4G網絡通信新技術研究4G網絡新技術研究摘要摘要：通信技術日新月異，給人們帶來不少享受。隨著數據通信與多媒體業務需求的發展，適應移動數據、在我們還沒有完全享受3G移動通信系統商所帶來服務的同時,4G移動通信技術的研究已經在逐步的進行著。本文簡要分析了:(1) 4G的網絡結構;(2) 4G的關鍵技術,如OFDM,軟件無線電,智能天線技術,MIMO技術。(3) 比較了3G和4G不同指標,分析了3G和4G采用的不同技術。(4) 初步探討了4G的現狀和發展。關鍵詞：4G，網絡通信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目錄摘要I目錄III前言1第一章4G網絡結構21.1 三層網絡結構21.2物理層2第二章 4G網絡中的關鍵技術42.1 OFDM42.2軟件無線電42.3 智能天線技術(SA)42.4 多輸入多輸出(MIMO)技術52.5 基于IP的核心網5第三章 3G與4G的比較63.1核心閱讀63.2技術指標方面63.3技術方面73.4速度方面73.5 4G是什么83.6 4G會采用什么標準93.7 4G手機怎么樣103.8公眾何時能用上4G113.9 4G會取代3G嗎11第四章 5大4G標準144.1 LTE144.2 LTE-Advanced144.3 WiMax154.4 HSPA+：高速下行鏈路分組接入技術164.5 WirelessMAN-Advanced16第五章、4G的發展展望185.1顯著的差異185.2無線寬帶，一插即行185.3其它市場195.4我國的4G的發展20第六章 4G的主要優勢276.1網絡頻譜更寬276.2通信更加靈活276.3智能性能更高286.4兼容性能更平滑286.5提供各種增值服務286.6實現更高質量的多媒體通信286.7頻率使用效率更高296.8通信費用更加便宜29第七章 4G存在缺陷307.1標準難以統一307.2技術難以實現307.3容量受到限制307.4市場難以消化317.5設施難以更新31第八章 總結33參考文獻：34致謝3535前言隨著3G在我國的商用以來,用戶在使用手機電視和視頻通話方面,出現信號不穩,視頻通話效果不好等問題。人們開始期望4G能夠解決這些問題,能夠提供更高的數據速率,更大的容量和帶寬。從而使4G比3G更接近個人通信,在技術上比3G更完善。 所謂4G技術是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。4G系統能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。而在用戶最為關注的價格方面，4G與固定寬帶網絡在價格方面不相上下，而且計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據自身的需求確定所需的服務。此外，4G可以在DSL和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區。很明顯，4G有著不可比擬的優越性第一章4G網絡結構1.1 三層網絡結構4G系統針對各種不同業務的接入系統,通過多媒體接入連接到基于IP的核心網中。基于IP技術的網絡結構使用戶可實現在3G、4G、WLAN及固定網間無縫漫游。4G網絡結構可分為三層:物理網絡層、中間環境層、應用網絡層。 1) 物理網絡層提供接入和路由選擇功能。 2) 中間環境層的功能有網絡服務質量映射、地址變換和完全性管理等。 3) 物理網絡層與中間環境層及其應用環境之間的接口是開放的,使發展和提供新的服務變得更容易,提供無縫高數據率的無線服務,并運行于多個頻帶,這一服務能自適應于多個無線標準及多模終端,跨越多個運營商和服務商,提供更大范圍服務。對于人們來說，未來的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認為第四代無線通信網絡系統是人類有史以來發明的最復雜的技術系統，的確第四代無線通信網絡在具體實施的過程中出現大量令人頭痛的技術問題，大概一點也不會使人們感到意外和奇怪，第四代無線通信網絡存在的技術問題多和互聯網有關，并且需要花費好幾年的時間才能解決。總的來說，要順利、全面地實施4G通信，可能遇到下面的一些困難： 近年來3G演進技術的發展異常迅速，但無線技術是否已經達到完美的地步?國家863計劃專家組成員、未來移動通信論壇秘書長尤肖虎的答案是否定的。在他看來，現有無線技術有待解決的問題還很多，需要改進的空間也很大1。 1.2物理層從物理層的傳輸技術看，雖然在目前LTE、UMB、WiMAX系統設計已經很完善，但在此基礎上還需進一步的改造，尤其在多用戶層面上。“目前，4G中的點對點技術將接近理論值，但多用戶傳輸技術還有很大的改進空間，多小區傳輸技術的差距更大。”諸如多用戶或多小區之間的協調、干擾的抑制抵消以及無線資源的分配等眾多問題，都還沒有系統的解決方案。另外跨層的設計和優化也是需要解決的問題之一。“原先的分層理論需要避免跨層聯動的問題，而跨層設計的思想則恰恰相反，所以這是否是一個可能的發展方向還需進一步討論。”尤肖虎指出。尤肖虎認為組網層面上同樣存在很大的改進空間。（1）現有網絡向著扁平化發展，扁平化結構固然具備顯而易見的優勢，其中最突出的是簡化系統結構和減少延時，但同時也帶來很多問題，如基站間的協調與管理。所以如何動態地感知周圍干擾、對資源進行動態的配置，成為扁平化網絡結構首先需要解決的問題，針對于這一點，尤肖虎認為無線網絡的自組織、自優化將成為未來可能的發展方向。雖然去年的世界無線電大會指定了4個IMT-Advanced的使用頻段，但在全世界范圍內很難找到4個統一的頻段。以3.4GHz3.6GHz為例，由于中國的該頻段已經用于無線衛星的導航業務，使得這一頻段的利用非常復雜，并且出現了很多不確定性。所以提高頻譜利用率成為無線領域的重要命題。同時尤肖虎還提到，不同頻段都具有各自的特點，高頻段帶寬豐富，但是傳播衰減較大;低頻段傳播質量好，但其帶寬較為有限。尤肖虎認為，4G技術在面臨多個頻段的情況下，能否將這些頻段有效地、甚至是動態地利用起來，從而發揮各個頻段的優勢，也是業界面臨的問題和需要努力的方向。（2）小區中心的性能差異在4G中仍將是重大難題。由于信號存在衰減，離天線越遠，頻譜利用率越低。而在現有網絡結構中，由于基站處于小區的中心位置，所以當用戶在小區邊緣時很難充分享受到現有業務。如何改善小區覆蓋的均勻性就成為4G技術面臨的挑戰。關于改善小區邊緣性能的問題，尤肖虎提到了基于Relay和基于分布式天線的兩種方式，他認為Relay復雜度較低，容易實現，但問題是中繼節點離用戶較近，提高頻譜利用率的可能性也會因此而降低。相比而言分布式天線的方式復雜度較高，實現上也有一定的困難，但經論證可以顯著提高系統容量，并可較好地兼顧傳輸性能，在相同天線相同發射功率的條件下，小區的頻譜利用率可以明顯提高。另外，出于對電磁污染和手機待機時間問題的考慮，手機發射功率已經成為“瓶頸”問題，分布式天線的方式則可以降低手機功率，對于此問題的解決也有很大助益。 第二章 4G網絡中的關鍵技術 2.1 OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術,實際上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多載波調制的一種。其主要原理是:將待傳輸的高速串行數據經串并變換, 變成在子信道上并行傳輸的低速數據流, 再用相互正交的載波進行調制, 然后疊加一起發送。 接收端用相干載波進行相干接收, 再經并串變換恢復為原高速數據。 OFDM技術的有很多優點:可以消除或減小信號波形間的干擾,對多徑衰落和多普勒頻移不敏感,提高了頻譜利用率;適合高速數據傳輸;抗衰落能力強;抗碼間干擾(ISI)能力強。 2.2軟件無線電 軟件無線電(SDR)是將標準化、模塊化的硬件功能單元經一通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實現各類無線電通信系統的一種開放式結構的技術。其中心思想是使寬帶模數轉換器(A/D)及數模轉換器(D/A)等先進的模塊盡可能地靠近射頻天線的要求。盡可能多地用軟件來定義無線功能。其軟件系統包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、調制解調算法軟件、信道糾錯編碼軟件、信源編碼軟件等。軟件無線電技術主要涉及數字信號處理硬件(DSPH)、現場可編程器件(FPGA)、數字信號處理(DSP)等2 。2.3 智能天線技術(SA) 智能天線定義為波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束調節等功能,被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線成形波束可在空間域內抑制交互干擾,增強特殊范圍內想要的信號,既能改善信號質量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發信機來實現射頻信號的收發,同時,通過基帶數字信號處理器,對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進行合并,實現上行波束賦形。 2.4 多輸入多輸出(MIMO)技術 多輸入多輸出技術(MIM0)是指在基站和移動終端都有多個天線。MIM0技術為系統提供空間復用增益和空間分集增益。空間復用是在接收端和發射端使用多副天線,充分利用空間傳播中的多徑分量,在同一頻帶上使用多個子信道發射信號,使容量隨天線數量的增加而線性增加。空間分集有發射分集和接收分集兩類。基于分集技術與信道編碼技術的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益,已成為該領域的研究熱點。MIM0技術可提供很高的頻譜利用率,且其空間分集可顯著改善無線信道的性能,提高無線系統的容量及覆蓋范圍。 2.5 基于IP的核心網 4G移動通信系統的核心網是一個基于全IP的網絡,可以實現不同網絡間的無縫互聯。核心網獨立于各種具體的無線接入方案,能提供端到端的IP業務,能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構,能允許各種空中接口接入核心網;同時核心網能把業務、控制和傳輸等分開。IP與多種無線接入協議相兼容,因此在設計核心網絡時具有很大的靈活性,不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協議。在4G通信系統中將取代IPv4協議,主要采用全分組方式IPv6技術,IPv6具有許多的優點,如:有巨大的地址空間;支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置的方式;能夠提供不同水平的服務質量;更具有移動性。 第三章 3G與4G的比較3.1核心閱讀正當第三代移動通信（3G）正在國內全面鋪開的時候，比3G提速十倍以上的新一代移動通信技術TDLTE，在上海世博會上閃亮登場：高清視頻通話，實時展會直播，高速移動上網多種移動寬帶服務，不僅實現了對5.28平方公里的世博園區的完整覆蓋，而且還實現了黃浦江水面以及信息通信館、世博中心等11個重要場館室內覆蓋。在這個全球首個“準4G”TDLTE規模演示網獲得成功之后，中國移動又計劃下半年在國內三個城市進行擴大規模的實驗試用。引人注目的是，TDLTE已聚集了大批中外企業，如大唐、華為、中興、上海貝爾、摩托羅拉，以及創毅視訊、海思等國內外網絡設備商與芯片廠商。種種跡象表明，3G尚在發力，4G已悄然逼近，且伸手可及。由于目前 3G采用很多先進性的技術, 將來4G在很大程度上進一步融合 3G現有的技術。比如,智能天線,軟件無線電,聯合檢測,功率控制等。雖然4G繼承了3G的許多技術,但是在指標和技術方面有諸多區別。3.2技術指標方面3G提供了高速數據,在圖象傳輸上,其靜止傳輸速率達到2Mbps,高速移動時的傳輸速率達到114Kbps,慢速移動時的傳輸速率達到384kbps, 帶寬可以達到5MHz以上UMT采用WCDMA技術,利用正教碼區分用戶,有FDD和TDD兩種雙工方式。 4G的性能指標是: a) 數據速率從2Mbps到100Mpbs b) 容量達到第 3 代系統的 510 倍 ,傳輸質量相當于甚至優于第 3 代系統。廣帶局域網應能與寬帶綜合業務數據網 (B - ISDN)和異步傳送模式 (ATM)兼容 ,實現廣帶多媒體通信 ,形成綜合廣帶通信網 c) 條件相同時小區覆蓋范圍等于或大于第 3 代系統。 d) 具有不同速率間的自動切換能力 ,以保證通信質量。 e) 網絡的每比特成本要比第 3 代低。3.3技術方面a) 3G的關鍵技術是CDMA技術,而4G采用的是OFDM技術。OFDM可以提高頻譜利用率,能夠克服 CDMA 在支持高速率數據傳輸時信號間干擾增大的問題。 b) 在軟件無線電方面,4G對3G中的軟件無線電技術進行升級,滿足4G中無線接入多樣化要求,使得3G中無線接入標準不統一的問題得以解決。同時在4G中,實現軟切換和硬切換相結合,對3G中的軟件無線電基礎上通過增加相應的硬件模塊 ,對相應的軟件進行升級使他們最終都融合到一起 ,成為一個統一的標準 , 實現各種需求的功能。 c) 3G 網絡采用的主要是蜂窩組網,4G采用全數字全IP技術,支持分組交換,將WLAN,Bluetooth 等局域網融入廣域網中。在4G中提高智能天線的的處理速度和效率。在TD-SCDMA采用智能天線的基礎上,對相關的軟件和算法加以升級,增加一些接口協議來滿足4G的要求。 d) 4G系統也使用了許多新技術 , 包括超鏈接 (ultra2connectivity)和特定無線網絡技術、動態自適應網絡技術、智能頻譜動態分配技術以及軟件無線電技術 ,等等。 e) 在功率控制上 ,4G比 3G要求更加嚴格 ,其目的是為了滿足高速通信的要求。不僅頻率資源限制移動用戶信號的傳輸速率 ,而且基站和終端的發射功率也限制了用戶信號的傳輸速率。在 3G中 ,采用切換技術來減少對其它小區的干擾 ,提高話音質量 ,不過在 4G中 ,切換技術的應用更加廣闊 ,并朝著軟切換和硬切換相結合的方向發展3。3.4速度方面通信委員會的最新研究顯示，在使用同樣數量頻譜(在客戶手機于互聯網之間傳送信息的無線電波)的情況下，下一代移動技術的數據傳輸能力將是現有3G技術的兩倍以上。傳輸能力的增強對滿足英國迅速增加的移動數據流量來說至關重要，而移動數據流量的增加主要受智能手機和移動寬帶數據服務(如流媒體、電子郵件、信息服務、地圖服務和社交網絡等)增長的帶動。英國計劃從2013年開始采用4G移動通信技術，屆時，移動寬帶服務的速度將顯著提高接近目前的ADSL家庭寬帶速度。這一目標有望通過4G技術更為有效地利用頻譜而得以部分地實現。通信委員會的首席技術官斯蒂芬昂格爾博士指出：“在頻譜數量相同的情況下，4G移動通信技術傳輸的數據比3G多。而效率的提高意味著4G網絡將能夠支持更高的數據速率和更多的用戶。我們的研究表明，早期4G移動網絡的標準配置將是現有標準3G網絡3.3倍(即4G的頻譜效率高出3G 230%)。鑒于此，早期4G網絡的用戶在下載一段視頻時，所使用的時間只有目前3G網絡的三分之一*。預計到2020年，這一比率將擴大至5.5倍(450%)。”相關部門在對現有理論預測和實地部署試驗進行審核與分析的基礎上，進行了上述研究，而這項研究的目的是希望了解在引入4G技術后，頻譜效率可能提高的程度。這些信息為通信辦公室的戰略頻譜管理工作的提供了重要依據。這項研究分析了多種4G技術，其中包括長期演進(LTE)及LTE后續技術(仍在開發中)，如LTEAdvanced。研究還探討了新出現的和后繼的WiMAX無線技術，這種技術與Wi-Fi類似，但其覆蓋范圍更大，可達數公里。這項研究顯示，盡管通過采用4G技術提高了頻譜效率，進而增加了4G網絡的容量，但這并不足以滿足用戶對移動數據的需求預期增長。出了更為有效地利用現有的頻譜，還需要更多的頻譜，其中部分將通過2012年拍賣800MHz和2.6GHz新頻譜獲得。2012將的拍賣將是英國有史以來為移動服務分派額外頻譜而舉行的規模最大單次拍賣活動，預計拍賣的頻譜數量相當于目前所使用的移動頻譜總量的四分之三。此外，移動網絡還需要巧妙的設計，以確保頻譜能夠得到最有效地利用。該研究預計，為了滿足特定地區的用戶需求，更多小基站將會大展身手。3.5 4G是什么速度比3G快10倍以上，讓互聯網和移動終端融為一體；3G是手機通話為主，附帶上網；4G是移動上網為主，附帶通話“其實叫4G并不太準確，這是一種通俗的說法，4G到目前并沒有完整的定義。”中興通訊LTE終端負責人張亮告訴記者：“4G是相對于3G說的，是指第四代移動通信技術，目前國際電聯還沒有確定統一的標準，但是LTE（Long Term Evolution）技術應該是主要的方向。” “上海世博會推出的TDLTE被認為是準4G或者3.9G，它的傳輸速率達到了每秒70兆，大概是現有3G技術的20多倍”，中興通訊LTE項目總工程師劉宏春說：“未來的4G在這個基礎上會更快，會超過每秒100兆，乃至1G，能夠實現比現在的3G提速幾十倍，比撥號上網快幾千倍，能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。”不管未來對4G通信怎樣定義，有一點可以肯定：4G時代將是一個比3G時代更完美的新無線世界，可創造出許多消費者難以想象的應用：用手機代替衛星傳輸，實時傳輸高清晰度視頻圖像率先推出全球首枚TDLTE芯片的北京創毅視訊有限公司董事長張輝接受記者采訪時說：“4G與3G相比，就是解決了帶寬問題，速度會有幾十倍的提高，系統性能顯著提高，包括用戶體驗到的速率、系統時延、高速移動下的接入等，而且會大大提高諸如視頻流以及網絡戲等應用的性能，滿足人們的實際需求。”劉宏春告訴記者，在4G時代，用手機下載一部電影也就幾十秒的時間，發送郵件時加上幾十兆附件非常方便和快捷，而且4G可以實現永遠在線而省去撥號的麻煩。張亮認為，對速度要求很高的視頻通話、高清電視、互聯網戲、電影下載等服務，3G都不算好用。因此，在3G時代，手機還是以通話為主，上網是附帶的功能；而到了4G時代，會把寬帶互聯網搬到手機上，無線寬帶的應用將會大行其道，消費者會以移動上網為主，通話功能則退居其次。3.6 4G會采用什么標準我國自主研制的TDSCDMA的“升級版”TDLTE Advanced，已經被國際電聯納入4G候選國際標準，有望最終入選張輝介紹說，4G與3G有一個很大的不同，就是標準逐步統一。當年，國際電信聯盟曾確定了10種3G候選技術，2001年正式批準其中的5項為國際標準。經過市場選擇，最后TDSCDMA、WCDMA和CDMA 2000三種主流技術成功實現商用。2007年10月，WiMax也成功獲得國際電聯的批準，躋身3G標準之列。但在4G國際標準制定中，國際電信聯盟在候選技術階段只確定了兩種候選技術，實現了技術聚焦。這意味著未來的4G標準只有2種甚至1種，如果采用其他的技術，都不能被稱為4G。這兩種技術是LTEAdvanced和802.16m，每種又都有兩種制式：時分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）。我國主推的TDLTE繼承LTE TDD制式的優點，又與時俱進地引入了MIMO（多入多出技術）與OFDM（正交頻分復用技術），在系統帶寬、網絡時延、移動性方面都有了跨越式提高。TDLTE使用了國際電聯定義的4G時代的一部分關鍵技術，是我國TDSCDMA的后續演進技術，繼承了TDSCDMA系統大量中國自主知識產權。以中國移動為代表的中國企業在TDSCDMA標準化、產業化、規模部署經驗的基礎上，主導了TDLTE的標準化和產業化發展，已經打造了初步產業鏈條，吸引了眾多廠商的加入。據介紹，TDLTE的增強技術，即TDLTE Advanced已經于去年被確立為4G標準的候選技術。從國際情況來看，TD被國際上大的制造商和一部分運營商所認可，再加上中國手機用戶和互聯網用戶的巨大吸引力，很多專家預計，到今年10月國際電聯確認4G國際標準時，TDLTE Advanced將很有希望入選4。3.7 4G手機怎么樣超大屏幕，視頻可實現視頻通話、高清電視、在線戲等無線寬帶服務。4G終端的本質，其實是電腦做小，而不是手機做大 “4G手機，準確的說是4G終端，與3G、2G時代的手機相比，有了很大的變化”，張亮說，“就好像普通公路變成高速公路了，道寬了，路平了，就需有好車和跑車。做4G就是修跑道，4G終端就是跑車。” “現在我們研制的跑車狀態很好”，張亮給記者透露，中興通訊經過2年多的研發，成功開發出多款4G手機，而且產品已經大規模測試，明年1月份即將上市。將先在美國和歐洲等國外地區進行商用，同時在中國移動試驗網開始測試。張亮說，其實蘋果之前推出的ipad（平板電腦），也指出了未來一個方向，移動互聯網將是4G終端的核心應用。因此，4G手機將擁有超大屏幕，7寸、9寸甚至更大。他透露，中興品牌的4G終端最小也是7寸的屏幕。 “說白了，我為什么叫4G終端而不說4G手機，因為4G終端的本質，其實是電腦做小，而不是手機做大。”張亮說，“也正因為此，4G終端的研發并不容易，更關注用戶對互聯網的體驗，在待機時間、天線等設計等方面都很有難度。我們做了2年，現在已經有3款產品在測試。”對于消費者關心的價格問題，張亮認為開始可能貴一些，但隨著規模起來，價格會越來越低，等到產業鏈完善時，成本會接近3G手機的水平，價格也會和目前3G手機相當。3.8公眾何時能用上4G國外明年將用，我國下半年在三城市試點，預計2012年在熱點地區投入商用多位專家都表示，4G的商用比預想要快很多，在國外明年就將小規模商用，我國預計2012年開始小規模商用。 “我國從2G發展到3G，用了10年時間，比歐美要晚很多。為什么花這么長時間？因為需求不明確”，張輝認為，2G就能打電話、發短信，可以滿足當時大多數中國消費者的需求，因此3G的需求開始并不旺盛。現在隨著智能手機的普及，特別是移動互聯網的爆發，需求突然不再是問題。因為隨著互聯網和手機的結合，互聯網主流業務進入移動領域，徹底解決了需求問題，這將使4G的商用大大提前。 “以前是產業推動需求，現在是需求拉動產業，其結果很不一樣”，張輝表示，3G在帶寬方面的局限，用戶對移動互聯網的需求，將推動4G的快速發展。由于我國推動3G較晚，中國移動和通信設備廠商在大規模鋪開3G網絡的時候，就已經考慮了向4G升級。劉宏春告訴記者，現在幫助運營商建設3G網絡，將來如果要升級到4G，設備不用更換，也基本不需要增加硬件，只需要做軟件系統的升級就能實現。在國內進行的TDLTE網絡相關技術的測試中，結果令人滿意，特別是移動設備在3G和4G網絡中的混用測試的成功，將保證未來TDSCDMA向TDLTE網絡的順利過渡。他向記者透露，中興通訊目前已經在海外承建了5個商用實驗網，包括歐洲、俄羅斯、美國等地，預計明年就將開始小規模的商用。而在我國，在上海世博會TDLTE規模演示網成功運行之后，工信部和中國移動正在3個城市推進規模化的實驗試用，預計下半年會在每個城市設立100個基站，客戶為5000人。初期將通過數據卡方式向用戶提供服務，到明年第三季時會擴展至智能手機用戶。專家預計，中國移動將于2012年在熱點地區推出4G商用服務。3.9 4G會取代3G嗎4G將首先覆蓋熱點和發達地區，未來我國將形成2G、3G和4G并存的局面，而不是簡單升級替換接受記者采訪的所有專家都認為，3G包括2G都不會被4G完全取代，三者將會長期并存。張輝認為，4G面對的是高端的數據服務，是對3G有效的補充。考慮到成本和需求，一定是從熱點城市和發達地區布網開始，不可能全國布網。中國電信研究院的一位專家告訴記者，3G的商用沒有將2G完全替代掉，而4G也一樣替代不了3G。中國是一個情況復雜的大國，當4G時代，很多用戶還會繼續使用3G網絡，使用2G的也將有大批用戶。4G也不可能大范圍建網，至多在一些對數據信息需求量大的特大城市布網，比如上海、北京等，其他城市3G已經夠用了。“相信在4G之后的10年內，我們都不會看到3G退出市場。”專家認為，運營商未來會在4G和3G之間找出一種平衡關系，如在覆蓋上怎么交叉、各占多大的比率等等。就像現在中國移動GSM用戶最多，覆蓋面最廣，而TDSCDMA在某些區域實際上就是在2G和3G之間進行輪換服務。在未來的4G時代，情況會與此類似。在不同的地區，選擇4G服務的消費者也會出現在4G、3G和2G之間平滑切換的情況。中國移動宣布測試4G移動技術 中國移動在巴塞羅那的移動通信世界大會（MWC）上表示，將聯合英國沃達豐（Vodafone）和美國Verizon公司，進行4G移動技術LTE(Long Term Evolution，漢譯：長期演進技術）的測試。支持LTE技術的還有日本的NTT。LTE技術分兩種，頻分（FDD）LTE和時分（TDD)LTE。這兩種LTE都會被測試，但中國移動更傾向于TDD-LTE，因為它是中國參與開發的TD-SCDMA標準的后續發展。 今年初，大唐電信和愛立信聯合成立了LTE研究中心，中興和阿爾卡特朗訊在中國的子公司，上海貝爾阿爾卡特，也在進行TD-LTE的研發。中國的3G牌照遲遲發不下來，電信公司的重組方案也是一變在變，沒有定數。目前最有可能的方案是，成立三家電信公司，每家都有固話和移動經營權：網通加上聯通的GSM網是一家；中國電信加上聯通的CDMA網是一家；中國移動加上鐵通是一家。據稱這一方案已獲批準，很快就會實施。這樣的話，3G網絡就可以開始大規模建設，從中受益最大的將是網絡設備供應商，如華為、中興、阿爾卡特朗訊、愛立信、諾基亞西門子、和北電等。如果3G網絡的建設還不能很快開始，有的中國電信公司可能會跳過3G，直接建設4G LTE網絡。在歐洲、日本、和美國，3G網絡已在大規模運行，4G網絡也已經開始建設。LTE是4G技術中支持者最多的一種，排在第二位的是WiMAX。WiMAX又稱IEEE802.16，由Intel大力推動。美國的Sprint已開始投資數十億美元，在美國建設WiMAX網絡。其他的4G技術還有，從CDMA 2000發展來的UMB，WiBro，和iBurst等5。第四章 5大4G標準國際電信聯盟(ITU)已經將WiMax、HSPA+、LTE正式納入到4G標準里，加上之前就已經確定的LTE-Advanced 和WirelessMAN-Advanced這兩種標準，目前4G標準已經達到了5種。 4.1 LTELTE(Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。主要特點是 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，相對于3G網絡大大的提高了小區的容量，同時將網絡延遲大大降低：內部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms，從駐留狀態到激活狀態的遷移時間小于100ms。并且這一標準也是3GPP長期演進(LTE)項目，是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術研發項目，其演進的歷史如下： GSM-GPRS-EDGE-WCDMA-HSDPA/HSUPA-HSDPA+/HSUPA+-LTE長期演進 GSM：9K -GPRS:42K- EDGE:172K -WCDMA：364k -HSDPA/HSUPA:14.4M -HSDPA+/HSUPA+:42M -LTE:300M 由于目前的WCDMA網絡的升級版HSPA和HSPA+均能夠演化到LTE這一狀態，包括中國自主的TD-SCDMA網絡也將繞過HSPA直接向LTE演進，所以這一4G標準獲得了最大的支持，也將是未來4G標準的主流。該網絡提供媲美固定寬帶的網速和移動網絡的切換速度，網絡瀏覽速度大大提升。 4.2 LTE-AdvancedLTE-Advanced： 從字面上看，LTE-Advanced就是LTE技術的升級版，那么為何兩種標準都能夠成為4G標準呢？LTE-Advanced的正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA，它滿足 ITU-R的IMT-Advanced技術征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術提案的一個重要來源。LTE-Advanced是 一個后向兼容的技術，完全兼容LTE，是演進而不是革命，相當于HSPA和WCDMA這樣的關系。LTE-Advanced的相關特性如下： 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/Hz 針對室內環境進行優化 有效支持新頻段和大帶寬應用 峰值速率大幅提高，頻譜效率有限的改進 如果嚴格的講，LTE作為3.9G移動互聯網技術，那么LTE-Advanced作為4G標準更加確切一些。LTE-Advanced的入圍，包含 TDD和FDD兩種制式，其中TD-SCDMA將能夠進化到TDD制式，而WCDMA網絡能夠進化到FDD制式。移動主導的TD-SCDMA網絡期望能夠 直接繞過HSPA+網絡而直接進入到LTE。 4.3 WiMaxWiMax：WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互聯接入，WiMAX的另一個名字是IEEE 802.16。WiMAX的技術起點較高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網絡來說，這的確是一個驚人的進步。WiMAX逐步實現寬帶業務的移動化，而3G則實現移動業務的寬帶化，兩種網絡的融合程度會越來越高，這也是未來移動世界和固定網絡的融合趨勢。 802.16工作的頻段采用的是無需授權頻段，范圍在2GHz至66GHz之間，而802.16a則是一種采用2G至11GHz無需授權頻段的寬帶無線接入系統，其頻道帶寬可根據需求在1.5M至20MHz范圍進行調整，目前具有更好高速移動下無縫切換的IEEE 802.16m的技術正在研發。因此，802.16所使用的頻譜可能比其它任何無線技術更豐富，WiMax具有以下優點： (1)對于已知的干擾，窄的信道帶寬有利于避開干擾，而且有利于節省頻譜資源。 (2)靈活的帶寬調整能力，有利于運營商或用戶協調頻譜資源。 (3)WiMax所能實現的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的，網絡覆蓋面積是3G發射塔的10倍，只要少數基站建設就能實現全城覆蓋，能夠使無線網絡的覆蓋面積大大提升。 不過WiMax網絡在網絡覆蓋面積和網絡的帶寬上優勢巨大，但是其移動性卻有著先天的缺陷，無法滿足高速(50km/h)下的網絡的無縫鏈接，從這個意義上講，WiMax還無法達到3G網絡的水平，嚴格的說并不能算作移動通信技術，而僅僅是無線局域網的技術。但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技術上，將能夠有效的解決這些問題，也正是因為有中國移動、因特爾、Sprint各大廠商的積極參與，WiMax成為呼聲僅次于LTE的4G網絡手機。關于IEEE 802.16m這一技術，我們將留在最后作詳細的闡述。 4.4 HSPA+：高速下行鏈路分組接入技術HSPA+：高速下行鏈路分組接入技術(High Speed Downlink Packet Access)，而HSUPA即為高速上行鏈路分組接入技術，兩者合稱為HSPA技術，HSPA+是HSPA的衍生版，能夠在HSPA網絡上進行改造而升級到該網絡，是一種經濟而高效的4G網絡。 從上文我們也可以了解到，HSPA+符合LTE的長期演化規范，將作為4G網絡標準與其它的4G網絡同時存在，它將很有利于目前全世界范圍的WCDMA 網絡和HSPA網絡的升級與過度，成本上的優勢很明顯。對比HSPA網絡，HSPA+在室內吞吐量約提高12.58% ，室外小區吞吐量約提高32.4%，能夠適應高速網絡下的數據處理，將是短期內4G標準的理想選擇。目前聯通已經在著手相關的規劃，T-Mobile也開 通了這個4G網絡，但是由于4G標準并沒有被ITU完全確定下來，所以動作并不大。 4.5 WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced：WirelessMAN- Advanced事實上就是WiMax的升級版，即IEEE 802.11m標準，802.16系列標準在IEEE正式稱為WirelessMAN ，而WirelessMAN-Advanced極為IEEE 802.16m。其中，802.16m最高可以提供1Gbps無線傳輸速率，還將兼容未來的4G無線網絡 。802.16m可在“漫游”模式或高效率/強信號模式下提供1Gbps的下行速率。該標準還支持“高移動”模式，能夠提供1Gbps速率。其優勢如下： 1、提高網絡覆蓋，改建鏈路預算； 2、提高頻譜效率； 3、提高數據和VOIP容量； 4、低時延&QoS增強； 5、功耗節省； 目前的WirelessMAN-Advanced有5種網絡數據規格，其中極低速率為16kbps，低數率數據及低速多媒體為144kbps，中速多媒 體為2Mbps，高速多媒體為30Mbps超高速多媒體則達到了30Mbps-1Gbps。但是該標準可能會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的認可并成為4G標準的可能性極大6。 第五章、4G的發展展望Clearwire公司09年1月把波特蘭改造為美國西部無線網絡速度最快的城市，以及全球四大 4G WiMAX 無線寬帶服務之一Clear的使用基地。借助 Clear，波特蘭的消費者和企業會以真正的寬帶速度實現對互聯網的無線訪問，在家庭、辦公場所和地鐵等地暢游網絡。 Clearwire 首席執行官 Benjamin G. Wolff 表示：“Clearwire 把互聯網的速度和移動性完美融合，令無線網的面貌煥然一新。人們以提高客戶工作效率和生活品質為導向，致力于為服務區內的每一位客戶提供優質服務。” 英特爾公司執行副總裁兼銷售與市場營銷事業部總經理馬宏升表示：“作為新一代無線技術，WiMAX 為消費者帶來了真正的平民化移動互聯網體驗。英特爾會攜手 Clearwire 及其合作伙伴，讓消費者以前所未有的方式，隨時在更多地點與互聯網進行交互。” 5.1顯著的差異Clear 的服務價格低廉、部署簡便，可滿足用戶在家庭、辦公場所或旅途中的上網需求。無論是那些既要趕時間，又要接孩子放學的上班族家長，還是在辦公室內外都希望保持高效的小企業主，抑或是經濟拮據、卻需要使用寬帶網絡的大學生們，Clear都是以最少投資獲得最大收效的理想之選。 Clear 采用簡單新穎的定價策略，能夠靈活滿足不同客戶的不同需要。Clear 提供的移動、住宅和商務計劃既可以按日付費，也可以包月訂購，且無需簽訂冗長的服務合同。家庭互聯網服務計劃和移動互聯網計劃的每月最低收費分別為 20 美元和 30 美元。此外，客戶也可以購買 10 美元的日卡。如果客戶同時訂購家庭和移動互聯網服務，或者一次簽訂兩年的服務協議，還能享受其它優惠。 區別于其它無線服務，Clear 還提供一項名為“真正的寬帶”的特色體驗，為住宅用戶和移動互聯網用戶分別提供高達 6 Mbps 和 4 Mbps 的下載速度。 5.2無線寬帶，一插即行為了方便客戶，Clear 專門提供了幾種簡單的寬帶連接方式。移動用戶只需把 Clear 提供的支持移動 WiMAX 的小型 USB 調制解調器插入筆記本電腦，即可立即接入無線網絡。 當住宅用戶需要上網時，只需把Clear 提供的無線高速調制解調器（小開本書大小）連接到普通電源和電腦主機。該款無線高速調制解調器同樣由摩托羅拉公司出品，客戶和企業無需提前預約，也不必穿墻布線，完全可以在不中斷日常工作的情況下輕松獲取高速互聯網服務。 宏基、華碩、戴爾、富士通、聯想、松下、三星和東芝等電腦廠商紛紛宣布計劃在2009年上半年推出基于英特爾® 迅馳®2 處理器技術并嵌入 WiMAX 技術的筆記本電腦，以兼容 Clear 網絡。此外，還有數家 OEM 廠商計劃推出采用英特爾® 凌動 處理器并支持嵌入式 WiMAX 的上網本模型，同樣也是為了迎接 Clear 網絡的到來。 5.3其它市場作為 Clearwire 長期網絡建設計劃的一部分，4G 網絡會陸續在美國各主要城市開通。截至2009年，提供此項服務的城市為馬里蘭州的巴爾地摩和俄勒岡州的波特蘭。盡管巴爾地摩市仍在使用 XOHM 寬帶網絡，但再過幾個月全市都會換用 Clear。Clearwire 當前提供的 pre-WiMAX 互聯網服務已經覆蓋了美國 46 個地區市場。同時，該公司還會在2010年初公布未來的市場推廣計劃，以及面向現有 pre-WiMAX 市場的升級計劃。 在新一代技術剛推出市場之后，更高的技術應用已經在實驗室進行研發。日本的NTT DoCoMo公司已經表示，4G通信的試驗網絡已經部署在公司的橫須賀研發園內，該網絡集結了試驗基站和移動終端，NTT DoCoMo公司的4G通信服務于2010年推出，網絡的下載速度可以達到100Mbps，上載速度為20Mbps。美國AT&T公司推出的4G通信網絡的試驗，據說可以配合EDGE進行無線上傳，并通過OFDM技術達到快速下載的目的。美國AT&T公司聲稱大約還需要五年，這項技術才能發布；再有十年左右的時間，4G才能真正投入到商用階段。在去年二月份，歐洲的四家移動設備生產商阿爾卡特、愛立信、諾基亞和西門子組成了世界無線研究論壇(WWRF)，以研究3G以后的發展方向。WWRF預計4G技術會在2010年開始投入應用。這一代通信技術可以把不同的無線局域網絡和通信標準，手機信號，無線電通信和電視廣播以及衛星通信結合起來，這樣手機用戶就可以隨心所欲的漫游了。在歐洲地區，無線區域回路與數字音訊廣播已針對其室內(Indoor)應用而進行相關的研發，測試項目包括10Mbps與MPEG影像傳輸應用，而第四代移動通信技術則會是現有兩項研發技術的延伸，先從室內技術開始，再逐漸擴展到室外的移動通信網路。愛立信公司的一位高級官員表示，該公司在經濟不景氣的情況下不會減少研發第四代無線通訊技術的預算的，該公司的負責人同時表示，該公司的研發工作具有3-10年的前瞻性，暫時的需求不振不會使該公司放慢研究的速度。 國際電信聯盟無線電通信部也已經達成共識，會把移動通信系統同其他系統結合起來，2010年之前是數據傳輸數率達到100Mbps。對于更高級的3G系統，ITU決定同時發展IMT-2000的兩個標準提高數據包和聲音文件的傳輸速率被日本NTT DoCoMo和J-Phone兩家公司采用的WCDMA能最大達到8Mbps的下載速率，而CDMA2000系統也會達到2.4Mbps的速率。同時ITU對外發表聲明說第四代移動通信的頻段尚未被討論與制訂，不過原則上會是以高頻段頻譜為主，另外也會使用到微波相關的技術與頻段。 能夠支持4G移動網絡LTE的第三代蘋果iPhone手機。 5.4我國的4G的發展國際電信聯盟(ITU)為4G制定了明確的時間表:2006年至2007年完成頻譜規劃,2010年左右完成全球統一的標準化工作,2010年之后開始商用。其中,4G技術提案將從2008年開始征集。 目前,全球范圍內許多國家和地區都在加緊對4G的研究。我國在2001年,國家“863”計劃啟動了面向B3G/4G的移動通信發展研究計劃FuTURE未來通用無線環境研究計劃(簡稱FuTURE計劃)。我國已經啟動4G研發有5年的時間了,國內十余家大學、企業和研究所均參與其中。2006年10月31日,4G外場試驗系統在上海通過了現場驗收,正式將FuTRUE計劃帶入了第三階段。這是全球進行的首次關于4G技術的應用測試,也是目前為止全世界最大的4G實驗系統:共包括6個節點,3個信道,6個終端,并引入了如IPv6核心網絡、IPTV高清晰度業務與移動通信切換等技術。實驗系統頻點3.5GHz、帶寬20MHz,采用協同分布式無線電蜂窩構架、混合FDD/TDD雙工方式、GMC/OFDM多址技術。我國目前已決定,將在更多地區進行4G系統的測試工作。中國電信WiFi熱點明年達100萬個挑戰4G中國電信10日宣布“無線中國”戰略，