4G到來? 面對第四代移動通信的思考

移動通信已成為當(dāng)代通信領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展?jié)摿ψ畲�、市場前景最廣的熱點技術(shù)。目前全球已具有相當(dāng)規(guī)模的移動通信標(biāo)準(zhǔn)有GSM、CDMA和TDMA三大分支，每個分支都在搶占市場。全球無線技術(shù)各自為營，各廠商都在不斷推出新技術(shù)，以迅速搶占行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)地位。盡管第三代移動通信(3G)標(biāo)準(zhǔn)比現(xiàn)有無線技術(shù)更強大，但也將面積競爭和標(biāo)準(zhǔn)不兼容等問題。

人們開始呼吁移動通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，以期通過第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)的制定來解決兼容問題。國際電信聯(lián)盟(ITU)目前已經(jīng)開始研究制訂第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)，并已達(dá)成共識：把移動通信系統(tǒng)同其他系統(tǒng)(例如無限局域網(wǎng)，W-LAN，等)結(jié)合起來，產(chǎn)生4G技術(shù)，2010年之前使數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率達(dá)到100Mbps，以提供更有效的多種業(yè)務(wù)。目前相互兼容移動通信技術(shù)的第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)(4G)正在業(yè)界萌動。第四代移動通信與第三代移動通信相比，將在技術(shù)和應(yīng)用上有質(zhì)的飛躍。4G將適合所有的移動通信用戶，最終實現(xiàn)商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、藍(lán)牙、廣播、電視衛(wèi)星通信的無縫銜接并相互兼容。

1 移動通信發(fā)展歷程

1.1 第一代移動通信技術(shù)(1G)

主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進(jìn)行移動通信的長途溫游，只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信有多種制式，我國主要采用的是TACS。第一代移動通信有很多不足之處，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動溫游等。

1.2 第二代移動通信技術(shù)(2G)

主要采用的是數(shù)字的時分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。主要業(yè)務(wù)是語音，其主特性是提供數(shù)字化的話音業(yè)務(wù)及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點，話音質(zhì)量、保密性能得到大的提高，并可進(jìn)行省內(nèi)、省際自動漫游。第二代移動通信替代第一代移動通信系統(tǒng)完成模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行漫游，因而無法進(jìn)行全球漫游，由于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也無法實現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù)如移動的多媒體業(yè)務(wù)。

1.3 第三代移動通信技術(shù)(3G)

與從前以模擬技術(shù)為代表的第一代和目前正在使用的第二代移動通信技術(shù)相比，3G將有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達(dá)5MHz以上。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù)，從而提供快捷、方便的無線應(yīng)用，如無線接入Internet。

能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)是第三代移動通信的另個主要特點。第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連接。滿足多媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。但第三代移動通信仍是基于地面、標(biāo)準(zhǔn)不的區(qū)域性通信系統(tǒng)。雖然第三代移動通信可以比現(xiàn)有傳輸率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求。第四代移動通信系統(tǒng)的提供便是希望能滿足提供更大的頻寬需求，滿足第三代移動通信尚不能達(dá)到的在覆蓋、質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。

2 第四代移動通信及其性能

第四代移動通信系統(tǒng)可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，數(shù)據(jù)率超過UMTS，是支持高速數(shù)據(jù)率(2～20Mb/s)連接的理想模式，上網(wǎng)速度從2Mb/s提高到100Mb/s，具有不同速率間的自動切換能力。

第四代移動通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)上、功能上、頻帶上都與第三代系統(tǒng)不同，將在不同的固定和無線平臺及跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)運行中提供無線服務(wù)，比第三代移動通信更接近于個人通信。第四代移動通信技術(shù)可將上網(wǎng)速度提高到超過第三代移動技術(shù)50倍，可實現(xiàn)三維圖像高質(zhì)量傳輸。

4G移動通信技術(shù)的信息傳輸級數(shù)要比3G移動通信技術(shù)的信息傳輸級數(shù)高一個等級。對無線頻率的使用效率比第二代和第三代系統(tǒng)都高得多，且抗信號衰落性能更好，其最大的傳輸速度將是目前“i-mode”服務(wù)的10000倍。除了高速信息傳輸技術(shù)外，它還包括高速移動無線信息存取系統(tǒng)、移動平臺技術(shù)、安全密碼技術(shù)以及終端間通信技術(shù)等，具有極高的安全性，4G終端還可用作諸如定位、告警等。4G手機系統(tǒng)下行鏈路速度為100mbps，上行鏈路速度為30mbps。其基站天線可以發(fā)送更窄的無線電波波束，在用戶行動時也可進(jìn)行跟蹤，可處理數(shù)量更多的通話。第四代移動電話不僅音質(zhì)清晰，而且能進(jìn)行高清晰度的圖像傳輸，用途將十分廣泛。

在容量方面，可在FDMA、TDMA、CDMA的基礎(chǔ)上引入空分多址(SDMA)，容量達(dá)到3G的5～10倍。另外，可以在任何地址寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)，包含衛(wèi)星通信，能提供信息通信之外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng))。

其廣帶無線局域網(wǎng)(WLAN)能與B-ISDN和ATM兼容，實現(xiàn)廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(wǎng)(IBCN)，通過IP進(jìn)行通話。

能全速移動用戶能提供150Mb/s的高質(zhì)量的影像服務(wù)，實現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸，無線用戶之間可以進(jìn)行三維虛擬現(xiàn)實通信。

能自適應(yīng)資源分配，處理變化的業(yè)務(wù)流、信道條件不同的環(huán)境，有很強的自組織性和靈活性。

能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)和自動變化的信道條件，使低碼率與高碼率的用戶能夠共存，綜合固定移動廣播網(wǎng)絡(luò)或其他的一些規(guī)則，實現(xiàn)對這些功能體積分布的控制。

支持交互式多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會議、無線因特網(wǎng)等，提供更廣泛的服務(wù)和應(yīng)用。

4G系統(tǒng)可以自動管理、動態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。

用戶將使用各種各樣的移動設(shè)備接入到4G系統(tǒng)中，各種不同的接入系統(tǒng)結(jié)合成一個公共的平臺，它們互相補充、互相協(xié)作以滿足不同的業(yè)務(wù)的要求，移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)趨于多樣化，最終將演變?yōu)樯鐣�上多行業(yè)、多部門、多系統(tǒng)與人們溝通的橋梁。

3 4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。

物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。

中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。

物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端能力，跨越多個運營者和服務(wù)，提供大范圍服務(wù)。