4G移動通信關鍵技術及特征

1、我國4G進展程度

2001年，“國家863計劃”啟動了面向后三代/四代（B3G/4G）的移動通信發(fā)展研究計劃——未來通用無線環(huán)境研究計劃（簡稱FuTURE計劃）。其主要目標是面向未來10年無線通信領域的發(fā)展趨勢與需求，重點突破新一代移動通信系統(tǒng)關鍵技術，逐步建立一個集大范圍蜂窩移動通信、區(qū)域性寬帶無線接入和短程無線連接為一體的通用無線電環(huán)境，為中國未來無線與移動通信產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展創(chuàng)造條件。

2001年“國家863計劃”啟動以來，截止到2006年已經(jīng)取得了相當多的科研成果，在國內外申請移動通信技術發(fā)明專利100余項；FuTURE計劃實施5年來，累計培養(yǎng)了近千名移動通信超前研發(fā)人才，顯著增強了我國移動通信可持續(xù)發(fā)展能力。B3G/4G研究并不只是一個科研項目，更是一個推動我國未來通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的試驗系統(tǒng)，涉及知識產(chǎn)權、專利、國際合作等問題，并且能為我國在下一代移動通信標準化上打下基礎。在B3G/4G研究上，中國與國際同步，而B3G/4G外場技術演示和示范則在世界范圍內處于領先地位。在3G技術的研究方面，我國比國外晚了8～10年，而4G技術的研究已經(jīng)實現(xiàn)了與國際同步，這為我們擁有一個更好的發(fā)展前景奠定了基礎。

我國啟動4G研發(fā)以來，國內十余家大學、企業(yè)和研究所均參與其中。在FuTURE計劃一期課題的支持下，北京郵電大學等國內六所高校，分別與華為、三星等國內外企業(yè)開展合作，經(jīng)過一年多的艱苦努力，完成了六種無線傳輸鏈路方案的設計，并初步研究了無線資源管理方案和上層協(xié)議，基本完成了基帶電路核心硬件和軟件的設計和測試，并完成了支持分布式多天線接入的射頻系統(tǒng)的設計；取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，申請了30余項國家發(fā)明專利，為進一步凝煉面向“十五”末期的超3代總體技術方案打下了良好的基礎。在此基礎之上，國家“863”FuTURE計劃于2003年11月啟動了第二階段研究開發(fā)計劃。本課題研究開發(fā)的總體目標是：面向超3代移動通信在傳輸速率、業(yè)務支持、系統(tǒng)容量等方面的應用需求，在超3G移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡結構、空中接口等各個方面，進一步開展深入系統(tǒng)的研究，重點突破，形成完善的超3代總體技術方案，構建具有超3代移動通信主要技術特征的試驗系統(tǒng)，具備向ITU提交初步的新一代無線通信體制標準建議的技術基礎。國家“863”項目“超3代蜂窩移動通信無線網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)研究與開發(fā)”子課題——“TDD系統(tǒng)OFDM上行鏈路設計與實現(xiàn)及TDD技術集成”由北京郵電大學無線新技術研究所承擔，具體負責該課題的實施和集成。該子課題于2003年11月啟動，2004年7月完成了鏈路方案驗收，至2006年6月完成了上下行鏈路以及整個系統(tǒng)的聯(lián)調工作，在2006年6月17日進行了正式驗收。驗收結果表明該系統(tǒng)已達到了國際領先水平，這標志著我國在下一代移動通信系統(tǒng)的研究中取得了突破性進展。

2007年1月28日，在上�？焖僖苿拥臏y試車上，基于IPV6的高清電視等業(yè)務的演示十分流暢。工作人員在上海延安西路高架做了2km長的覆蓋，車輛在真實的路況中以50km/h的時速行駛，獲得的下行速率為20Mbps～90Mbps，上行最高也可達80Mbps。這標志著我國第一個4G試驗網(wǎng)已經(jīng)正式進入第三階段，即外場試驗和預商用計劃。該實驗系統(tǒng)由三個無線覆蓋小區(qū)、六個接入站點和六個移動終端組成，提供多小區(qū)、多用戶模擬網(wǎng)絡集成測試環(huán)境，驗證室內、開闊地、城市熱點，高架路等多種無線場景適用性，其集成測試平臺提供從鏈路空口質量到業(yè)務承載質量、從靜止模擬信道環(huán)境到實時高速移動環(huán)境下的多種測試手段。

4G由技術向產(chǎn)品轉移，經(jīng)過系統(tǒng)集成、產(chǎn)品開發(fā)等環(huán)節(jié)之后，才能進入產(chǎn)業(yè)化研發(fā)階段，根據(jù)預測還要經(jīng)歷至少5年，也就是2012年才能實現(xiàn)相關產(chǎn)品的商用試驗。

2、4G的定義

4G集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質量視頻圖像，圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號上網(wǎng)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(wǎng)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(jù)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(qū)。

目前4G有來自ITU定義、WiMAX、4GMF和通播網(wǎng)等幾個觀點，但都尚未定論。

ITU的定義，在2005年10月18日結束的ITU-RWP8F第17次會議上，ITU給了B3G技術一個正式的名稱IMT-Advanced。國際電信聯(lián)盟定義為：IMT-2000技術和IMT-Advanced技術擁有一個共同的前綴“IMT”，表示移動通信；當前的WCDMA、HSDPA等技術統(tǒng)稱為IMT-2000技術；未來的新的空中接口技術叫做IMT-Advanced技術。IMT-Advanced與IMT-2000是并列的，都是IMT的一個分支。從這個意義上講，IMT-Advanced是3G的新發(fā)展，而不是4G。之所以稱為B3G，而不是4G，是因為未來系統(tǒng)及標準必須繼續(xù)依賴3G標準組織已發(fā)展的多項新定標準加以延伸，如IP核心網(wǎng)、開放業(yè)務架構及IPv6。同時，其規(guī)劃又必須滿足整體系統(tǒng)架構能夠由3G系統(tǒng)演進到未來B3G架構的需求。按照ITU對IMT-Advanced的定義，當用戶處于靜止或者低速移動時，IMT-Advanced應當能夠支持1000Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務速率；當用戶處于高速移動狀態(tài)時，IMT-Advanced應當能夠支持100Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務速率。與B3G技術相比，IMT-Advanced技術的性能要高一個數(shù)量級。與此相對應，IMT-Advanced的商用時間也將在2010年以后，即在B3G技術商用以后。目前，雖然國際上正積極開展IMT-Advanced技術的預研工作，但是，對究竟采用什么樣的技術才能達到預定目標方面，各個國家都還沒有一個明確的認識。在系統(tǒng)架構上，B3G的終端設備將可以利用單一或少數(shù)的無線接口、軟件無線電、智能型天線，并以最符合頻寬需求或具經(jīng)濟可行性的方式，選擇通信時的接口及協(xié)議。其可選擇的接口包括WLAN、2G、2.5G、3G接口，以及B3G新規(guī)劃的高速無線接口。B3G技術的發(fā)展，不僅僅包括移動通信領域的技術，也就是3GPP和3GPP2國際標準組織定義的接入技術標準發(fā)展演進路線，還包括寬帶無線接入領域的新技術及廣播電視領域的技術。

WiMAX的定義，4G是從WiMAX演進而來，是基于IP的、能覆蓋廣大地區(qū)的移動無線城域網(wǎng)，主要用于移動傳送高速數(shù)據(jù)而不是語音。既是WiFi的競爭者，又是XDSL，技術的無線替代技術，構成支持高速移動和實時在線的公共無線寬帶接入網(wǎng)。目前WiMAX是寬頻無線接入（BWA）中最受關注的技術。BWA是指以無線傳輸方式向用戶提供連接到寬帶固定網(wǎng)絡的接入技術。韓國運營商是最早商用WiMAX的運營商之一，WiBro是韓國提出的寬帶無線接入標準，可以看作是802.16e標準的子集，其下行速率18.4Mbps，上行速率6.1Mbps。韓國的KT、SK都已經(jīng)建立了Wibro商用網(wǎng)絡。目前，WiMAX向4G演進的工作正在有條不紊的進行中。2006年11月，IEEE802委員會成立了新的工作組“P802.16m”，其瞄準的目標即是4G。在2008年ITU確定4G標準時，P802.16m希望能被IMT-Advanced所采納。P802.16m的特點是能夠確保與移動WiMAX的兼容，除了采用與移動WiMAX同樣的“OFDMA”接駁方式外，還將實現(xiàn)基站的共用等功能。以WiMAX.為代表的寬帶無線接入技術和以LTE、AIE為代表的移動通信技術已經(jīng)非常相似，兩者之間界線變得模糊。出現(xiàn)這樣的局面，究其原因是不同的產(chǎn)業(yè)領域從不同方向向同一市場滲透的結果。

4GMF的定義，4G技術的重點是融合無線接入技術、移動技術和寬帶技術于一體。4G的主要特征將是開放的無線結構，而不是高速無線傳輸技術，開放的無線結構實現(xiàn)多網(wǎng)合一。其應用將不局限于電信行業(yè)，也將廣泛應用于汽車通信業(yè)、民航通信業(yè)、廣播電視業(yè)、國防、政府、教育、醫(yī)療和金融系統(tǒng)等領域。

盡管業(yè)界的描述各有不同，但有幾點是大家公認的，即4G將實現(xiàn)移動化、寬帶化、IP化。移動化將人們從地理的限制上解脫出來，實現(xiàn)無時不在、無所不在的信息傳遞。寬帶化是滿足用戶對視頻業(yè)務、流媒體等業(yè)務帶寬的需求。而下一代網(wǎng)絡將是全IP網(wǎng)，從核心網(wǎng)到用戶設備均支持IP協(xié)議。隨著向4G演進，趨勢將是不同的無線技術在NGN架構下融合、共存，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成多層次的無線網(wǎng)絡環(huán)境。