演變過(guò)來(lái)的，它們的 核心建設(shè)技術(shù)根本就是不同的，3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)， 而4G移動(dòng)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(shí)現(xiàn)例如無(wú)線(xiàn)區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無(wú)線(xiàn) 通信增殖服務(wù)；不過(guò)考慮到與3G通信的過(guò)渡性，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)不會(huì)在未 來(lái)僅僅只采用OFDM 一種技術(shù)，CDMA技術(shù)會(huì)在第四代移動(dòng)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

25、用，甚至未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) 也會(huì)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(shí) 它真正運(yùn)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(lái)以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，也會(huì)結(jié)合兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu) 點(diǎn)，一部分會(huì)是以CDMA的延伸技術(shù)。2.4.6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(mǎn) 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(xiàn)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

26、來(lái)的第四代 移動(dòng)通信系統(tǒng)也稱(chēng)為“多媒體移動(dòng)通信”。第四代移動(dòng)通信不僅僅是為了因應(yīng)用戶(hù) 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(hù)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?.4.7頻率使用效率更高相比第三代移動(dòng)通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)在開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中使用 和引入許多功能強(qiáng)大的突破性技術(shù)，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進(jìn)一步提高 無(wú)線(xiàn)因特網(wǎng)的主十帶寬寬度，引入了交換層級(jí)技術(shù)，這種技術(shù)能同時(shí)涵蓋不同類(lèi) 型的通信接口，也就是說(shuō)第四代主要是運(yùn)用路由技術(shù)(Routing)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 由于利用了幾項(xiàng)不同的

27、技術(shù)，所以無(wú)線(xiàn)頻率的使用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得 多。按照最樂(lè)觀的情況估計(jì)，這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數(shù)量的 無(wú)線(xiàn)頻譜做更多的事情，而且做這些事情的時(shí)候速度相當(dāng)快。研究人員說(shuō)，下載 速率有可能達(dá)到5Mbps至0 10Mbps。2.4.8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(hù) 能輕易地升級(jí)至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，

28、采用逐步引入的方法，這 樣就能夠有效地降低運(yùn)行者和用戶(hù)的費(fèi)用。據(jù)研究人員宣稱(chēng)，4G通信的無(wú)線(xiàn)即 時(shí)連接等某些服務(wù)費(fèi)用會(huì)比3G通信更加便宜。3國(guó)內(nèi)外研究狀況3.1國(guó)際上第四代移動(dòng)通信發(fā)展?fàn)顩r世界發(fā)達(dá)國(guó)家都正在積極進(jìn)行4G技術(shù)規(guī)格的研究制定，以期在全球4G規(guī) 格制定中享有發(fā)言權(quán)。4G的各項(xiàng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)將由國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)電信標(biāo)準(zhǔn) 局決定。新一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在美國(guó)及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)進(jìn)入密集的研發(fā)和市 場(chǎng)化階段。新的研究包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、用戶(hù)切換和漫游等移動(dòng)環(huán)境下的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方 案，從而實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的大范圍移動(dòng)，這種技術(shù)路線(xiàn)是當(dāng)前國(guó)際上設(shè)計(jì)第四代移動(dòng)通 信系統(tǒng)的主要思路。阿爾卡特、愛(ài)立信、諾基亞和西門(mén)子已共

29、同建立了旨在推動(dòng) 4G技術(shù)開(kāi)發(fā)的世界無(wú)線(xiàn)研究論壇。美國(guó)AT&T公司已在實(shí)驗(yàn)室中研究第四代移動(dòng)通信技術(shù)，其研究目的是提 高蜂窩電話(huà)和其他移動(dòng)裝置無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)因特網(wǎng)的速率，這項(xiàng)技術(shù)約需五年才能發(fā) 布。AT&T已推出了 4GAccess網(wǎng)絡(luò)，它能配合目前的EDGE技術(shù)進(jìn)行上傳，并 利用寬帶OFDM技術(shù)進(jìn)行下載。目前AT&T的4GAccess網(wǎng)絡(luò)升級(jí)分為兩個(gè)階段， 第一階段是移動(dòng)電話(huà)基地臺(tái)的軟件構(gòu)建，第二階段則估計(jì)在兩年后進(jìn)行智能型天 線(xiàn)的硬件構(gòu)建。北電網(wǎng)絡(luò)則努力使IP的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度達(dá)到20Mbps，因此必 須進(jìn)行SoftwareRadio、寬帶接收器、新型功率放大器等相關(guān)行動(dòng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。日本的DoC

30、oMo移動(dòng)通信公司也已在日本進(jìn)行第四代移動(dòng)通信的研究，力 圖成為第四代移動(dòng)通信領(lǐng)頭羊。DoCoMo計(jì)劃在2006年推出第四代移動(dòng)通信系 統(tǒng)，在2010年左右首度推出4G業(yè)務(wù)，并企圖使它成為全球的標(biāo)準(zhǔn)。日本政府 決定從2002年財(cái)政預(yù)算中撥款12億日元，支持速度更快、功能更齊備的“第四 代移動(dòng)通信系統(tǒng)”的研究與開(kāi)發(fā)，使它成為全球的標(biāo)準(zhǔn)。日本政府與主要的移動(dòng) 通信業(yè)企業(yè)已為超高速移動(dòng)通信技術(shù)擬定了基礎(chǔ)計(jì)劃，這項(xiàng)4G移動(dòng)通信技術(shù)將 于2005年成形。為了能夠搶占未來(lái)移動(dòng)電話(huà)技術(shù)的先機(jī)，日本郵電部已向日本 電氣通信技術(shù)審議會(huì)提交制定第四代（4G）移動(dòng)電話(huà)規(guī)格的提案。日本電氣通 信技術(shù)審議會(huì)負(fù)責(zé)審核4G

31、技術(shù)的相關(guān)規(guī)格，決定其使用頻率、系統(tǒng)技術(shù)、開(kāi)發(fā) 日程等。日本已完成了繼第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)“IMT-2000”之后的第四代移動(dòng)通信 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)提案，該提案將4G的實(shí)用期定在2010年4G將速率提高到了 100Mbit/ 秒，對(duì)4G的目標(biāo)是2010年之前達(dá)到實(shí)用化水平。日本電氣通信技術(shù)審議會(huì)估 計(jì)，20012010年日本3G市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到42兆日元，僅2010年的營(yíng)收就將達(dá) 到9300億日元，而4G移動(dòng)電話(huà)的市場(chǎng)潛力更遠(yuǎn)勝于3G。日本和韓國(guó)在IMT-2000 之后的第四代移動(dòng)通信領(lǐng)域也進(jìn)行合作，兩國(guó)將共同建立因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、例行兩國(guó) 之間的有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)通訊結(jié)合環(huán)境，并進(jìn)行超高速衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)。3.2我國(guó)4G發(fā)展的狀況