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随着人们对现代移动通信依赖与要求的与日俱增,全球开始兴起4G,以期通过发展4G解决3G的局限,最终实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信的无缝衔接并相互兼容,真正实现“任何人在任何地点以任何形式接入网络”的梦想。
14G的定义
4G的定义到目前为止依然有待明确,它的技术参数、国际标准、网络结构、乃至业务内容均未有明确说法。
不过关于4G仍然有不少描述。如下:
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,比目前的拨号上网快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。
对于4G核心网络,具有电信级QoS的IPv6将是未来的主要发展趋势。
作为第四代移动通信技术,其主要的要求是:1)数据率要超过UMTS,即从2Mb/s提高到100Mb/s,移动速度上要从步行到车速。2)满足第三代移动通信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。广带无线局域网(WLAN)应能与B-ISDN和ATM兼容,实现广带多媒体通信,并形成综合广带通信网(IBCN)。3)对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量的影像服务。
据有关专家预测:这种以宽带、接入因特网、具有多种综合功能的第四代移动通信系统,很可能到2011年就会出现相关的实验系统和手机模型。
与3G相比,4G技术无论在通信范围、通信质量、支持高速数据不够媒体业务的能力等其它任何方面都比3G有很多超越之处。
1.1高速信息传输率
4G移动通信技术的信息传输速率要比3G移动通信技术的信息传输速率高一个数量级。目前,3G系统在室内静止环境下的最高速率能达妻2Mbit/s,车速环境下为144kbit/s,正在开发的5GHz频带的无线局域网(WLANS)和其它无线宽带接入系统在室内/步行环境下能支持20～30Mbit/s的传输速率,而在4G系统,由于采用了宽带OFDM技术,在车辆情况下其最低能支持的速率也将超过20Mbits/s。
1.2高效使用无线频谱资源
与3G系统相比4G系统的一个主要优势在于其采用的OFDM技术能够高效使用无线频谱资源。与3G系统不同的是,4G中采用的OFDM技术每Hz的带宽更高。
1.3智能的资源分配
在资源分配方面,4G中的资源分配具有根强的智能性、自组织性和灵活性,能根据网络中业务流量和业务特征进行自适应的资源分配,该技术能根据网络的动态和自行变化的信道条件,使低码速率与高码速率的用户能够共存。因此,在资源的智能化分配方面4G要比2G、3G先进。
1.4广泛的覆盖面积
4G系统的传输速率超过20Mbit/s,是2G的1000多倍,3G的10倍多。一般地,在其它条件相同情况下,由于4G的无线信号以更高的速率传输,因此为了补偿增加的噪声干扰值,4G系统的基站(BS)覆盖半径将会变小。另外,4G系统将工作在更高的频段上,其无线信号的传输损耗也高于2G和3G系统。根据有关计算,在无线传输方案不变情况下,当工作频率为2GHz,信道速率大于30Mbit/s或者工作于8GHz频率,信道速率大于2Mbit/s时,小区半径将不到3G系统的一半。这表明,如果要达到与3G系统一样的覆盖面积,4G系统的基站数量将会是3G系统的4倍。
此外,为了承载大量增长的业务,4G系统的容量应比现有3G系统容量大10倍,考虑到由于受受到频率资源的限制,增加系统容量的其中一个解决方案就是通过减少基站的覆盖半径来达到。
1.5分层的服务区域
尽管人们希望所有终端都能通过无线链路连接到网络,但由于受到功率和天线尺寸的限制,小型终端要直接连到4G系统还是很困难的,尽管如此,但在短距离内,小型终端之间还是能够交换无线信号的。另外,通过使用4G系统中的微型基站,小型终端可以通过微型基站接入4G系统。在4G中,微型基站起到移动终端的作用。采用这种配置后,4G的服务区域就由许多重叠小区组成。
24G的关键技术
2.1定位技术
定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。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。
2.2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。
2.3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。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,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。
2.4智能天线技术
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。
33G向4G的演进路线
3.1演进的战略路线
从目前全球应用来看,2G大获成功,4G应用广泛,前景看好,而3G目前却只有日本实现盈利。有人甚至提出“中国应跳过3G直接上4G”的言论。但我国在09年初发放3G牌照,启动3G商用,在战略路线上选择了从3G平滑过渡到4G的发展路线。其战略目的在于通过深度运营好3G为4G奠定坚实的基石。主要应该注意以下:
1)通过3G为4G奠定客户基础,提供和储备更庞大的移动数字用户;2)通过3G时代,深度开发丰富的内容和专业化服务,为4G奠定新业务基础;3)3G的发展必然要求以运营商为核心,充分调动产业链参与方的积极性,深度合作,形成适合的运营盈利模式。3G的运营模式的成功将为4G盈利提供借鉴。
3.2演进的技术路线
4G标准主要有三大阵营:LTE(长期演进)、WiMAX(微波存取全球互通)和UMB(增强型移动宽带)。
人们对宽带的需求是无止境的。所幸的是,LTE增强型技术提供了一种几乎与传统宽带一样的带宽,使移动互联网实现与普通PC一样的上网体验成为可能。所以,对运营商而言,LTE是个难得的机会,去争取更广泛的用户。为了迎合未来的业务发展需求,运营商都纷纷表示对LTE发展的支持。认为以大范围商用3G网络为基础,从现有的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等3G技术演进到4G是最稳妥的途径。美国、日本等国家普遍计划在2010年进入LTE试商用时代,LTE在全球移动通信市场上确立了主导地位。
1)WCDMA是目前产业链最广、全球用户最多、技术最为完善的一个标准。WCDMA的技术演进路线为WCDMA→HSDPA→HSUPA→HSPA+
→LTE FDD。其中,HSDPA在2006年已得到大规模商用,HSPA+商用时间将在2008-2010年间。2)CDMA2000技术优秀,但因其产业链基本由美国高通公司一家把控,设备厂家和终端厂商较少,发展并不乐观,目前全球CDMA投资急剧萎缩。CDMA的技术演进已经基本达成共识,除了一部分转网建设HSPA,相当数量的CDMA运营商还是会升级到EV-DO Rev.A(目前最新版本),并最终演进到LTE。3)TD-SCDMA是我国自主研发的3G标准,2000年5月由ITU公布正式成为3G国际标准的一个组成部分,与欧洲WCDMA、美国CDMA2000并列为三大主流3G国际标准。目前在TD-SCDMA主要在我国试商用。TD-SCDMA向4G的演进过程同WCDMA类似,通过TD-HSDPA、TD-HSUPA(目前最新版本),最终演进到LTE TDD。
14G的定义
4G的定义到目前为止依然有待明确,它的技术参数、国际标准、网络结构、乃至业务内容均未有明确说法。
不过关于4G仍然有不少描述。如下:
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,比目前的拨号上网快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。
对于4G核心网络,具有电信级QoS的IPv6将是未来的主要发展趋势。
作为第四代移动通信技术,其主要的要求是:1)数据率要超过UMTS,即从2Mb/s提高到100Mb/s,移动速度上要从步行到车速。2)满足第三代移动通信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。广带无线局域网(WLAN)应能与B-ISDN和ATM兼容,实现广带多媒体通信,并形成综合广带通信网(IBCN)。3)对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量的影像服务。
据有关专家预测:这种以宽带、接入因特网、具有多种综合功能的第四代移动通信系统,很可能到2011年就会出现相关的实验系统和手机模型。
与3G相比,4G技术无论在通信范围、通信质量、支持高速数据不够媒体业务的能力等其它任何方面都比3G有很多超越之处。
1.1高速信息传输率
4G移动通信技术的信息传输速率要比3G移动通信技术的信息传输速率高一个数量级。目前,3G系统在室内静止环境下的最高速率能达妻2Mbit/s,车速环境下为144kbit/s,正在开发的5GHz频带的无线局域网(WLANS)和其它无线宽带接入系统在室内/步行环境下能支持20～30Mbit/s的传输速率,而在4G系统,由于采用了宽带OFDM技术,在车辆情况下其最低能支持的速率也将超过20Mbits/s。
1.2高效使用无线频谱资源
与3G系统相比4G系统的一个主要优势在于其采用的OFDM技术能够高效使用无线频谱资源。与3G系统不同的是,4G中采用的OFDM技术每Hz的带宽更高。
1.3智能的资源分配
在资源分配方面,4G中的资源分配具有根强的智能性、自组织性和灵活性,能根据网络中业务流量和业务特征进行自适应的资源分配,该技术能根据网络的动态和自行变化的信道条件,使低码速率与高码速率的用户能够共存。因此,在资源的智能化分配方面4G要比2G、3G先进。
1.4广泛的覆盖面积
4G系统的传输速率超过20Mbit/s,是2G的1000多倍,3G的10倍多。一般地,在其它条件相同情况下,由于4G的无线信号以更高的速率传输,因此为了补偿增加的噪声干扰值,4G系统的基站(BS)覆盖半径将会变小。另外,4G系统将工作在更高的频段上,其无线信号的传输损耗也高于2G和3G系统。根据有关计算,在无线传输方案不变情况下,当工作频率为2GHz,信道速率大于30Mbit/s或者工作于8GHz频率,信道速率大于2Mbit/s时,小区半径将不到3G系统的一半。这表明,如果要达到与3G系统一样的覆盖面积,4G系统的基站数量将会是3G系统的4倍。
此外,为了承载大量增长的业务,4G系统的容量应比现有3G系统容量大10倍,考虑到由于受受到频率资源的限制,增加系统容量的其中一个解决方案就是通过减少基站的覆盖半径来达到。
1.5分层的服务区域
尽管人们希望所有终端都能通过无线链路连接到网络,但由于受到功率和天线尺寸的限制,小型终端要直接连到4G系统还是很困难的,尽管如此,但在短距离内,小型终端之间还是能够交换无线信号的。另外,通过使用4G系统中的微型基站,小型终端可以通过微型基站接入4G系统。在4G中,微型基站起到移动终端的作用。采用这种配置后,4G的服务区域就由许多重叠小区组成。
24G的关键技术
2.1定位技术
定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。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。
2.2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。
2.3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。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,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。
2.4智能天线技术
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。
33G向4G的演进路线
3.1演进的战略路线
从目前全球应用来看,2G大获成功,4G应用广泛,前景看好,而3G目前却只有日本实现盈利。有人甚至提出“中国应跳过3G直接上4G”的言论。但我国在09年初发放3G牌照,启动3G商用,在战略路线上选择了从3G平滑过渡到4G的发展路线。其战略目的在于通过深度运营好3G为4G奠定坚实的基石。主要应该注意以下:
1)通过3G为4G奠定客户基础,提供和储备更庞大的移动数字用户;2)通过3G时代,深度开发丰富的内容和专业化服务,为4G奠定新业务基础;3)3G的发展必然要求以运营商为核心,充分调动产业链参与方的积极性,深度合作,形成适合的运营盈利模式。3G的运营模式的成功将为4G盈利提供借鉴。
3.2演进的技术路线
4G标准主要有三大阵营:LTE(长期演进)、WiMAX(微波存取全球互通)和UMB(增强型移动宽带)。
人们对宽带的需求是无止境的。所幸的是,LTE增强型技术提供了一种几乎与传统宽带一样的带宽,使移动互联网实现与普通PC一样的上网体验成为可能。所以,对运营商而言,LTE是个难得的机会,去争取更广泛的用户。为了迎合未来的业务发展需求,运营商都纷纷表示对LTE发展的支持。认为以大范围商用3G网络为基础,从现有的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等3G技术演进到4G是最稳妥的途径。美国、日本等国家普遍计划在2010年进入LTE试商用时代,LTE在全球移动通信市场上确立了主导地位。
1)WCDMA是目前产业链最广、全球用户最多、技术最为完善的一个标准。WCDMA的技术演进路线为WCDMA→HSDPA→HSUPA→HSPA+
→LTE FDD。其中,HSDPA在2006年已得到大规模商用,HSPA+商用时间将在2008-2010年间。2)CDMA2000技术优秀,但因其产业链基本由美国高通公司一家把控,设备厂家和终端厂商较少,发展并不乐观,目前全球CDMA投资急剧萎缩。CDMA的技术演进已经基本达成共识,除了一部分转网建设HSPA,相当数量的CDMA运营商还是会升级到EV-DO Rev.A(目前最新版本),并最终演进到LTE。3)TD-SCDMA是我国自主研发的3G标准,2000年5月由ITU公布正式成为3G国际标准的一个组成部分,与欧洲WCDMA、美国CDMA2000并列为三大主流3G国际标准。目前在TD-SCDMA主要在我国试商用。TD-SCDMA向4G的演进过程同WCDMA类似,通过TD-HSDPA、TD-HSUPA(目前最新版本),最终演进到LTE TDD。