毕业设计（论文）-第四代移动通信的研究.doc

4G网络通信新技术研究第四代移动通信的研究摘要摘要：通信技术日新月异，给人们带来不少享受。随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、在我们还没有完全享受3G移动通信系统商所带来服务的同时,4G移动通信技术的研究已经在逐步的进行着。本文简要分析了:(1) 4G的网络结构;(2) 4G的关键技术,如OFDM,软件无线电,智能天线技术,MIMO技术。(3) 比较了3G和4G不同指标,分析了3G和4G采用的不同技术。(4) 初步探讨了4G的现状和发展。关键词：4G，网络通信AbstractThe communication technology advances, to bring a lot of enjoyment. With the demand for data communications and the development of multimedia services to meet the mobile data, as we have not fully enjoy the 3G mobile communication systems brought about by the service providers at the same time, 4G Mobile Communication Technology has been engaged in gradually. This paper analyzes: (1) 4G network structure; (2) 4G key technologies such as OFDM, software radio, smart antenna technology, MIMO technology. (3) to compare the different indicators of 3G and 4G, 3G and 4G are analyzed using different techniques. (4) discussed the status and development of 4G.keywords：4G, network communication目录摘要I目录III前言1第一章 移动通信的发展历程与4G网络结构21.1 移动通信的发展历史1.2 4G的三层网络结构21.3 4G物理层结构2第二章 4G网络中的关键技术42.1 OFDM42.2软件无线电42.3 智能天线技术(SA)42.4 多输入多输出(MIMO)技术52.5 基于IP的核心网5第三章 3G与4G的比较63.1核心阅读63.2技术指标方面63.3技术方面73.4速度方面73.5 4G是什么83.6 4G会采用什么标准93.7 4G手机怎么样103.8公众何时能用上4G113.9 4G会取代3G吗11第四章 5大4G标准144.1 LTE144.2 LTE-Advanced144.3 WiMax15第五章、4G的发展展望185.1显著的差异185.2无线宽带，一插即行185.3其它市场195.4我国的4G的发展20第六章 4G的主要优势276.1网络频谱更宽276.2通信更加灵活276.3智能性能更高286.4兼容性能更平滑286.5提供各种增值服务286.6实现更高质量的多媒体通信286.7频率使用效率更高296.8通信费用更加便宜29第七章 4G存在缺陷307.1标准难以统一307.2技术难以实现307.3容量受到限制307.4市场难以消化317.5设施难以更新31第八章 总结33参考文献：34致谢3537前言随着3G在我国的商用以来,用户在使用手机电视和视频通话方面,出现信号不稳,视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G能够解决这些问题,能够提供更高的数据速率,更大的容量和带宽。从而使4G比3G更接近个人通信,在技术上比3G更完善。 所谓4G技术是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性第一章 移动通信的发展历程与4G网络结构1.1 移动通信的发展历程 第一代移动通信系统（1G） 主要采用的是模拟技术和(FDMA)频分多址技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游游，只能是一种区域性的移动通信系统。有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。第二代移动通信技术主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。主要业务是语音。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游，由于第二代数字移动通信系统带宽有限，限制了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务如移动的多媒体业务。目前普及最广的是第二代（2G）手机，一般采用GSM或CDMA技术。可提供话音业务低速的数据业务,也就是收发短消息之类。已经不能满足人们的需求。因此3G技术的发展成为必然。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。新兴通信技术的不断推动之下，象征着3G通信标志的技术WCDMA应运而生。该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率，使得现在计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。强大的3G仍然有不足之处：（1）速率不够。3 G支持的速率还不够高，单载波只支持最大 2 M b p s的业务。虽然传输率比现有快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通讯需求。（2）兼容性。第三代移动通信系统的通信标准共有W C D M A ， C D M A 2 0 0 0 和T D S C D M A 三大分支， 共同组成一个 I M T 2 0 0 0 家庭， 成员间存在相互兼容的问题。（3）带宽是非常稀缺的资源。3 G 的频谱利用率还比较低，3G面临的应用问题制式标准仍然不统一，标准间不兼容,核心网络不基于IPv6，无法实现全球漫游, 不能充分地利用宝贵的频谱资源；不支持高速流媒体业务; 不支持与WLAN、FWA、PAN的互联提出了新的挑战：第四代移动通讯系统的任务是： 提供更大的频宽需求，满足第三代移动通讯尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。 第四代移动通信的提出 国内外对4G的研究现状随着3G在我国的商用以来,用户在使用手机电视和视频通话方面,出现信号不稳,视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G能够解决这些问题,能够提供更高的数据速率,更大的容量和带宽。从而使4G比3G更接近个人通信,在技术上比3G更完善。 所谓4G技术是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性,第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方宽带接入互联网（包括卫星通信），能够提供信息通信之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。同时，第四代移动通信系统还应该是多功能集成的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。1.2 4G网络网络结构4G系统针对各种不同业务的接入系统,通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层:物理网络层、中间环境层、应用网络层。 1) 物理网络层提供接入和路由选择功能。 2) 中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。 3) 物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的,使发展和提供新的服务变得更容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带,这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端,跨越多个运营商和服务商,提供更大范围服务。对于人们来说，未来的4G通信的确显得很神秘，不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来发明的最复杂的技术系统，的确第四代无线通信网络在具体实施的过程中出现大量令人头痛的技术问题，大概一点也不会使人们感到意外和奇怪，第四代无线通信网络存在的技术问题多和互联网有关，并且需要花费好几年的时间才能解决。总的来说，要顺利、全面地实施4G通信，可能遇到下面的一些困难： 近年来3G演进技术的发展异常迅速，但无线技术是否已经达到完美的地步?国家863计划专家组成员、未来移动通信论坛秘书长尤肖虎的答案是否定的。在他看来，现有无线技术有待解决的问题还很多，需要改进的空间也很大1。 1.3物理层从物理层的传输技术看，虽然在目前LTE、UMB、WiMAX系统设计已经很完善，但在此基础上还需进一步的改造，尤其在多用户层面上。“目前，4G中的点对点技术将接近理论值，但多用户传输技术还有很大的改进空间，多小区传输技术的差距更大。”诸如多用户或多小区之间的协调、干扰的抑制抵消以及无线资源的分配等众多问题，都还没有系统的解决方案。另外跨层的设计和优化也是需要解决的问题之一。“原先的分层理论需要避免跨层联动的问题，而跨层设计的思想则恰恰相反，所以这是否是一个可能的发展方向还需进一步讨论。”尤肖虎指出。尤肖虎认为组网层面上同样存在很大的改进空间。（1）现有网络向着扁平化发展，扁平化结构固然具备显而易见的优势，其中最突出的是简化系统结构和减少延时，但同时也带来很多问题，如基站间的协调与管理。所以如何动态地感知周围干扰、对资源进行动态的配置，成为扁平化网络结构首先需要解决的问题，针对于这一点，尤肖虎认为无线网络的自组织、自优化将成为未来可能的发展方向。虽然去年的世界无线电大会指定了4个IMT-Advanced的使用频段，但在全世界范围内很难找到4个统一的频段。以3.4GHz3.6GHz为例，由于中国的该频段已经用于无线卫星的导航业务，使得这一频段的利用非常复杂，并且出现了很多不确定性。所以提高频谱利用率成为无线领域的重要命题。同时尤肖虎还提到，不同频段都具有各自的特点，高频段带宽丰富，但是传播衰减较大;低频段传播质量好，但其带宽较为有限。尤肖虎认为，4G技术在面临多个频段的情况下，能否将这些频段有效地、甚至是动态地利用起来，从而发挥各个频段的优势，也是业界面临的问题和需要努力的方向。（2）小区中心的性能差异在4G中仍将是重大难题。由于信号存在衰减，离天线越远，频谱利用率越低。而在现有网络结构中，由于基站处于小区的中心位置，所以当用户在小区边缘时很难充分享受到现有业务。如何改善小区覆盖的均匀性就成为4G技术面临的挑战。关于改善小区边缘性能的问题，尤肖虎提到了基于Relay和基于分布式天线的两种方式，他认为Relay复杂度较低，容易实现，但问题是中继节点离用户较近，提高频谱利用率的可能性也会因此而降低。相比而言分布式天线的方式复杂度较高，实现上也有一定的困难，但经论证可以显著提高系统容量，并可较好地兼顾传输性能，在相同天线相同发射功率的条件下，小区的频谱利用率可以明显提高。另外，出于对电磁污染和手机待机时间问题的考虑，手机发射功率已经成为“瓶颈”问题，分布式天线的方式则可以降低手机功率，对于此问题的解决也有很大助益。 第二章 4G网络中的关键技术 2.1 OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术, OFDM系统的主要技术1) 时域和频域同步OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是实际应用中可能与FDMA、TDMA和CDMA等多址方式结合使用时，时域和频域同步显得尤为重要。与其他数字通信系统一样，同步分为捕获和跟踪两个阶段。在下行链路中，基站向各个移动终端广播式发送同步信息，所以，下行链路同步相对简单，较易实现。在上行链路中来自不同移动终端的信号必须同步到达基站，才能保证载波间的正交性。基站根据各移动终端发来的子载波携带信息进行时域和频域同步信息的提取，再由基站发回移动终端，以便让移动终端进行同步。具体实现时，同步可以分别在时域或频域进行，也可以时频域同步同时进行。信道编码与交织为了提高数字通信系统性能，信道编码和交织是通常采用的方法。对于衰落信道中的随机错误，可以采用信道编码；对于衰落信道中的突发错误，可以采用交织。实际应用中通常同时采用信道编码和交织，进一步改善整个系统的性能。在OFDM系统中，如果信道频域特性比较平缓，均衡是无法再利用信道的分集特性来改善系统性能的，因为OFDM系统本身具有利用信道分集特性的能力，一般的信道特性信息已经被OFDM这种调制方式本身所利用了。但是OFDM系统的结构却为在子载波间进行编码提供了机会，形成OFDM编码方式。实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的一种。其主要原理是:将待传输的高速串行数据经串并变换, 变成在子信道上并行传输的低速数据流, 再用相互正交的载波进行调制, 然后叠加一起发送。 接收端用相干载波进行相干接收, 再经并串变换恢复为原高速数据。 OFDM技术的有很多优点:可以消除或减小信号波形间的干扰,对多径衰落和多普勒频移不敏感,提高了频谱利用率;适合高速数据传输;抗衰落能力强;抗码间干扰(ISI)能力强。 2.2软件无线电 软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器(A/D)及数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等2 。2.3 智能天线技术(SA) 智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发,同时,通过基带数字信号处理器,对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形。 2.4 多输入多输出(MIMO)技术 多输入多输出(MIMO)系统技术多用户检测(MUD)技术能够有效地消除码间干扰，提高系统性能。多用户检测的基本思想是把同时占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当做有用信号，而不是作为干扰信号处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号，即综合利用各种信息及信号处理手段，对接收信号进行处理，从而达到对多用户信号的最佳联合检测。多用户检测是4G系统中抗干扰的关键技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。随着不同算法和处理技术的应用与结合，多用户检测获得了更高的效率、更好的误码率性能和更少的条件限制。在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基站和移动台之间可形成MIMO通信链路。MIMO技术在不需要占用额外的无线电频率的条件下，利用多径来提供更高的数据吞吐量，并同时增加覆盖范围和可靠性。它解决了当今任何无线电技术都面临的两个最困难的问题，即速度与覆盖范围。它的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说，可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。 多输入多输出技术(MIM0)是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线,充分利用空间传播中的多径分量,在同一频带上使用多个子信道发射信号,使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益,已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率,且其空间分集可显著改善无线信道的性能,提高无线系统的容量及覆盖范围。 2.5 基于IP的核心网 IPv6技术4G通信系统选择了采用IP的全分组方式传送数据流，因此IPv6技术是下一代网络的核心协议。选择IP主要基于以下几点考虑：(1) 巨大的地址空间。IPv6地址为128位，代替了IPv4的32位，地址空间大于3.41038。如果整个地球表面（包括陆地和水面）都覆盖着计算机，那么IPv6允许每平方米拥有71023个IP地址。可见，IPv6地址空间是巨大的。在一段可预见的时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址。自动控制。IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态或有状态两种地址自动配置方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。对于有状态地址配置机制，如DHCP(动态主机配置协议)，需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。核心网独立于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构,能允许各种空中接口接入核心网;同时核心网能把业务、控制和传输等分开。IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。第三章 3G与4G的比较3.1核心阅读正当第三代移动通信（3G）正在国内全面铺开的时候，比3G提速十倍以上的新一代移动通信技术TDLTE，在上海世博会上闪亮登场：高清视频通话，实时展会直播，高速移动上网多种移动宽带服务，不仅实现了对5.28平方公里的世博园区的完整覆盖，而且还实现了黄浦江水面以及信息通信馆、世博中心等11个重要场馆室内覆盖。在这个全球首个“准4G”TDLTE规模演示网获得成功之后，中国移动又计划下半年在国内三个城市进行扩大规模的实验试用。引人注目的是，TDLTE已聚集了大批中外企业，如大唐、华为、中兴、上海贝尔、摩托罗拉，以及创毅视讯、海思等国内外网络设备商与芯片厂商。种种迹象表明，3G尚在发力，4G已悄然逼近，且伸手可及。由于目前 3G采用很多先进性的技术, 将来4G在很大程度上进一步融合 3G现有的技术。比如,智能天线,软件无线电,联合检测,功率控制等。虽然4G继承了3G的许多技术,但是在指标和技术方面有诸多区别。3.2技术指标方面3G提供了高速数据,在图象传输上,其静止传输速率达到2Mbps,高速移动时的传输速率达到114Kbps,慢速移动时的传输速率达到384kbps, 带宽可以达到5MHz以上UMT采用WCDMA技术,利用正教码区分用户,有FDD和TDD两种双工方式。 4G的性能指标是: a) 数据速率从2Mbps到100Mpbs b) 容量达到第 3 代系统的 510 倍 ,传输质量相当于甚至优于第 3 代系统。广带局域网应能与宽带综合业务数据网 (B - ISDN)和异步传送模式 (ATM)兼容 ,实现广带多媒体通信 ,形成综合广带通信网 c) 条件相同时小区覆盖范围等于或大于第 3 代系统。 d) 具有不同速率间的自动切换能力 ,以保证通信质量。 e) 网络的每比特成本要比第 3 代低。3.3技术方面a) 3G的关键技术是CDMA技术,而4G采用的是OFDM技术。OFDM可以提高频谱利用率,能够克服 CDMA 在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题。 b) 在软件无线电方面,4G对3G中的软件无线电技术进行升级,满足4G中无线接入多样化要求,使得3G中无线接入标准不统一的问题得以解决。同时在4G中,实现软切换和硬切换相结合,对3G中的软件无线电基础上通过增加相应的硬件模块 ,对相应的软件进行升级使他们最终都融合到一起 ,成为一个统一的标准 , 实现各种需求的功能。 c) 3G 网络采用的主要是蜂窝组网,4G采用全数字全IP技术,支持分组交换,将WLAN,Bluetooth 等局域网融入广域网中。在4G中提高智能天线的的处理速度和效率。在TD-SCDMA采用智能天线的基础上,对相关的软件和算法加以升级,增加一些接口协议来满足4G的要求。 d) 4G系统也使用了许多新技术 , 包括超链接 (ultra2connectivity)和特定无线网络技术、动态自适应网络技术、智能频谱动态分配技术以及软件无线电技术 ,等等。 e) 在功率控制上 ,4G比 3G要求更加严格 ,其目的是为了满足高速通信的要求。不仅频率资源限制移动用户信号的传输速率 ,而且基站和终端的发射功率也限制了用户信号的传输速率。在 3G中 ,采用切换技术来减少对其它小区的干扰 ,提高话音质量 ,不过在 4G中 ,切换技术的应用更加广阔 ,并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展3。3.4速度方面通信委员会的最新研究显示，在使用同样数量频谱(在客户手机于互联网之间传送信息的无线电波)的情况下，下一代移动技术的数据传输能力将是现有3G技术的两倍以上。传输能力的增强对满足英国迅速增加的移动数据流量来说至关重要，而移动数据流量的增加主要受智能手机和移动宽带数据服务(如流媒体、电子邮件、信息服务、地图服务和社交网络等)增长的带动。英国计划从2013年开始采用4G移动通信技术，届时，移动宽带服务的速度将显著提高接近目前的ADSL家庭宽带速度。这一目标有望通过4G技术更为有效地利用频谱而得以部分地实现。通信委员会的首席技术官斯蒂芬昂格尔博士指出：“在频谱数量相同的情况下，4G移动通信技术传输的数据比3G多。而效率的提高意味着4G网络将能够支持更高的数据速率和更多的用户。我们的研究表明，早期4G移动网络的标准配置将是现有标准3G网络3.3倍(即4G的频谱效率高出3G 230%)。鉴于此，早期4G网络的用户在下载一段视频时，所使用的时间只有目前3G网络的三分之一*。预计到2020年，这一比率将扩大至5.5倍(450%)。”相关部门在对现有理论预测和实地部署试验进行审核与分析的基础上，进行了上述研究，而这项研究的目的是希望了解在引入4G技术后，频谱效率可能提高的程度。这些信息为通信办公室的战略频谱管理工作的提供了重要依据。这项研究分析了多种4G技术，其中包括长期演进(LTE)及LTE后续技术(仍在开发中)，如LTEAdvanced。研究还探讨了新出现的和后继的WiMAX无线技术，这种技术与Wi-Fi类似，但其覆盖范围更大，可达数公里。这项研究显示，尽管通过采用4G技术提高了频谱效率，进而增加了4G网络的容量，但这并不足以满足用户对移动数据的需求预期增长。出了更为有效地利用现有的频谱，还需要更多的频谱，其中部分将通过2012年拍卖800MHz和2.6GHz新频谱获得。2012将的拍卖将是英国有史以来为移动服务分派额外频谱而举行的规模最大单次拍卖活动，预计拍卖的频谱数量相当于目前所使用的移动频谱总量的四分之三。此外，移动网络还需要巧妙的设计，以确保频谱能够得到最有效地利用。该研究预计，为了满足特定地区的用户需求，更多小基站将会大展身手。3.5 4G是什么4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。第四代移动通信采用广带(Broadband)接入和分布网络技术，具有非对称超过2 Mb/s 的数据传输能力，对全速移动用户能提供150 Mb/s的高质量影像服务，将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)，集成了不同模式的无线通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网(IBCN)。它还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。其主要技术要求是：(1) 通信速度提高，数据率超过UMTS，上网速率从2 Mb/s提高到100 Mb/s。 (2) 以移动数据为主，面向Internet大范围覆盖高速移动通信网络，改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。 (3) 采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式，支持手机互助功能，采用可穿透无线电，可下载无线电等新技术。 (4) 发射功率比现有移动通信系统的降低了10100倍，能够较好地解决电磁干扰的问题。 (5) 支持更为丰富的移动通信业务，包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务等，使用户在任何地方可以获得任何所需的信息服务，且服务质量得到保证目前，业界对第四代移动通信共识的方面有： (1) 第四代移动通信以数据通信和图像通信为主。 (2) 数据通信的速率比第三代的要大大提高，室外移动通信的速率为20 Mb/s以上，室内移动通信速率为100 Mb/s以上。 (3) 与因特网结合，通信以IP协议为基础。 (4) 预计将是没有基站的完全与一、二、三代不同的网络结构，包括AdHoc网自组织网络。 按照目前的研究成果和专家预测，4G系统将会在2010年以后投入商业运营，最高下行速率将达到100 Mb/s。ITU-R的WP8F工作组也估计下一代移动通信系统将在2010年左右投入商业运营。在世界各国都在积极地对4G进行研究时，我国对第四代移动通信的研究也已经正式列入了863项目，并启动了“FUTURE计划”。具体分为以下三个阶段： (1) 2001年12月2003年12月，开展Beyond 3G/4G蜂窝通信空中接口技术研究，完成Beyond 3G/4G无线传输系统的核心硬、软件研制工作，开展相关传输实验，向ITU提交有关建议。 (2) 2004年1月2005年12月，使Beyond 3G/4G空中接口技术研究达到相对成熟的水平。进行与之相关的系统总体技术研究(包括与无线自组织网络、无线接入网络的互联互通技术研究等)，完成联网试验和演示业务的开发，建成具有Beyond 3G/4G技术特征的演示系统。向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准。 (3) 2006年1月2010年12月，设立有关重大专项，完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场试验。3.6 4G会采用什么标准我国自主研制的TDSCDMA的“升级版”TDLTE Advanced，已经被国际电联纳入4G候选国际标准，有望最终入选张辉介绍说，4G与3G有一个很大的不同，就是标准逐步统一。当年，国际电信联盟曾确定了10种3G候选技术，2001年正式批准其中的5项为国际标准。经过市场选择，最后TDSCDMA、WCDMA和CDMA 2000三种主流技术成功实现商用。2007年10月，WiMax也成功获得国际电联的批准，跻身3G标准之列。但在4G国际标准制定中，国际电信联盟在候选技术阶段只确定了两种候选技术，实现了技术聚焦。这意味着未来的4G标准只有2种甚至1种，如果采用其他的技术，都不能被称为4G。这两种技术是LTEAdvanced和802.16m，每种又都有两种制式：时分双工（TDD）和频分双工（FDD）。我国主推的TDLTE继承LTE TDD制式的优点，又与时俱进地引入了MIMO（多入多出技术）与OFDM（正交频分复用技术），在系统带宽、网络时延、移动性方面都有了跨越式提高。TDLTE使用了国际电联定义的4G时代的一部分关键技术，是我国TDSCDMA的后续演进技术，继承了TDSCDMA系统大量中国自主知识产权。以中国移动为代表的中国企业在TDSCDMA标准化、产业化、规模部署经验的基础上，主导了TDLTE的标准化和产业化发展，已经打造了初步产业链条，吸引了众多厂商的加入。据介绍，TDLTE的增强技术，即TDLTE Advanced已经于去年被确立为4G标准的候选技术。从国际情况来看，TD被国际上大的制造商和一部分运营商所认可，再加上中国手机用户和互联网用户的巨大吸引力，很多专家预计，到今年10月国际电联确认4G国际标准时，TDLTE Advanced将很有希望入选4。3.7 4G手机怎么样超大屏幕，视频可实现视频通话、高清电视、在线戏等无线宽带服务。4G终端的本质，其实是电脑做小，而不是手机做大 “4G手机，准确的说是4G终端，与3G、2G时代的手机相比，有了很大的变化”，张亮说，“就好像普通公路变成高速公路了，道宽了，路平了，就需有好车和跑车。做4G就是修跑道，4G终端就是跑车。” “现在我们研制的跑车状态很好”，张亮给记者透露，中兴通讯经过2年多的研发，成功开发出多款4G手机，而且产品已经大规模测试，明年1月份即将上市。将先在美国和欧洲等国外地区进行商用，同时在中国移动试验网开始测试。张亮说，其实苹果之前推出的ipad（平板电脑），也指出了未来一个方向，移动互联网将是4G终端的核心应用。因此，4G手机将拥有超大屏幕，7寸、9寸甚至更大。他透露，中兴品牌的4G终端最小也是7寸的屏幕。 “说白了，我为什么叫4G终端而不说4G手机，因为4G终端的本质，其实是电脑做小，而不是手机做大。”张亮说，“也正因为此，4G终端的研发并不容易，更关注用户对互联网的体验，在待机时间、天线等设计等方面都很有难度。我们做了2年，现在已经有3款产品在测试。”对于消费者关心的价格问题，张亮认为开始可能贵一些，但随着规模起来，价格会越来越低，等到产业链完善时，成本会接近3G手机的水平，价格也会和目前3G手机相当。3.8公众何时能用上4G国外明年将用，我国下半年在三城市试点，预计2012年在热点地区投入商用多位专家都表示，4G的商用比预想要快很多，在国外明年就将小规模商用，我国预计2012年开始小规模商用。 “我国从2G发展到3G，用了10年时间，比欧美要晚很多。为什么花这么长时间？因为需求不明确”，张辉认为，2G就能打电话、发短信，可以满足当时大多数中国消费者的需求，因此3G的需求开始并不旺盛。现在随着智能手机的普及，特别是移动互联网的爆发，需求突然不再是问题。因为随着互联网和手机的结合，互联网主流业务进入移动领域，彻底解决了需求问题，这将使4G的商用大大提前。 “以前是产业推动需求，现在是需求拉动产业，其结果很不一样”，张辉表示，3G在带宽方面的局限，用户对移动互联网的需求，将推动4G的快速发展。由于我国推动3G较晚，中国移动和通信设备厂商在大规模铺开3G网络的时候，就已经考虑了向4G升级。刘宏春告诉记者，现在帮助运营商建设3G网络，将来如果要升级到4G，设备不用更换，也基本不需要增加硬件，只需要做软件系统的升级就能实现。在国内进行的TDLTE网络相关技术的测试中，结果令人满意，特别是移动设备在3G和4G网络中的混用测试的成功，将保证未来TDSCDMA向TDLTE网络的顺利过渡。他向记者透露，中兴通讯目前已经在海外承建了5个商用实验网，包括欧洲、俄罗斯、美国等地，预计明年就将开始小规模的商用。而在我国，在上海世博会TDLTE规模演示网成功运行之后，工信部和中国移动正在3个城市推进规模化的实验试用，预计下半年会在每个城市设立100个基站，客户为5000人。初期将通过数据卡方式向用户提供服务，到明年第三季时会扩展至智能手机用户。专家预计，中国移动将于2012年在热点地区推出4G商用服务。3.9 4G会取代3G吗4G将首先覆盖热点和发达地区，未来我国将形成2G、3G和4G并存的局面，而不是简单升级替换接受记者采访的所有专家都认为，3G包括2G都不会被4G完全取代，三者将会长期并存。张辉认为，4G面对的是高端的数据服务，是对3G有效的补充。考虑到成本和需求，一定是从热点城市和发达地区布网开始，不可能全国布网。中国电信研究院的一位专家告诉记者，3G的商用没有将2G完全替代掉，而4G也一样替代不了3G。中国是一个情况复杂的大国，当4G时代，很多用户还会继续使用3G网络，使用2G的也将有大批用户。4G也不可能大范围建网，至多在一些对数据信息需求量大的特大城市布网，比如上海、北京等，其他城市3G已经够用了。“相信在4G之后的10年内，我们都不会看到3G退出市场。”专家认为，运营商未来会在4G和3G之间找出一种平衡关系，如在覆盖上怎么交叉、各占多大的比率等等。就像现在中国移动GSM用户最多，覆盖面最广，而TDSCDMA在某些区域实际上就是在2G和3G之间进行轮换服务。在未来的4G时代，情况会与此类似。在不同的地区，选择4G服务的消费者也会出现在4G、3G和2G之间平滑切换的情况。中国移动宣布测试4G移动技术 中国移动在巴塞罗那的移动通信世界大会（MWC）上表示，将联合英国沃达丰（Vodafone）和美国Verizon公司，进行4G移动技术LTE(Long Term Evolution，汉译：长期演进技术）的测试。支持LTE技术的还有日本的NTT。LTE技术分两种，频分（FDD）LTE和时分（TDD)LTE。这两种LTE都会被测试，但中国移动更倾向于TDD-LTE，因为它是中国参与开发的TD-SCDMA标准的后续发展。 今年初，大唐电信和爱立信联合成立了LTE研究中心，中兴和阿尔卡特朗讯在中国的子公司，上海贝尔阿尔卡特，也在进行TD-LTE的研发。中国的3G牌照迟迟发不下来，电信公司的重组方案也是一变在变，没有定数。目前最有可能的方案是，成立三家电信公司，每家都有固话和移动经营权：网通加上联通的GSM网是一家；中国电信加上联通的CDMA网是一家；中国移动加上铁通是一家。据称这一方案已获批准，很快就会实施。这样的话，3G网络就可以开始大规模建设，从中受益最大的将是网络设备供应商，如华为、中兴、阿尔卡特朗讯、爱立信、诺基亚西门子、和北电等。如果3G网络的建设还不能很快开始，有的中国电信公司可能会跳过3G，直接建设4G LTE网络。在欧洲、日本、和美国，3G网络已在大规模运行，4G网络也已经开始建设。LTE是4G技术中支持者最多的一种，排在第二位的是WiMAX。WiMAX又称IEEE802.16，由Intel大力推动。美国的Sprint已开始投资数十亿美元，在美国建设WiMAX网络。其他的4G技术还有，从CDMA 2000发展来的UMB，WiBro，和iBurst等5。第四章 5大4G标准国际电信联盟(ITU)已经将WiMax、HSPA+、LTE正式纳入到4G标准里，加上之前就已经确定的LTE-Advanced 和WirelessMAN-Advanced这两种标准，目前4G标准已经达到了5种。 4.1 LTELTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。主要特点是 在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。并且这一标准也是3GPP长期演进(LTE)项目，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下： GSM-GPRS-EDGE-WCDMA-HSDPA/HSUPA-HSDPA+/HSUPA+-LTE长期演进 GSM：9K -GPRS:42K- EDGE:172K -WCDMA：364k -HSDPA/HSUPA:14.4M -HSDPA+/HSUPA+:42M -LTE:300M 由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到LTE这一状态，包括中国自主的TD-SCDMA网络也将绕过HSPA直接向LTE演进，所以这一4G标准获得了最大的支持，也将是未来4G标准的主流。该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度，网络浏览速度大大提升。 4.2 LTE-AdvancedLTE-Advanced： 从字面上看，LTE-Advanced就是LTE技术的升级版，那么为何两种标准都能够成为4G标准呢？LTE-Advanced的正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，它满足 ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。LTE-Advanced是 一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命，相当于HSPA和WCDMA这样的关系。LTE-Advanced的相关特性如下： 带宽：100MHz 峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps 峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz 针对室内环境进行优化 有效支持新频段和大带宽应用 峰值速率大幅提高，频谱效率有限的改进 如果严格的讲，LTE作为3.9G移动互联网技术，那么LTE-Advanced作为4G标准更加确切一些。LTE-Advanced的入围，包含 TDD和FDD两种制式，其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式，而WCDMA网络能够进化到FDD制式。移动主导的TD-SCDMA网络期望能够 直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。 4.3 WiMaxWiMax：WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是IEEE 802.16。WiMAX的技术起点较高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高，这也是未来移动世界和固定网络的融合趋势。 802.16工作的频段采用的是无需授权频段，范围在2GHz至66GHz之间，而802.16a则是一种采用2G至11GHz无需授权频段的宽带无线接入系统，其频道带宽可根据需求在1.5M至20MHz范围进行调整，目前具有更好高速移动下无缝切换的IEEE 802.16m的技术正在研发。因此，802.16所使用的频谱可能比其它任何无线技术更丰富，WiMax具有以下优点： (1)对于已知的干扰，窄的信道带宽有利于避开干扰，而且有利于节省频谱资源。 (2)灵活的带宽调整能力，有利于运营商或用户协调频谱资源。 (3)WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，能够使无线网络的覆盖面积大大提升。 不过WiMax网络在网络覆盖面积和网络的带宽上优势巨大，但是其移动性却有着先天的缺陷，无法满足高速(50km/h)下的网络的无缝链接，从这个意义上讲，WiMax还无法达到3G网络的水平，严格的说并不能算作移动通信技术，而仅仅是无线局域网的技术。但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技术上，将能够有效的解决这些问题，也正是因为有中国移动、因特尔、Sprint各大厂商的积极参与，WiMax成为呼声仅次于LTE的4G网络手机。关于IEEE 802.16m这一技术，我们将留在最后作详细的阐述。 第五章、4G的发展展望Clearwire公司09年1月把波特兰改造为美国西部无线网络速度最快的城市，以及全球四大 4G WiMAX 无线宽带服务之一Clear的使用基地。借助 Clear，波特兰的消费者和企业会以真正的宽带速度实现对互联网的无线访问，在家庭、办公场所和地铁等地畅游网络。 Clearwire 首席执行官 Benjamin G. Wolff 表示：“Clearwire 把互联网的速度和移动性完美融合，令无线网的面貌焕然一新。人们以提高客户工作效率和生活品质为导向，致力于为服务区内的每一位客户提供优质服务。” 英特尔公司执行副总裁兼销售与市场营销事业部总经理马宏升表示：“作为新一代无线技术，WiMAX 为消费者带来了真正的平民化移动互联网体验。英特尔会携手 Clearwire 及其合作伙伴，让消费者以前所未有的方式，随时在更多地点