第四代移動通信系統(tǒng)研究

張重陽

[摘要]本文首先對4G的概念和特點進(jìn)行了分析研究，其次是對4G系統(tǒng)可能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)支撐、標(biāo)準(zhǔn)化工作以及發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行了分析和總結(jié)，最后對4G技術(shù)發(fā)展面臨的問題進(jìn)行了闡述。

[關(guān)鍵詞]4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)面臨問題

引言

隨著人們對移動通信系統(tǒng)的各種需求與日俱增，目前投入商用的2G、2.5G系統(tǒng)和部分投入商用的3G系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。雖然3G標(biāo)準(zhǔn)比當(dāng)前主流的移動通信技術(shù)更強大，但它存在難以提供動態(tài)范圍多速率業(yè)務(wù)，難以實現(xiàn)不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游等一系列局限性，這使得全世界通信業(yè)的專家們將目光更遠(yuǎn)地投向了第四代移動通信，以期通過第四代移動通信系統(tǒng)來解決3G無法解決的問題，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，真正實現(xiàn)“任何人在任何地點以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的夢想。

4G的概念和特點

盡管目前3G的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已達(dá)成協(xié)議，并已開始商用，但3G技術(shù)仍存在一些不足。這些局限性推動了人們對下一代通信系統(tǒng)——4G的研究和期待。

究竟什么是4G，目前尚未有明確的定義。一種普遍認(rèn)可的觀點將4G稱為廣帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mbit／s的數(shù)據(jù)傳輸能力及不同速率間的自動切換能力，是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)、寬帶接入IP系統(tǒng)，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)，集成不同模式的無線通信，移動用戶可以自由地從一個標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個標(biāo)準(zhǔn)。而有的學(xué)者將4G稱為超高速無線網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)為4G是一種不需要電纜的信息超級高速公路，該網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線形式實現(xiàn)全方位虛擬連接。還有人將4G稱為“多媒體移動通信”。也有學(xué)者認(rèn)為采用了OFDM和MIMO技術(shù)的HSOPA就可作為4G的標(biāo)準(zhǔn)。同時，也有一部分專家認(rèn)為40就是超3G(又稱后3G、B3G或Beyond IMT-2000，這個超3G的概念涵蓋了現(xiàn)有的3G、3G增強技術(shù)，以及新的移動接入和游牧／本地接人系統(tǒng))。

目前正在構(gòu)思中的40移動通信系統(tǒng)將具有如下特征：

(1)高速率，高容量(2)網(wǎng)絡(luò)頻帶更寬；(3)兼容性更加平滑；(4)靈活性更強；(5)用戶共存性。運營商或用戶花費更低的費用就可隨時隨地地提供或接入各種業(yè)務(wù)。

4G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

雖然4G系統(tǒng)處于研究的階段，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還沒有成型，但是對于這方面的研究已有很多?；谌藗兡壳皩?G廣帶接人和分布網(wǎng)絡(luò)的普遍理解，未來的4G網(wǎng)絡(luò)將是一種全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，4G系統(tǒng)將是一個集成廣播電視網(wǎng)絡(luò)、無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等系統(tǒng)和固定的有線網(wǎng)絡(luò)為一體的結(jié)構(gòu)，各種類型的接入網(wǎng)通過媒體接入系統(tǒng)都能夠無縫地接入基于IP的核心網(wǎng)，形成一個公共的、靈活的、可擴(kuò)展的平臺。目前認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)體系的分層結(jié)構(gòu)大致可分為3層，自上而下分為：物理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。其中物理層提供接入和選路功能，網(wǎng)絡(luò)層作為橋接層提供QoS映射、地址轉(zhuǎn)換、即插即用、安全管理、有源網(wǎng)絡(luò)。物理層與網(wǎng)絡(luò)層提供開放式IP接口。應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層之間也是開放式接口，用于第三方開發(fā)和提供新業(yè)務(wù)。4G的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：OFDM、AMC、SAPIA、MIMO(多人多出)、SDR、IPv6、定位技術(shù)和切換技術(shù)。

4G通信發(fā)展面臨的問題

4G系統(tǒng)投入實際應(yīng)用將遇到技術(shù)和市場兩方面的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度來分析，4G要實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、高機動性和無縫隙漫游，必須對現(xiàn)有的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行更新改造，首先需要解決無線系統(tǒng)中的移動性管理、資源管理和核心網(wǎng)的移動IP技術(shù)等問題，還有4G的標(biāo)準(zhǔn)問題。其次要開發(fā)新的頻譜資源，提高頻譜利用率并選擇合適的傳輸技術(shù)。此外，4G移動通信的數(shù)據(jù)傳輸將比3G高一個數(shù)量級，這也會引起一系列技術(shù)上的難題。而從市場角度分析，有專家預(yù)測：到2010年后，2G的多媒體服務(wù)將進(jìn)人第三個發(fā)展階段，此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本成形，全球至少有25％以上的人口使用3G系統(tǒng)，整個行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，利用4G相關(guān)技術(shù)對3G進(jìn)行改進(jìn)與完善的工作也會同時進(jìn)行?？梢?，對于4G系統(tǒng)的接受還需要一個逐步過渡的過程。

結(jié)束語

4G目前處于研究開發(fā)階段。盡管4G技術(shù)有著比3G更快的通信速度、更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜、更加靈活等一系列優(yōu)越性，但要真正實現(xiàn)，現(xiàn)在看來還面臨著許多難題。因此，現(xiàn)在對4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可行性、靈活性及其關(guān)鍵技術(shù)的探討將對4G的盡快實現(xiàn)有十分重要的意義。