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21世紀(jì)，移動(dòng)通信技術(shù)和市場(chǎng)飛速發(fā)展。在新技術(shù)、市場(chǎng)需求的共同作用下，未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)將呈現(xiàn)以下幾大趨勢(shì)：1）網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、分組化，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)逐步形成；2）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字化、寬帶化；3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能化、小型化；4）應(yīng)用于更高的頻段，有效利用頻率；5）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的綜合化、全球化、個(gè)人化；5）各種網(wǎng)絡(luò)的融合；6）高速率、高質(zhì)量、低費(fèi)用。這是第四代（4G）移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。
4G的定義
第四代移動(dòng)通信技術(shù)的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱的超過(guò)2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無(wú)線固定接入、寬帶無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。 第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)具有更多的功能。第四代移動(dòng)通信可以在不同的固定、無(wú)線平臺(tái)和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無(wú)線服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。此外，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。
第四代移動(dòng)通信技術(shù)的主要指標(biāo)：1、數(shù)據(jù)速率從2Mb/s提高到100Mb/s，移動(dòng)速率從步行到車速以上。2、支持高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要。寬帶局域網(wǎng)應(yīng)能與B-ISDN和ATM兼容，實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體通信，形成綜合寬帶通信網(wǎng)。3、對(duì)全速移動(dòng)用戶能夠提供150Mb/s的高質(zhì)量影像等多媒體業(yè)務(wù)。
目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)著手研制第四代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品。美國(guó)AT&T公司已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中研究第四代移動(dòng)通信技術(shù)，其目的是提高蜂窩電話和其他移動(dòng)設(shè)備訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的速率；大約五年后，這項(xiàng)技術(shù)即可面世。日本的DoCoMo移動(dòng)通信公司也在進(jìn)行第四代移動(dòng)通信的研究，爭(zhēng)取在2008年左右推出4G產(chǎn)品。愛(ài)立信公司宣布已開(kāi)始著手研制第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，其研究機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人表示，第四代移動(dòng)通信技術(shù)不僅可以將上網(wǎng)速度提高到超過(guò)3G技術(shù)的50倍，而且屆時(shí)人類將首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。該公司預(yù)計(jì)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)大約在2010年正式投入市場(chǎng)。我國(guó)目前對(duì)第四代移動(dòng)通信技還處于探討起步階段，因此，對(duì)4G移動(dòng)通信的研制工作顯得十分迫切。
4G移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
結(jié)合移動(dòng)通信市場(chǎng)發(fā)展和用戶需求，4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的根本任務(wù)是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個(gè)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)(平臺(tái))之間或者多個(gè)無(wú)線接口之間，建立其最有效的通信路徑，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位和跟蹤。在移動(dòng)通信過(guò)程中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無(wú)縫連接能力，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率。4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過(guò)多個(gè)無(wú)線接口，由多個(gè)業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者提供多媒體業(yè)務(wù)。 因此，4G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)具備以下幾個(gè)基本特征：
* 多種業(yè)務(wù)的完整融合。個(gè)人 通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂(lè)等業(yè)務(wù)無(wú)縫連接為一個(gè)整體，滿足用戶的各種需求。4G應(yīng)能集成不同模式的無(wú)線通信——從無(wú)線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、 蜂窩信號(hào)、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動(dòng)用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。各種業(yè)務(wù)應(yīng)用、各種系統(tǒng)平臺(tái)間的互連更便捷、安全，面向不同用戶要求，更富有個(gè)性化。
* 高速移動(dòng)中不同系統(tǒng)間的無(wú)縫連接：用戶在高速移動(dòng)中，能夠按需接入系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)間無(wú)縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
* 各種用戶設(shè)備便捷地入網(wǎng)：各種價(jià)格低廉的設(shè)備應(yīng)能方便地接入通信網(wǎng)絡(luò)中。這些設(shè)備體積小巧、甚至無(wú)需接入電源網(wǎng)即可工作。用戶與設(shè)備間不再局限于聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫的簡(jiǎn)單交流方式，為滿足用戶的特殊需要和特殊用戶（如殘疾人）的需要，更多新的人機(jī)交互方式將出現(xiàn)。
* 高度智能化的網(wǎng)絡(luò)：4G的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，它具有良好的重構(gòu)性、可伸縮性、自組織性等，用以滿足不同環(huán)境、不同用戶的通信需求。
* 獨(dú)立的軟件平臺(tái)。
同時(shí)，技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求，將加快并實(shí)現(xiàn)目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)融為一體，寬帶IP技術(shù)和光網(wǎng)絡(luò)將成為多網(wǎng)融合的支撐和結(jié)合點(diǎn)。
數(shù)字化數(shù)據(jù)交易點(diǎn)(digital market-place)是4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要技術(shù)。它用于預(yù)處理各個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間的呼叫。在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間的特定協(xié)議條件下，幫助業(yè)務(wù)供應(yīng)者提供高質(zhì)量、低費(fèi)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用。例如，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之間傳送電視數(shù)據(jù)信息，首先經(jīng)由數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所處理。在數(shù)字化數(shù)據(jù)交易所里，這個(gè)電視數(shù)據(jù)信息將被分離成視頻信號(hào)和音頻信號(hào)，經(jīng)由不同信道傳送。音頻信號(hào)將由覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳送，視頻信號(hào)將由只能處理、接收視頻信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳送，從而達(dá)到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。未來(lái)的全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和骨干網(wǎng)系統(tǒng)，將以結(jié)合寬帶IP技術(shù)和光纖網(wǎng)技術(shù)為主。4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的蜂窩按功率大小被細(xì)分為macro BS、micro BS和pico BS三類。
目前，Bell公司已經(jīng)研制出一種新型光網(wǎng)絡(luò)。它是利用大氣激光傳輸原理的一種“無(wú)光纖”的光網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由激光器、光放大器和光接收器組成，通過(guò)發(fā)射一種特殊的“擴(kuò)展光束”(expanded beam)傳送光信號(hào)，并采用DWDM技術(shù)，支持10Gb/s速率的波長(zhǎng)，傳輸距離大于5km，具有良好的信號(hào)安全和穩(wěn)定性。諸如此類的先進(jìn)的光網(wǎng)絡(luò)和光技術(shù)層出不窮�？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，光網(wǎng)絡(luò)將大放異彩，起著舉足輕重的作用。
4G移動(dòng)通信的接入系統(tǒng)
4G移動(dòng)通信接入系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是，智能化多模式終端(multi mode terminal)基于公共平臺(tái)，通過(guò)各種接入技術(shù)，在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(平臺(tái))之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接和協(xié)作。在4G移動(dòng)通信中，各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個(gè)公共平臺(tái)，相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，來(lái)滿足不同用戶的通信需求。當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自適應(yīng)分配頻帶、給出最優(yōu)化路由，以達(dá)到最佳通信效果。目前，4G移動(dòng)通信的主要接入技術(shù)有：無(wú)線蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（例如2G、3G）；無(wú)繩系統(tǒng)（如DECT）；短距離連接系統(tǒng)（如藍(lán)牙）；WLAN系統(tǒng)；固定無(wú)線接入系統(tǒng)；衛(wèi)星系統(tǒng)；平流層通信（STS）；廣播電視接入系統(tǒng)（如DAB、DVB-T、CATV）。隨著技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求變化，新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。
不同類型的接入技術(shù)針對(duì)不同業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)，因此，我們根據(jù)接入技術(shù)的適用領(lǐng)域、移動(dòng)小區(qū)半徑和工作環(huán)境，對(duì)接入技術(shù)進(jìn)行分層。
* 分配層：主要由平流層通信、衛(wèi)星通信和廣播電視通信組成，服務(wù)范圍覆蓋面積大。
* 蜂窩層：主要由2G、3G通信系統(tǒng)組成，服務(wù)范圍覆蓋面積較大。
* 熱點(diǎn)小區(qū)層：主要由WLAN網(wǎng)絡(luò)組成，服務(wù)范圍集中在校園、社區(qū)、會(huì)議中心等，移動(dòng)通信能力很有限。
* 個(gè)人網(wǎng)絡(luò)層：主要應(yīng)用于家庭、辦公室等場(chǎng)所，服務(wù)范圍覆蓋面積很小。移動(dòng)通信能力有限，但可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)連接其他網(wǎng)絡(luò)層。
* 固定網(wǎng)絡(luò)層：主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)在整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中處于十分重要的位置。未來(lái)的接入系統(tǒng)將主要在以下三個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)革新和突破：（1）為最大限度開(kāi)發(fā)利用有限的頻率資源，在接入系統(tǒng)的物理層，優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和信號(hào)傳輸技術(shù)，提高信號(hào)處理算法、信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并在頻譜共享和新型天線方面做進(jìn)一步研究。（2）為提高網(wǎng)絡(luò)性能，在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面，研究網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化和自動(dòng)重構(gòu)技術(shù)，動(dòng)態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。（3）提高和擴(kuò)展IP技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；加強(qiáng)軟件無(wú)線電技術(shù)；優(yōu)化無(wú)線電傳輸技術(shù)，如支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、無(wú)縫連接和網(wǎng)絡(luò)安全。
4G移動(dòng)通信的軟件系統(tǒng)v
4G移動(dòng)通信的軟件系統(tǒng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜化、智能化。軟件系統(tǒng)的首要任務(wù)是，創(chuàng)建一個(gè)公共的軟件平臺(tái)，使不同通信系統(tǒng)和終端的應(yīng)用軟件，通過(guò)此平臺(tái)“互連互通”；并且，通過(guò)此軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同通信系統(tǒng)和終端的管理和監(jiān)控。因此，建立一個(gè)統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)和互連協(xié)議，是4G移動(dòng)通信軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵。
軟件系統(tǒng)將逐步采用Web服務(wù)模式，以代替現(xiàn)行的客戶/服務(wù)器模式。新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言如XML，將用于未來(lái)的這種基于Web的分布式服務(wù)。另一方面，軟件系統(tǒng)還將在網(wǎng)絡(luò)安全上做進(jìn)一步研究，以保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作、數(shù)據(jù)完整和其他特殊需要。
4G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)
在4G移動(dòng)通信中，下列關(guān)鍵技術(shù)需進(jìn)一步研究和解決。
* 定位技術(shù)：定位是指移動(dòng)終端位置的測(cè)量方法和計(jì)算方法。它主要分為基于移動(dòng)終端定位、基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位或者混合定位三種方式。在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，移動(dòng)終端可能在不同系統(tǒng)(平臺(tái))間進(jìn)行移動(dòng)通信。因此，對(duì)移動(dòng)終端的定位和跟蹤，是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端在不同系統(tǒng)(平臺(tái))間無(wú)縫連接和系統(tǒng)中高速率和高質(zhì)量的移動(dòng)通信的前提和保障。
* 切換技術(shù)：切換技術(shù)適用于移動(dòng)終端在不同移動(dòng)小區(qū)之間、不同頻率之間通信或者信號(hào)降低信道選擇等情況。切換技術(shù)是未來(lái)移動(dòng)終端在眾多通信系統(tǒng)、移動(dòng)小區(qū)之間建立可靠移動(dòng)通信的基礎(chǔ)和重要技術(shù)。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統(tǒng)中，切換技術(shù)的適用范圍更為廣泛，并朝著軟切換和硬切換相結(jié)合的方向發(fā)展。v
* 軟件無(wú)線電技術(shù)：在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，軟件將會(huì)變得非常繁雜。為此，專家們提議引入軟件無(wú)線電技術(shù)，將其作為從第二代移動(dòng)通信通向第三代和第四代移動(dòng)通信的橋梁。軟件無(wú)線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程盡可能地接近天線，即將 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近RF前端，利用DSP進(jìn)行信道分離、調(diào)制解調(diào)和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個(gè)無(wú)線電通信平臺(tái)，在平臺(tái)上運(yùn)行各種軟件系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無(wú)線通信。因此，應(yīng)用軟件無(wú)線電技術(shù)，一個(gè)移動(dòng)終端，就可以實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺(tái)之間，暢通無(wú)阻的使用。目前比較成熟的軟件無(wú)線電技術(shù)有參數(shù)控制軟件無(wú)線電系統(tǒng)。
* 智能天線技術(shù)：智能天線具有抑制噪聲、自動(dòng)跟蹤信號(hào)、智能化時(shí)空處理算法形成數(shù)字波束等功能。
* 無(wú)線電在光纖中的傳輸技術(shù)：在未來(lái)的通信系統(tǒng)中，光纖網(wǎng)將發(fā)揮十分重要的作用�？梢岳霉饫w傳送寬帶無(wú)線電信號(hào)，與其他傳輸媒介相比，損耗很小。還可以用光纖傳送包含多種業(yè)務(wù)的高頻(60GHz)無(wú)線電信號(hào)。因此，利用光纖傳輸無(wú)線電信號(hào)，成為研究的一個(gè)重點(diǎn)。
* 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與安全：未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)包含許多類型的通信網(wǎng)絡(luò)，采用以軟件連接和控制為主的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連。因此，無(wú)線接口協(xié)議成為4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題，隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，也需高度重視。
* 傳輸技術(shù)：主要研究在高速率(＜20Mb/s)條件下，高速移動(dòng)通信微波傳輸?shù)男阅�；以及在高頻段(如60GHz)室內(nèi)信號(hào)多徑傳輸性能。亞毫米波段傳輸信號(hào)，也是雨天等惡劣條件下，信號(hào)傳輸技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。
* 調(diào)制和信號(hào)傳輸技術(shù)：在高頻段進(jìn)行高速移動(dòng)通信，將面臨嚴(yán)重的選頻衰落(frequency-selective fading)。為提高信號(hào)性能，研究和發(fā)展智能調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，來(lái)有效抑制這種衰落。例如正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)、自適應(yīng)均衡器等。另一方面，采用TPC、RAKE擴(kuò)頻接收、跳頻、FEC(如AQR和Turbo編碼)等技術(shù)，來(lái)獲取更好的信號(hào)能量噪聲比(Eb/N0)。
隨著新技術(shù)和人們的新需求不斷出現(xiàn)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)做相應(yīng)調(diào)整和進(jìn)一步發(fā)展�？v觀移動(dòng)通信發(fā)展規(guī)律，我們相信，第四代移動(dòng)通信技術(shù)的高速率、高質(zhì)量、大容量的多媒體服務(wù)，將使我們的世界更美好！
摘自《通訊世界》
