未来移动通信4G时代1.doc

1、 未来移动通信 4G 时代2009 级电子信息工程 3 班 从 80 年代起，移动通信发生了重大的变化并取得迅速的发展。80 年代初，引入了利用模拟传输方式实现话音业务的第一代移动系统。有几种标准得以发展，如：美国的 AMPS(先进的移动电话业务)、英国的 TACS(全接入通信系统)等。80 年代末，引入了利用数字传输方式的第二代移动通信系统。它们提供更高的频谱利用率、更好的数据业务以及比第一代系统更先进的漫游。GSM( 全球移动通信系统)、PDC( 个人数字蜂窝)以及 IS95(USCDMA 系统)都属于第二代系统。第二代系统将进一步向第三代系统演变，提供更先进的业务，如速率为 100200

2、kbit/s的电路和分组数据业务等，这些演变的系统通常被称为 2.5 代系统。它们有HSCSD(highspeedcircuit switcheddata)、GPRS、EDGE(enhanceddataratesforGSMevolution)等。第三代移动通信系统的研究起于 1988 年，其代表为：国际电信联盟 ITU 的 IMT2000 和欧洲的 UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsService)，他们的目的是提供高达 2Mbits/s 的宽带数据业务，并且提供电路交换和分组交换业务的全球漫游。IMT2000 支持 TDD 和 FDD 方式，允许对

3、称和非对称的业务6。第三代移动通信系统将会在 2002 年在全球展开应用。然而人们对于通信的要求是没有止境的，人们要求更高的通信速度和更多的业务种类。鉴于制定标准和系统规范的长期性，现在关于第四代移动通信系统的讨论也已全面展开。本文描术了 4G 系统的基本要素，并讨论了 4G 系统的网络结构，它包括一个基于 IP 的核心网络和由几种接入系统组成的接入平台。通信业务和市场对移动通信系统的需求，移动通信系统的发展主要受到技术因素和市场需求两方面的影响。其中因特网的飞速发展对移动通信产生了深远的影响。大约 80接入固定网络的用户也使用移动通信网络，他们对利用移动终端接入因特网表现出极大的兴趣，这为移

4、动接入业务的开展提供了很大的市场空间。固定接入用户的增长在 2004 年左右达到饱和，而移动接入用户的数量依然保持高速的增长率，估计移动接入用户的数量将在 2004 年超过固定接入用户的数量。另外，移动通信所提供的业务结构也发生了巨大的变化。人们已经不再满足于传统的话音业务，人们希望移动通信系统能够提供更广泛的业务种类，如：因特网接入、电子邮件、实时图像传输、视频点播、电视、宽带数据业务等。在第一、二代移动通信系统中占主流的话音业务将逐渐让位于快速发展的多媒体业务，估计到 2010 年，话音业务量与多媒体业务量的比值为 1：10。最后，移动通信模式也将发生巨大变化。现在的通信模式还主要是人与人

5、之间的通信，而以后的通信模式将要发展为人与人、人与机器、机器与人、机器与机器之间的通信。所有这些变化都对移动通信系统提出更高的要求，人们要求移动通信系统可以提供各种多媒体业务，可以满足各种通信质量要求，可以以各种形式的终端接入；另外，系统还应具备高度的智能化，以满足通信业务发展、变化的需求。3G 系统相对于 2G 系统在通信速度和质量上都有了很大的提高，它可以支持多媒体和 IP类型的业务。基于 WCDMA 的空中接口设计可以为中等速率的业务(384kbit/s)提供更大的容量。统计复用的策略可以提高分组传输模式的效率。可是 3G 系统还是有它自己的局限性。由于很多用户干扰，利用 CDMA 很难

6、达到很高的通信速率；由于空中接口标准对核心网的限制，3G 系统所能提供服务速率的动态范围不大，不能满足各种业务类型要求。分配给 3G 系统的频率资源已经趋于饱和。基于以上原因，人们希望在下一代移动通信系统中，这些问题得以解决。就 在 3G 通 信 技 术 正 处 于 酝 酿 之 中 时 ， 更 高 的 技 术 应 用 已 经 在 实 验 室 进 行 研 发 。 因此 在 人 们 期 待 第 三 代 移 动 通 信 系 统 所 带 来 的 优 质 服 务 的 同 时 ， 第 四 代 移 动 通 信 系 统 的 最 新技 术 也 在 实 验 室 悄 然 进 行 当 中 。 那 么 到 底 什 么

7、是 4G 通 信 呢 ？ 到 2009 年 为 止 人 们 还 无 法 对 4G 通 信 进 行 精 确 地 定 义 ， 有 人 说 4G 通 信 的 概 念 来 自 其他 无 线 服 务 的 技 术 ， 从 无 线 应 用 协 定 、 全 球 袖 珍 型 无 线 服 务 到 3G； 有 人 说 4G 通 信 是 一个 超 越 2010 年 以 外 的 研 究 主 题 ， 4G 通 信 是 系 统 中 的 系 统 ， 可 利 用 各 种 不 同 的 无 线 技 术 ；但 不 管 人 们 对 4G 通 信 怎 样 进 行 定 义 ， 有 一 点 人 们 能 够 肯 定 的 是 4G 通 信 可

8、能 是 一 个 比 3G通 信 更 完 美 的 新 无 线 世 界 ， 它 可 创 造 出 许 多 消 费 者 难 以 想 象 的 应 用 。 4G 最 大 的 数 据 传 输速 率 超 过 100Mbit/s， 这 个 速 率 是 移 动 电 话 数 据 传 输 速 率 的 1 万 倍 ， 也 是 3G 移 动 电 话 速率 的 50 倍 。 4G 手 机 可 以 提 供 高 性 能 的 汇 流 媒 体 内 容 ， 并 通 过 ID 应 用 程 序 成 为 个 人 身 份鉴 定 设 备 。 它 也 可 以 接 受 高 分 辨 率 的 电 影 和 电 视 节 目 ， 从 而 成 为 合 并 广

9、 播 和 通 信 的 新 基 础设 施 中 的 一 个 纽 带 。 此 外 ， 4G 的 无 线 即 时 连 接 等 某 些 服 务 费 用 会 比 3G 便 宜 。 还 有 ， 4G有 望 集 成 不 同 模 式 的 无 线 通 信 从 无 线 局 域 网 和 蓝 牙 等 室 内 网 络 、 蜂 窝 信 号 、 广 播 电视 到 卫 星 通 信 ， 移 动 用 户 可 以 自 由 地 从 一 个 标 准 漫 游 到 另 一 个 标 准 。与 传 统 的 通 信 技 术 相 比 ， 4G 通 信 技 术 最 明 显 的 优 势 在 于 通 话 质 量 及 数 据 通 信 速 度 。 然而 ，

10、在 通 话 品 质 方 面 ， 移 动 电 话 消 费 者 还 是 能 接 受 的 。 随 着 技 术 的 发 展 与 应 用 ， 现 有 移 动电 话 网 中 手 机 的 通 话 质 量 还 在 进 一 步 提 高 。 数 据 通 信 速 度 的 高 速 化 的 确 是 一 个 很 大 优 点 ，它 的 最 大 数 据 传 输 速 率 达 到 100Mbit/s， 简 直 是 不 可 思 议 的 事 情 。 另 外 由 于 技 术 的 先 进 性确 保 了 成 本 投 资 的 大 大 减 少 ， 未 来 的 4G 通 信 费 用 也 要 比 2009 年 通 信 费 用 低 。4G 通 信

11、技 术 是 继 第 三 代 以 后 的 又 一 次 无 线 通 信 技 术 演 进 ， 其 开 发 更 加 具 有 明 确 的 目 标性 ： 提 高 移 动 装 置 无 线 访 问 互 联 网 的 速 度 -据 3G 市 场 分 三 个 阶 段 走 的 的 发 展 计 划 ， 3G的 多 媒 体 服 务 在 10 年 后 进 入 第 三 个 发 展 阶 段 ， 此 时 覆 盖 全 球 的 3G 网 络 已 经 基 本 建 成 ，全 球 25%以 上 人 口 使 用 第 三 代 移 动 通 信 系 统 。 在 发 达 国 家 ， 3G 服 务 的 普 及 率 更 超 过60%， 那 么 这 时

12、就 需 要 有 更 新 一 代 的 系 统 来 进 一 步 提 升 服 务 质 量 。 为 了 充 分 利 用 4G 通 信 给 人 们 带 来 的 先 进 服 务 ， 人 们 还 必 须 借 助 各 种 各 样 的 4G 终 端才 能 实 现 ， 而 不 少 通 信 营 运 商 正 是 看 到 了 未 来 通 信 的 巨 大 市 场 潜 力 ， 他 们 已 经 开 始 把 眼 光瞄 准 到 生 产 4G 通 信 终 端 产 品 上 ， 例 如 生 产 具 有 高 速 分 组 通 信 功 能 的 小 型 终 端 、 生 产 对 应 配备 摄 像 机 的 可 视 电 话 以 及 电 影 电 视

13、的 影 像 发 送 服 务 的 终 端 ， 或 者 是 生 产 与 计 算 机 相 匹 配的 卡 式 数 据 通 信 专 用 终 端 。 有 了 这 些 通 信 终 端 后 ， 人 们 手 机 用 户 就 可 以 随 心 所 欲 的 漫 游了 ， 随 时 随 地 的 享 受 高 质 量 的 通 信 了 。4G 系 统 网 络 结 构 及 其 关 键 技 术 。 4G 移 动 系 统 网 络 结 构 可 分 为 三 层 ： 物 理 网 络 层 、 中间 环 境 层 、 应 用 网 络 层 。 物 理 网 络 层 提 供 接 入 和 路 由 选 择 功 能 ， 它 们 由 无 线 和 核 心 网

14、的 结合 格 式 完 成 。 中 间 环 境 层 的 功 能 有 QoS 映 射 、 地 址 变 换 和 完 全 性 管 理 等 。 物 理 网 络 层 与 中间 环 境 层 及 其 应 用 环 境 之 间 的 接 口 是 开 放 的 ， 它 使 发 展 和 提 供 新 的 应 用 及 服 务 变 得 更 为 容易 ， 提 供 无 缝 高 数 据 率 的 无 线 服 务 ， 并 运 行 于 多 个 频 带 。 这 一 服 务 能 自 适 应 多 个 无 线 标 准及 多 模 终 端 能 力 ， 跨 越 多 个 运 营 者 和 服 务 ， 提 供 大 范 围 服 务 。 第 四 代 移 动 通

15、信 系 统 的 关 键技 术 包 括 信 道 传 输 ； 抗 干 扰 性 强 的 高 速 接 入 技 术 、 调 制 和 信 息 传 输 技 术 ； 高 性 能 、 小 型化 和 低 成 本 的 自 适 应 阵 列 智 能 天 线 ； 大 容 量 、 低 成 本 的 无 线 接 口 和 光 接 口 ； 系 统 管 理 资源 ； 软 件 无 线 电 、 网 络 结 构 协 议 等 。 第 四 代 移 动 通 信 系 统 主 要 是 以 正 交 频 分 复 用（ OFDM） 为 技 术 核 心 。 OFDM 技 术 的 特 点 是 网 络 结 构 高 度 可 扩 展 ， 具 有 良 好 的 抗 噪

16、 声 性 能 和抗 多 信 道 干 扰 能 力 ， 可 以 提 供 无 线 数 据 技 术 质 量 更 高 （ 速 率 高 、 时 延 小 ） 的 服 务 和 更 好 的性 能 价 格 比 ， 能 为 4G 无 线 网 提 供 更 好 的 方 案 。 例 如 无 线 区 域 环 路 （ WLL） 、 数 字 音 讯 广播 （ DAB） 等 ， 预 计 都 采 用 OFDM 技 术 。 4G 移 动 通 信 对 加 速 增 长 的 广 带 无 线 连 接 的 要 求 提供 技 术 上 的 回 应 ， 对 跨 越 公 众 的 和 专 用 的 、 室 内 和 室 外 的 多 种 无 线 系 统 和

17、网 络 保 证 提 供 无缝 的 服 务 。 通 过 对 最 适 合 的 可 用 网 络 提 供 用 户 所 需 求 的 最 佳 服 务 ， 能 应 付 基 于 因 特 网 通 信所 期 望 的 增 长 ， 增 添 新 的 频 段 ， 使 频 谱 资 源 大 扩 展 ， 提 供 不 同 类 型 的 通 信 接 口 ， 运 用 路 由技 术 为 主 的 网 络 架 构 ， 以 傅 利 叶 变 换 来 发 展 硬 件 架 构 实 现 第 四 代 网 络 架 构 。 移 动 通 信 会 向数 据 化 ， 高 速 化 、 宽 带 化 、 频 段 更 高 化 方 向 发 展 ， 移 动 数 据 、 移 动 IP 预 计 会 成 为 未 来 移动 网 的 主 流 业 务 。