第四代移动通信的发展趋势课案

1、对第四代移动通信技术（ 4G ）的学习和认识前言：2013年12月4日下午，工业和信息化部正式发放 4G牌照，宣告我国通信行业进入 4G时代。 如果说2G 3G通信对于人类信息化的发展是微不足道的话，那么未来的4G通信却给了人们真正的沟通自由， 并彻底改变人们的生活方式甚至社会形态。 移动通信已经经历了三代发展 历程，每一代的发展都基于技术的突破和观念的创新。 第一代移动通信从发明蜂窝概念开始， 通过频率复用增大了系统容量， 实现了语音移动通信； 第二代移动通信用数字技术取代模拟 技术， 增加了数据业务； 第三代移动通信的频带利用率更高， 每用户比特速率更大，并使移 动通信与In ternet

2、进一步融合，为移动中的人们提供广泛的基于ip的多媒体业务。未来移动通信的目标是为每个人提供综合的广带业务， 并在业务获得及网络性能上提供前所未有的灵 活性。关键词： 第四代移动通信关键技术移动通信发展历程：移动通信是指移动用户之间， 或移动用户与固定用户之间的通信。 随着电子技术的发展， 特 别是半导体、 集成电路和计算机技术的发展， 移动通信得到了迅速的发展。随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高，促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展。20 世纪 80年代以来， 移动通信已成为现代通信网中不可缺少并发展最快的通信方式之一。目前移动通信已成为当代通信领域内的发展潜力最大、 市场前景最广的

3、热点技术。 全球已具有相当规模 的移动通信标准有 GSM CDM/和TDMAE大分支，每个分支都在抢占市场。 回顾移动通信的发展历程，移动通信的发展大致经历了以下几个发展阶段：1、第一代移动通信技术（ 1G）第一代移动通信技术简称 1G ,技术种类为AMPS，也就是类比式移动电话系统，是最早期 的移动电话系统， 它的传输速率无法提供资料传输， 主要是提供一般语音通讯服务。 例如大 哥大。1G主要采用的是模拟技术和频分多址（ FDMA ）技术。由于受到传输带宽的限制， 不能进行移动通信的长途温游， 只能是一种区域性的移动通信系统。 第一代移动通信技术有 多种制式，我国主要采用的是 TACS。第一

4、代移动通信技术有很多不足之处，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。2、第二代移动通信技术（ 2G）第二代移动通信技术简称 2G ，语音加低速数据业务，基本是电话和短信。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，其主特性是提供数 字化的话音业务及低速数据业务。 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

5、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。3、第三代移动通信技术（ 3G）与从前以模拟技术为代表的第一代和目前大部分还在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入In ternet。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另个主要特点。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

6、率。 提供包括卫星满足多媒体业务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。的要求， 从而为用户提供更经济、地面、 标准不的区域性通信系统。内容更丰富的无线通信服务。 但第三代移动通信仍是基于 虽然第三代移动通信可以比现有传输率快上千倍， 但是未G是gen eration （一代）的简称。4G系统能够以100Mbps2000倍，上传的速度也能达到20Mbps,并能够满足几乎来仍无法满足多媒体的通信需求。 第四代移动通信技术（4G）简介 4G是第四代移动通讯技术的简称， 的速度下载，比目前的拨号上网快4G与固定宽带网络在价格所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格

7、方面， 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。第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络, 具有非对称的超过 2Mbit/s 的数据 传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。 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, 可以在任何地方用宽带接入互联网 （包括 卫星通信和平流层通信） ,能够提供定位定时,数据采集、远程控制等综合功能。此外,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

8、质量传输。他 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）。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）,他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。第四代移动通信技术产生的背景随着人们的生活空间、 活动空间和参与领域在不断地扩大， 对手机的功能要求， 已不仅仅是 对话和通信， 还有许许多多其他方面的功能。 要实现这些功能， 就必须要有新型的通信技术 来做保证， 在这种情况下各种新兴的通信技术就应运而生了， 但是， 因为各个通信商家的利 益得不到很好的协调，

9、这些新兴的通信技术如今被分化成了三大阵营。 然而， 统一的呼声在 业界仍然留存， 希望在未来能够统一。 这种趋势迫使人们考虑新一代的系统， 它能在所有的 环境和各种移动状态中传送无线多媒体服务，满足用户服务质量（QoS）的要求。从移动通信系统数据传输速率的比较来看， 第一代模拟式仅提供语音服务； 第二代数字式移 动通信系统传输速率也只有9.6kbit/s ，最高可达32kbit/s ，如PHS而第三代移动通信系统数据传输速率可达到 2Mbit/s ；预计,第四代移动通信技术可以达到 10Mbit/s 至 20Mbit/s 。 虽然第三代移动通信技术可以比现有传输速率快上千倍, 但是未来仍无法满

10、足多媒体的通信 需求,第四代移动通信技术的提出便是希望能满足更大的频宽需求。 第四代移动通信技术与第三代移动通信技术都是为未来无线通信服务的,将多媒体包括语 音、数据、 影像等大量信息透过宽频的信道传送出去, 我们暂时将第四代移动通信技术称之 为“多媒体移动通信（Multi-MobileCommunication） ”，通常也简称为 4G。第四代移动通信不仅是为了因应用户数的增加, 更重要的是, 必须要因应多媒体的传输需求, 当然还包括通 信品质的要求。 总的来说, 必须可以容纳庞大的用户数、 改善现有通信品质以及达到高速数 据传输的要求。 第四代移动通信系统在业务、 功能、频带上都将不同于第

11、三代系统,第四代 移动通信的概念也可称为宽带接入和分布式网络, 具有非对称的超过 2Mbit/s 的数据传输能 力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统 ） 。另外,第四代移动通信将在不同的固定和无线平台和跨越不同频带的网 络运行中提供无线服务, 可以在任何地方宽带接入因特网, 包含卫星通信, 能提供信息通信 之外的定位、数据采集、 远程控制等综合功能。同时,第四代移动通信系统将是多功能集成 的宽带移动通信系统,是宽带接入 IP 系统。可以肯定的是，随着互联网高速发展4G也会继续高速发展；电脑日趋小型化、简便化，最终将所有技术整合为一个类似

12、PDA的产品；卫星通信和空间技术会成为常用技术。而移动通信应用的相关技术， 如更高频宽的应用、 智能信号处理技术、 业务功能综合能力、 网络技术 及卫星技术等亦急速发展。 第四代移动通信系统技术与第三代移动通信系统技术相比， 除了 通信速度大为提高之外 , 还可以借助 IP 进行通话。第四代移动通信技术的国际标准化作业 , 将由国际电联的无线部门负责实施。如今，第四代蜂窝网络技术（4G）正向人们走来，它提供的移动数据通信速率可达100Mbps甚至更高。3G不成熟导致4G出台，3G技术发展至今仍不是很成熟。目前，3G还缺乏全球统一标准，即使是在美国，也存在三种互不兼容的规范；3G所运用的语音交换

13、架构仍承袭了第二代（2G）的电路交换，而不是纯 IP 方式；被人们炒得沸沸扬扬的流媒体（视频）应用也不尽如人意 犹如放幻灯片； 更为重要的一点是， 它的数据传输率只接近于普通拨号接入的水平， 更 赶不上 DSL。3G开发之初，人们对其数据通信功能寄予厚望，但事实上开发3G主要受经济因素的驱动，即为了尽早推向市场，容纳更多的窄带语音应用。迄今为止，人们仍视推出的3G系统为测试版本，很多功能没能真正实现，3G也无法做到当初开发人员对它的功能性要求。如今3G的数据传输率已有所提高， 但要快速传输较大的电子邮件附件， 仍然不具备足够的带宽， 更 不可能实现蜂窝电话开发商早期所宣扬的， 以广播电视的质量

14、提供流式音 / 视频服务。 有别 于以往的无线通信系统，4G将能够提供全息录音、远程控制卡以及移动虚拟现实等功能。4G将不仅仅应用于蜂窝电话通信领域，日本及欧洲一些移动运营商正在开发相关增值服务，而美国的固定无线通信服务商则试图通过改变网络灵活性向4G过渡。另外，4G将融合新型无线LAN技术，因为无线LAN技术提供的速率已接近 4G的水平。4G可以是移动宽带系统 （MBS虽然人们现在才谈论 4G,但对其酝酿开发却是十多前年的事。 欧洲早在上世纪 90 年代就在进行相关研究，现在的核心问题是如何开发更高数据传输率的 技术,以适应未来移动通信的需求。目前，最先进的4G方案是在欧盟领导下由众多公司和

15、大学协作开发的移动宽带系统（MBS。MBS的目标是使蜂窝系统具备低时延、高QoS保证，数据传输率达到 OC-3 （155M）的水平，比现行速率要快数千倍。目前正在推广使用和进一步研制中的4G通信将具有以下特征：（一）通信速度更快由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问In ternet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。专家预估，第四代移动通信系 统的速度可达到 10-20Mbit/s ,最高可以达到 100Mbit/s 。理论上能以 100M 的速度下载, 以 20M 的速度上传。从目前全球范围 4G 网络测试和运行的结果看, 4G 网络速度

16、大致可比 3G网络快10倍，意味着能够传输高质量视频图像，与高清晰度电视不相上下。网络频谱宽运营商在3G通信网络的基础上进行了大幅度的改造和研究，以求4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统高出许多，预计相当于3G网络的20倍。（二）网络频谱更宽要想使4G通信达到100Mbit/s的传输速度，通信运营商必须在 3G通信网络的基础上对其进 行大幅度的改造，以便使 4G网络在通信带宽上比 3G网络的带宽高出许多。据研究，每个 4G信道将占有100MHz的频谱，相当于 WCDMA 3网络的20倍。（三）多种业务的完整融合个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体,满足用户的各种需求。4G

17、应能集成不同模式的无线通信从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、 广播电视到卫星通信, 移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。各种业务应用、 各种系统平台间的互联更便捷、安全,面向不同用户要求,更富有个性化。（四）智能性能更高第四代移动通信的智能性更高，表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化。（五）兼容性能更平滑技术融合强4G不再局限于电信行业，还可以应用于金融、医疗、教育、交通等行业，使局域网、互联 网、电信网、广播网、卫星网等能够融为一体组成一个通播网，无论使用什么终端，都可享 受高品质的信息服务，向宽带无线化和无线宽带化演进 要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让

18、更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从 2G 3G平稳过渡等特点。（六）实现更高质量的多媒体通信4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“多媒体移动通信”。增值服务多。3G移动通信系统主要是以 CDMA 为核心技术，4G则以正交多任务分频技术（OFDM最受瞩目，利用这种技术可以实现例如无 线区域环路（WLL）、数字音讯广播（DAB）等方面的无线通信增值服务。（七）通信费用更加便宜由于4G通信解决了与3G的兼容性问题，让更多

19、的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，因此4G通信部署起来就容易、 迅速得多。同时在建设4G通信网络系统时，通信运营商们将 考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运 营成本。不过现阶段的 4G资费高还是遭到了吐槽：一晚忘关连接房子就得归移动4G移动通信主要技术要求：（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

20、用可穿戴 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降低10100倍，能够较好地解决电磁干扰问题。（ 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。 第四代移动通信技术是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP 系统。4G移动通信系统中的关键技术1、定位技术定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法， 它主要分为基于移动终端定位、 基于移动网 络定位或者混合定位三种方式，在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。因此，对移动终端的定位和跟踪，是实

21、现移动终端在不同系统（平台）间 无缝连接和系统中高速率和高质量的移动通信的前提和保障。2、切换技术切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、 不同频率之间通信或者信号降低信道选择等 情况。切换技术是未来移动终端在众多通信系统、 移动小区之间建立可靠移动通信的基础和 重要技术。它主要有软切换和硬切换。在4G通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。3、软件无线电技术在4G移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂。为此，专家们提议引入软件无线电技术， 将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥梁。软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，

22、即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近 RF前端，利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。因此，应用软件无 线电技术， 一个移动终端，就可以实现在不同系统和平台之间，畅通无阻的使用。目前比较成熟的软件无线电技术有参数控制软件无线电系统。 软件无线电是将标准化、 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。 通过不同软件程序， 在硬件平台上实现在不同系统中利用单一终端漫游。 其核心 思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带 A/D

23、和 D/A 变换器，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。4、智能天线(SA)与多入多出天线(MIMO)技术智能天线具有抑制信号干扰、 自动跟踪以及数字波束调节等智能功能， 能满足数据中心、 移 动 IP 网络的性能要求。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想 要的信号， 这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。 智能天线具有抑制信号干扰、 自 动跟踪

24、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。 目前，智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。 全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但相对而言各种算法均存在所需数据量， 计算量大， 信道模型简单，收敛速度较慢，在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点，实 际信道条件下，

25、 当干扰较多、多径严重， 特别是信道快速时变时， 很难对某一用户进行实时 跟踪。在基于预多波束的切换波束工作方式下，全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖， 各组权值对应的波束有不同的主瓣指向， 相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠， 接收时的主 要任务是挑选一个作为工作模式， 与自适应方式相比它显然更容易实现， 是未来智能天线技 术发展的方向。多入多出天线 MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put) 系统， 该技术最早是由马克尼 ( Guglielmo Marconi )于 1908 年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天 线数量，相对于普通的 SIS

26、O(Single-Input Single-Output) 系统， MIMO 还可以包括 SIMO(Sin gle-Input Multi-ple-Output) 系统和 MISO(Multiple-Input Single-Output) 系统。信道容量随着天 线数量的增大而线性增大，利用 MIMO 信道可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。利用 MIMO 技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者 是利用 MIMO 信道提供的空间复用增益，后者是利用 MIMO 信道提供的空间分集增益。实 现空间复用增益的算法主要

27、有贝尔实验室的 BLAST 算法、 ZF 算法、 MMSE 算法、 ML 算法。 ML 算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满 足要求。 ZF 算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是 BLAST 算法。该算法实际上是使用 ZF 算法加上干扰删除技术得出的。目前 MIMO 技术领 域另一个研究热点就是空时编码。 常见的空时码有空时块码、 空时格码。 空时码的主要思想 是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。 MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO 可以抗多径衰落，但是对

28、于频率选择性深衰落， MIMO 系统依然是无能为力。目前解决 MIMO 系统中的频率选择性衰 落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用 OFDM 。大多数研究人员认为 OFDM 技术 是 4G 的核心技术， 4G 需要极高频谱利用率的技术，而 OFDM 提高频谱利用率的作用毕竟 是有限的， 在 OFDM 的基础上合理开发空间资源， 也就是 MIMO+OFDM ，可以提供更高的 数据传输速率。另外 ODFM 由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能 力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络 (SFN) 可以用于宽带 OFDM 系统，依靠多天线来实

29、现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机 阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。5、交互干扰抑制和多用户识别待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为4G的组成部分，它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系统， 消除不必要的邻近和共信道用户的交互干扰， 确保接收讥的 高质量接收信号。 这种组合将满足更大用户容量的需求， 还能增加覆盖范围， 交互干扰抑制 和多用户识别两种技术的组合将大大减少网络基础设施的部署，确保业务质量的改善。6、可重构性 / 自愈网络当智能处理器用在 4G无线网络时，它们将能够处理节点故障或基站超载。网络各部分采用 基于知识解答装置， 将能够纠正网络故障， 这种基于知识解

30、答装置安放在无线网络控制器上。7、新的调制和信号传输技术在高频段进行高速移动通信， 将面临严重的选频衰落 ( frequency-selective fading )。为 提高信号性能， 研究和发展智能调制和解调技术， 来有效抑制这种衰落。 例如正交频分复用 技术(OFDM、自适应均衡器等。另一方面，采用TPG Rake扩频接收、跳频、FEC (如AQR和 Turbo 编码)等技术，来获取更好的信号能量噪声比。8、信道传输频谱资源是一种有限的资源，在4G系统中，我们一方面要采用有效的措施提高频谱利用率， 另一方面我们要开发新的频谱资源。因此，研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。欧洲的AW

31、AC项目研究宽带无线接入系统在 17-19GHZ频段内的传输特性；SAMBA项目研究 接入系统在30-40GHZ频段内的传输特性；MEDIAN项目研究宽带无线接入系统在 69GHz频段 内的传输特性。9、系统管理资源在高速移动通信手统中， 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的传输速率， 因此， 采用一种好的无线资源管理策略， 它可以检测可用 的资源以及信号的质量， 然后根据不同用户、 不同业务质量要求动态的分配频率资源和信号 发射功率，这样可以大大提高系统的性能。4G 的技术特点4G 是多功能集成宽带移动通信系统，比 3G 更接近于个人通信。其特点

32、主要有：(1、高速率。 4G 的信息传输速率要比 3G 高一个等级，从 2Mbit/s 提高到 1 0Mbit/s 。( 2、灵活性强。 4G 拟采用智能技术， 可自适应地进行资源分配。 采用智能信号处理技术对 信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性。(3、兼容性好。 目前 ITU 承认的、 已有相当规模的移动通信标准有 GSM、 CDMA 和 TDMA 三大分支，可通过 4G 标准的制定来解决兼容问题。(4、用户共存性。 4G 能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理， 使低、 高速用户和各 种用户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求。(5、业务多

33、样性。未来通信中所需的是多媒体通信：个人通信、信息系统、广播和娱乐等 将结合成一个整体。 4G 能提供各种标准的通信业务，满足宽带和综合多种业务需求。(6、技术基础较好。 4G 将以几项突破性技术为基础，如 OFDM 、无线接入、软件无线电 等，能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。(7、随时随地的移动接入。4G利用无线接入技术，提供话音、高速信息业务、广播及娱乐 等多媒体业务接入方式，用户可随时随地接入系统。（8）自治的网络结构。4G网络将是一个完全自治、自适应的网络。可自动管理、动态改变 自己的结构以满足系统变化和发展的要求。4G的网络体系结构4G系统针对各种不同业务的接入系统，通过多媒体

34、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。物理网络层提供接入和路由选择功能， 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。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。4G网络有如下特征:（1 ）支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构；（2 ）与In ternet集成统一，移动通信网仅

35、仅作为一个无线接入网；（3 ）具有开放、灵活的结构，易于扩展；（4 ）是一个可重构的、自组织的、自适应网络；（5）智能化的环境，个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足 用户的各种需求；（6）用户在高速移动中，能够按需接入系统，并在不同系统无缝切换，传送高速多媒体业 务数据；（7）支持接入技术和网络技术各自独立发展。第四代移动通信系统的网络体系结构可以由下而上分为：物理层、网络业务执行技术层、应用层等3层。物理网络层提供接入和选路功能；中间环路层作为桥接层提供QoS映射、地址转换、安全管理等。物理网络层与中间环路层之间也可以提供开放式接口，用于提供其他服务。4G应用想象一下

36、你正坐在绿树成荫的公园草坪上，用平板电脑看着流畅的高清电视。想象一下这时妈妈来电话了，你把节目暂停后转成和妈妈进行视频通话。第四代（4G）无线网络将提供了10倍的速度提升，这样的速度提升使得无线运营商将来会用与此类似的美好情景俘获你的 想象力和银子，用新酷或者增强的应用来引诱你。实时移动视频现在很多信号更强手机都配有能摄像的高级摄像这样的话把视频应用引入移动网络就不足为奇了。在初期大家可能只是简单的用Apple的iPho ne或者使用基于 Google An droid系统的设备上传自家宝宝的一段视频。但也有专业的应用提供者，如QiK，提供支持手机到互联网的在线视频流服务，理论上可以把任何带着

37、智能手机的人立刻变成现场新闻记者。尽管这样的服务不会吸引到所有的人，但专业的广播团队一定会在4G服务可用后转而用之。至少在理论上，正在建设的4G网络 WiMax和LTE比起卫星的Trunk （端口汇聚）处理起广播级品质的数据来会成本更低且更快。开发者诺曼创新公司提供的基于WiMax的调制解调器，可以安装在专业的摄像机后部，这样就不需要现场有卫星连线了。终端上自带前置摄像头的产品比如三星的新型MID, Mondi和即将推出的HTC EVO 4（这两款产品都支持Clearwire 或Sprint的WiMax网络），预示了使用 Skype或OoVoo等服务的 个人视频会议的蓬勃发展。由于 Veriz

38、on近来在它的终端上支持了 Skype，更多的人将会有 可能使用这个流行的 VoIP工具中的视频功能。在线游戏我们认为游戏玩家们会对 4G服务的速度和移动性有强烈的热情。长期来看，在线玩家有可能是4G WiFi路由器的最大用户群，像是Sprint的Overdrive 和Clearwire 的Clear Spot就是通过使用小型 WiFi网络快速接收4G信号然后将其转到游戏终端。大部分的游戏平台都 支持WiFi连接，你可以很容易地使用便携式调制解调器与5到8个（视你购买的调节解调器而定）不同的设备分享 4G连接。在一些服务比如使用微软的Xbox Live上使用便携式的“口袋站点”路由器就可以玩转

39、临时的游戏聚会，这是一个明显应用4G网络优势的方式。同时，4G网络对潜伏期的改善似乎也是专门为在线游戏定制的，因为对于在线游戏玩家来说更快的网络响应速度意味着生死（虚拟的）差异。Sprint HTC EVO 4G WiMax手机内装了 WiFi路由器，它可以支持 8个额外的 设备，使得此款手机可以用做便携式宽带集线器来聚集游戏玩家。基于云计算的应用使用扩容的4G网络将使得云计算-用于在线存储的数据和应用-比今天更加吸引人，尤其 是对企业里的专业人员来说他们需要接入网上交易繁忙的应用，如S 的CRM平台和很多实时合作平台。如果从云到移动设备的宽带传输的管道变大10倍，云服务对于移动用户来说在可靠

40、性，功能性和安全性方面都会有显著的改善。也许你并不认同 Hulu和Netflix 是基于云的视频服务，而且也许他们可能不管它叫做“云 计算”，但各类的消费者都有可能大量的使用更加快速的无线连接在像H和N这样的站点看未删节的电视节目和电影。很多大学已经在探索更多的能把4G网络和便携电脑或平板电脑，如Apple的iPad，进行融合方法来取代实物教科书。杂志和报纸出版社希望4G连接和新产品的设计（如iPad ）能使得他们对提供更多元素如视频和图片的高级内容收费，这就要求比3G连接更快的宽带连接以用于为电子书阅读器如Amazon的Kindle 上传数字书籍。应用增强现实技术导航Jun aio为移动设备

41、提供的增强现实技术。想象一个这样的场景：Jun aioNavigatio n ，通常都是和譬如 Google Maps捆绑在一起的，是 3G设备如iPhone里最流行的下载之一。有了 4G网络中更好的带宽，导航应用的提供商们已经开始探索“现实技术”这个想法了，用了 这个技术设备就可以使用电话的实时摄像头提供实时的视频数据和它的位置或GPS信息。终端用户获益范围从适度（比如有可以用你的手机看到最近的星巴克在那儿）到极强。举一个比较强的例子，想象一个可以有4G功能的头盔放映一装大楼建筑图到消防员的面罩上，这能帮助他们在充满烟雾的大楼里面找到通路。增强现实导航技术将可能在车载系统中更加流行和得到广泛

42、的应用，如福特的Sync和通用的On Star中。在车载系统中可以将增强现实技术应用和显示、天线、GPS系统和车内供电系统更好的集成。应急响应和远程医学在FCC（联邦通信委员会）为它所提倡的独立4G网络破土动工第一批响应站之前，你就可以看到当地警察局，消防局和医疗机构把大笔的投资用于4G系统建设，其旨在提供更快更好且更廉价的医疗和紧急救援。网络巨人Cisco和服务提供商 AT&T已经在为卫生保健应用开发独特的工具和服务，使用4G网络的能力来迅速传输大文件（像是X光片），为医生远程监督和指导提供互动视频。4G部署的繁荣发展（相继会带来成本降低）也会使得农村社区更加容易的建设远程医疗中心，

43、 医生可以通过视频会议为病患“看”病。正运作着的政府补助金和刺激基金应该用于资助 4G技术中这样的热心于公益的应用。手机由于从3G到4G最大的改变在于带宽的提升，没有颠覆性的改变，因此手机从形态到功能也 依旧会延续3G时代的特点。从现在已经上市的数款支持TD-LTE的4G手机来看，主要还是各厂商在3G时代主力产品的升级版，如三星N0TE2的LTE版、华为D2的LTE版，以及苹果的iPhone 5S等。当然，今后手机产品还是会有进步和变革，例如柔性屏幕手机等，但这些 变化已经与通信技术的迭代无关。工信部网站已经公布了目前获得入网许可证的4G手机，其中既有大家熟悉的“苹果”，也有部分价格中低端的国

44、产品牌手机。具体品牌有：苹果iPhone 5s、iPhone 5c ,索尼、HTG 三星、LG 华为、中兴、酷派等。是否要换手机？2013年9月，来自三星、索尼、中兴、华为的四款手机获得了TD-LTE入网许可。苹果发布的iPhone5S和iPhone5C也支持TD-LTE网络，部分国内的手机厂商也已开始生产4G手机，这些手机升级4G网络不用换号和换手机。其余不支持4G网络制式的大部分手机，想体验4G网络，或者使用 4G上网伴侣(MiFi)，或者直接更换 4G手机。实施4G通信，将可能遇到的一些困难对于现在的人来说，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

45、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，将可能遇到下面的一些困难：(1) 标准难以统一虽然从理论上讲，3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信，但是由于没有统一的国际 标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。因此，开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题，而世界各大通信厂商将会对此一直在争论不休。(2) 技术难以实现尽管未来的4G通信能够给人

46、带来美好的明天，但是别指望立刻就能用上这种技术，大约还需要5年左右的时间这项技术才能发布。据研究这项技术的开发人员而言，要实现4G通信的下载速度还面临着一系列技术问题。例如，如何保证楼区、山区，及其它有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题。日本DoCoMo公司表示，为了解决这一问题，公司将对不同编码技术和传输技术进行测试。另外在移交方面存在的技术问题，使手机很容易在从一个基站的覆盖区域进入另一个基站的覆盖区域时和网络失去联系。由于第四代无线通信网络的架构相当复杂，这一问题显得格外突出。不过，行业专家们表示，他们相信这一问题可以得到解 决，但需要一定的时间。(3) 容量受到限制人们对未来的4G通

47、信的印象最深的莫过于它的通信传输速度将会得到极大提升，从理论上 说其所谓的每秒100MB的宽带速度，比目前手机信息传输速度每秒10KB要快1万多倍，但手机的速度将受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。据有关行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。如果速度上不去，4G手机就要大打折扣。(4) 市场难以消化有专家预测在10年以后，第三代移动通信的多媒体服务将进入第三个发展阶段，此时覆盖 全球的3G网络已经基本建成，全球25%上人口使用第三代移动通信系统，第三代技术仍然在缓慢地进入市场，到那时整个行业正在消化吸收第三代技术，对于第四代移动通信系统的接受还需要一个逐步过渡的

48、过程。另外，在过渡过程中，如果4G通信因为系统或终端的短缺而导致延迟的话，那么号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划，此时 4G漫 长的投资回收和赢利计划将变得异常的脆弱。(5) 设施难以更新在部署4G通信网络系统之前，覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系 统建立的， 如果要向第四代通信技术转移的话， 那么全球的许多无线基础设施都需要经历着 大量的变化和更新，这种变化和更新势必减缓 4G通信技术全面进入市场、占领市场的速度。 而且到那时，还必须要求3G通信终端升级到能进行更高速数据传输及支持4G通信各项数据业务的4G终端，也就是说 4G通信终端要能在 4G通信网络建成后及时提供，不能让通信终 端的生产滞后于网络建设。但根据目前的事实来看，在4G通信技术全面进入商用之日算起的二三年后，消费者才有望用上性能稳定的4G通信手机。(6) 其他相关困难因为手机的功能越来越强大，而无线通信网络也变得越来越复杂，同样4G通信在功能日益增多的