G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)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。

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。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)。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。OFDM與FDM對(duì)比2.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。多入多出天線(MIMO)技術(shù)該技術(shù)最早是由馬克尼（GuglielmoMarconi）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-InputSingle-Output)系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系統(tǒng)和MISO(Multiple-InputSingle-Output)系統(tǒng)3.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。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。4.基于IP的的核心網(wǎng)4G移動(dòng)通通信系統(tǒng)的的核心網(wǎng)是是一個(gè)基于于全I(xiàn)P的的網(wǎng)絡(luò),可可以實(shí)現(xiàn)不不同網(wǎng)絡(luò)間間的無(wú)縫互互聯(lián)。核心心網(wǎng)獨(dú)立于于各種具體體的無(wú)線接接入方案,能提供端端到端的IP業(yè)務(wù),能同已有有的核心網(wǎng)網(wǎng)和PSTN兼容。。核心網(wǎng)具具有開放的的結(jié)構(gòu),能能允許各種種空中接口口接入核心心網(wǎng);同時(shí)時(shí)核心網(wǎng)能能把業(yè)務(wù)、、控制和傳傳輸?shù)确珠_開。IP與與多種無(wú)線線接入?yún)f(xié)議議相兼容,因此在設(shè)設(shè)計(jì)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有有很大的靈靈活性,不不需要考慮慮無(wú)線接入入究竟采用用何種方式式和協(xié)議。。四.4G網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的的五大標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（1）LTELTE(LongTermEvolution,長(zhǎng)長(zhǎng)期演進(jìn))項(xiàng)目是3G的演進(jìn)進(jìn)，它改進(jìn)進(jìn)并增強(qiáng)了了3G的空空中接入技技術(shù)，采用用OFDM和MIMO作為其其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)演進(jìn)的唯唯一標(biāo)準(zhǔn)。。主要特點(diǎn)點(diǎn)是在20MHz頻譜帶寬寬下能夠提提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的的峰值速率率，相對(duì)于于3G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)大大的提提高了小區(qū)區(qū)的容量，，同時(shí)將網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延遲大大大降低：：內(nèi)部單向向傳輸時(shí)延延低于5ms，控制制平面從睡睡眠狀態(tài)到到激活狀態(tài)態(tài)遷移時(shí)間間低于50ms，從從駐留狀態(tài)態(tài)到激活狀狀態(tài)的遷移移時(shí)間小于于100ms。并且且這一標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)也是3GPP長(zhǎng)期期演進(jìn)(LTE)項(xiàng)項(xiàng)目，是近近兩年來(lái)3GPP啟啟動(dòng)的最大大的新技術(shù)術(shù)研發(fā)項(xiàng)目目，其演進(jìn)進(jìn)的歷史如如下：GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->LTE長(zhǎng)期演進(jìn)進(jìn)GSM：9K-->GPRS:42K-->EDGE:172K-->WCDMA：：364k-->HSDPA/HSUPA:14.4M-->HSDPA+/HSUPA+:42M-->LTE:300M（2）LTE-AdvancedLTE-Advanced的的正式名稱稱為FurtherAdvancementsforE-UTRA，它滿滿足ITU-R的的IMT-Advanced技術(shù)征集集的需求，，是3GPP形成歐歐洲IMT-Advanced技術(shù)提提案的一個(gè)個(gè)重要來(lái)源源。LTE-Advanced是一一個(gè)后向兼兼容的技術(shù)術(shù)，完全兼兼容LTE，是演進(jìn)進(jìn)而不是革革命，相當(dāng)當(dāng)于HSPA和WCDMA這這樣的關(guān)系系。LTE-Advanced的相關(guān)關(guān)特性如下下：帶寬：100MHz峰值速率：：下行1Gbps，，上行500Mbps峰值頻譜效效率：下行行30bps/Hz，上行15bps/Hz（3）WiMaxWiMax：WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，，即全球微微波互聯(lián)接接入，WiMAX的的另一個(gè)名名字是IEEE802.16。WiMAX的的技術(shù)起點(diǎn)點(diǎn)較高，WiMax所能提供供的最高接接入速度是是70M，，這個(gè)速度度是3G所所能提供的的寬帶速度度的30倍倍。對(duì)無(wú)線線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)說(shuō)，這的確確是一個(gè)驚驚人的進(jìn)步步。WiMAX逐步步實(shí)現(xiàn)寬帶帶業(yè)務(wù)的移移動(dòng)化，而而3G則實(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)業(yè)務(wù)的寬帶帶化，兩種種網(wǎng)絡(luò)的融融合程度會(huì)會(huì)越來(lái)越高高，這也是是未來(lái)移動(dòng)動(dòng)世界和固固定網(wǎng)絡(luò)的的融合趨勢(shì)勢(shì)。（4）HSPA+：高速下下行鏈路分分組接入技技術(shù)HSPA+符合LTE的長(zhǎng)期期演化規(guī)范范，將作為為4G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與其其它的4G網(wǎng)絡(luò)同時(shí)時(shí)存在，它它將很有利利于目前全全世界范圍圍的WCDMA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和HSPA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的升級(jí)與與過度，成成本上的優(yōu)優(yōu)勢(shì)很明顯顯。對(duì)比HSPA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，HSPA+在在室內(nèi)吞吐吐量約提高高12.58%，，室外小區(qū)區(qū)吞吐量約約提高32.4%，，能夠適應(yīng)應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)絡(luò)下的數(shù)據(jù)據(jù)處理，將將是短期內(nèi)內(nèi)4G標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的理想選選擇。目前前聯(lián)通已經(jīng)經(jīng)在著手相相關(guān)的規(guī)劃劃，T-Mobile也開通通了這個(gè)個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，但是由由于4G標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)并沒有有被ITU完全確定定下來(lái)，所所以動(dòng)作并并不大。（5）WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced：：WirelessMAN-Advanced事實(shí)上上就是WiMax的的升級(jí)版，，即IEEE802.11m標(biāo)準(zhǔn)，，802.16系列列標(biāo)準(zhǔn)在IEEE正正式稱為WirelessMAN，，而WirelessMAN-Advanced極為IEEE802.16m。。其中，802.16m最高高可以提供供1Gbps無(wú)線傳傳輸速率，，還將兼容容未來(lái)的4G無(wú)線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。802.16m可在在“漫游””模式或高高效率/強(qiáng)強(qiáng)信號(hào)模式式下提供1Gbps的下行速速率。該標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)還支持持“高移動(dòng)動(dòng)”模式，，能夠提供供1Gbps速率。。其優(yōu)勢(shì)如如下：1、提高網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，，改建鏈路路預(yù)算；2、提高頻頻譜效率；；3、提高數(shù)數(shù)據(jù)和VOIP容量量；4、低時(shí)延延&QoS增強(qiáng)；5、功耗節(jié)節(jié)??；五.4G對(duì)對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信的優(yōu)優(yōu)勢(shì)（1）４Ｇ通信速速度更快第一代模擬擬式僅提供供語(yǔ)音服務(wù)務(wù)；第二代代數(shù)位式移移動(dòng)通信系系統(tǒng)傳輸速速率也只有有9.6Kbps，，最高可達(dá)達(dá)32Kbps，如如PHS；；而第三代代移動(dòng)通信信系統(tǒng)數(shù)據(jù)據(jù)傳輸速率率可達(dá)到2Mbps；專家則則預(yù)估，第第四代移動(dòng)動(dòng)通信系統(tǒng)統(tǒng)可以達(dá)到到10Mbps至20Mbps，甚至至最高可以以達(dá)到每秒秒高達(dá)100Mbps速度傳傳輸無(wú)線信信息，這種種速度會(huì)相相當(dāng)于現(xiàn)階階段最新手手機(jī)的傳輸輸速度的1萬(wàn)倍左右右。（2）通信更加靈靈活人們可以想想象的是，，眼鏡、手手表、化妝妝盒、旅游游鞋，以方方便和個(gè)性性為前提，，任何一件件能看到的的物品都有有可能成為為4G終端端，只是人人們還不知知應(yīng)該怎么么稱呼它。。未來(lái)的4G通信使使人們不僅僅可以隨時(shí)時(shí)隨地通信信，更可以以雙向下載載傳遞資料料、圖畫、、影像，當(dāng)當(dāng)然更可以以和從未謀謀面的陌生生人網(wǎng)上聯(lián)聯(lián)線對(duì)打游游戲。也許許有被網(wǎng)上上定位系統(tǒng)統(tǒng)永遠(yuǎn)鎖定定無(wú)處遁形形的苦惱，，但是與它它據(jù)此提供供的地圖帶帶來(lái)的便利利和安全相相比，這簡(jiǎn)簡(jiǎn)直可以忽忽略不計(jì)。。（3）智能性能更更高第四代移動(dòng)動(dòng)通信的智智能性更高高，不僅表表現(xiàn)于4G通信的終終端設(shè)備的的設(shè)計(jì)和操操作具有智智能化，例例如對(duì)菜單單和滾動(dòng)操操作的依賴賴程度會(huì)大大大降低，，更重要的的4G手機(jī)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)許多難以以想象的功功能。例如如4G手機(jī)機(jī)能根據(jù)環(huán)環(huán)境、時(shí)間間以及其他他設(shè)定的因因素來(lái)適時(shí)時(shí)地提醒手手機(jī)的主人人此時(shí)該做做什么事，，或者不該該做什么事事，4G手手機(jī)可以把把電影院票票房資料，，直接下載載到PDA之上，這這些資料能能夠把售票票情況、座座位情況顯顯示得清清清楚楚，大大家可以根根據(jù)這些信信息來(lái)進(jìn)行行在線購(gòu)買買自己滿意意的電影票票；4G手手機(jī)可以被被看作是一一臺(tái)手提電電視，用來(lái)來(lái)看體育比比賽之類的的各種現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)直播。（4）兼容容性能更平平滑要使4G通通信盡快地地被人們接接受，不但但考慮的它它的功能強(qiáng)強(qiáng)大外，還還應(yīng)該考慮慮到現(xiàn)有通通信的基礎(chǔ)礎(chǔ)，以便讓讓更多的現(xiàn)現(xiàn)有通信用用戶在投資資最少的情情況下就能能很輕易地地過渡到4G通信。。因此，從從這個(gè)角度度來(lái)看，未未來(lái)的第四四代移動(dòng)通通信系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)當(dāng)具備全全球漫游，，接口開放放，能跟多多種網(wǎng)絡(luò)互互聯(lián)，終端端多樣化以以及能從第第二代平穩(wěn)穩(wěn)過渡等特特點(diǎn)。（5）實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)質(zhì)量的多媒媒體通信盡管第三代代移動(dòng)通信信系統(tǒng)也能能實(shí)現(xiàn)各種種多媒體通通信，但未未來(lái)的4G通信能滿滿足第三代代移動(dòng)通信信尚不能達(dá)達(dá)到的在覆覆蓋范圍、、通信質(zhì)量量、造價(jià)上上支持的高高速數(shù)據(jù)和和高分辨率率多媒體服服務(wù)的需要要，第四代代移動(dòng)通信信系統(tǒng)提供供的無(wú)線多多媒體通信信服務(wù)包括括語(yǔ)音、數(shù)數(shù)據(jù)、影像像等大量信信息透過寬寬頻的信道道傳送出去去，為此未未來(lái)的第四四代移動(dòng)通通信系統(tǒng)也也稱為“多多媒體移動(dòng)動(dòng)通信”。。第四代移移動(dòng)通信不不僅僅是為為了因應(yīng)用用戶數(shù)的增增加，更重重要的是，，必須要因因應(yīng)多媒體體的傳輸需需求，當(dāng)然然還包括通通信品質(zhì)的的要求。總總結(jié)來(lái)說(shuō)，，首先必須須可以容納納市場(chǎng)龐大大的用戶數(shù)數(shù)、改善現(xiàn)現(xiàn)有通信品品質(zhì)不良，，以及達(dá)到到高速數(shù)據(jù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆＃?）通信費(fèi)用更更加便宜由于4G通通信不僅解解決了與3G通信的的兼容性問問題，讓更更多的現(xiàn)有有通信用戶戶能輕易地地升級(jí)到4G通信，，而且4G通信引入入了許多尖尖端的通信信技術(shù)，這這些技術(shù)保保證了4G通信能提提供一種靈靈活性非常常高的系統(tǒng)統(tǒng)操作方式式，因此相相對(duì)其他技技術(shù)來(lái)說(shuō)，，4G通信信部署起來(lái)來(lái)就容易迅迅速得多；；同時(shí)在建建設(shè)4G通通信網(wǎng)絡(luò)系系統(tǒng)時(shí)，通通信營(yíng)運(yùn)商商們會(huì)考慮慮直接在3G通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)施之上上，采用逐逐步引入的的方法，這這樣就能夠夠有效地降降低運(yùn)行者者和用戶的的費(fèi)用。據(jù)據(jù)研究人員員宣稱，4G通信的的無(wú)線即時(shí)時(shí)連接等某某些服務(wù)費(fèi)費(fèi)用會(huì)比3G通信更更加便宜。。六.4G網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信面面臨的挑戰(zhàn)戰(zhàn)（1）標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)統(tǒng)一雖然從理論論上講，3G手機(jī)用用戶在全球球范圍都可可以進(jìn)行移移動(dòng)通信，，但是由于于沒有統(tǒng)一一的國(guó)際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，各種種移動(dòng)通信信系統(tǒng)彼此此互不兼容容，給手機(jī)機(jī)用戶帶來(lái)來(lái)諸多不便便。因此，，開發(fā)第四四代移動(dòng)通通信系統(tǒng)必必須首先解解決通信制制式等需要要全球統(tǒng)一一的標(biāo)準(zhǔn)化化問題，而而世界各大大通信廠商商將會(huì)對(duì)此此一直在爭(zhēng)爭(zhēng)論不休。。（2）容量受到限限制人們對(duì)未來(lái)來(lái)的4G通通信的印象象最深的莫莫過于它的的通信傳輸輸速度將會(huì)會(huì)得到極大大提升，從從理論上說(shuō)說(shuō)其所謂的的每秒100MB的的寬帶速度度，比目前前手機(jī)信息息傳輸速度度每秒10KB要快快1萬(wàn)多倍倍，但手機(jī)機(jī)的速度將將受到通信信系統(tǒng)容量量的限制，，如系統(tǒng)容容量有限，，手機(jī)用戶戶越多，速速度就越慢慢。據(jù)有關(guān)關(guān)行家分析析，4G手手機(jī)將很難難達(dá)到其理理論速度。。如果速度度上不去，，4G手機(jī)機(jī)就要大打打折扣。（3）市場(chǎng)難以消消化有專家預(yù)測(cè)測(cè)在10年年以后，第第三代移動(dòng)動(dòng)通信的多多媒體服務(wù)務(wù)會(huì)進(jìn)入第第三個(gè)發(fā)展展階段，此此時(shí)覆蓋全全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)經(jīng)基本建成成，全球25%以上上人口使用用第三代移移動(dòng)通信系系統(tǒng)，第三三代技術(shù)仍仍然在緩慢慢地進(jìn)入市市場(chǎng)，到那那時(shí)整個(gè)行行業(yè)正在消消化吸收第第三代技術(shù)術(shù)，對(duì)于第第四代移動(dòng)動(dòng)通信系統(tǒng)統(tǒng)的接受還還需要一個(gè)個(gè)逐步過渡渡的過程。。另外，在在過渡過程程中，如果果4G通信信因?yàn)橄到y(tǒng)統(tǒng)或終端的的短缺而導(dǎo)導(dǎo)致延遲的的話，那么么號(hào)稱5G的技術(shù)隨隨時(shí)都有可可能威脅到到4G的贏贏利計(jì)劃，，此時(shí)4G漫長(zhǎng)的投投資回收和和贏利計(jì)劃劃會(huì)變得異異常的脆弱弱。（4））設(shè)施施難難以以更更新新在部部署署4G通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)系系統(tǒng)統(tǒng)之之前前，，覆覆蓋蓋全全球球的的大大部部分分無(wú)無(wú)線線基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)施施都都是是基基于于第第三三代代移移動(dòng)動(dòng)通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)建建立立的的，，如如果果要要向向第第四四代代通通信信技技術(shù)術(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移的的話話，，那那么么全全球球的的許許多多無(wú)無(wú)線線基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)施施都都需需要要經(jīng)經(jīng)歷歷著著大大量量的的變變化化和和更更新新，，這這種種變變化化和和更更新新勢(shì)勢(shì)必必減減緩緩4G通通信信技技術(shù)術(shù)全全面面進(jìn)進(jìn)入入市市場(chǎng)場(chǎng)、、占占領(lǐng)領(lǐng)市市場(chǎng)場(chǎng)的的速速度度。。而而且