4G通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

摘要　本文首先提出了3G系統(tǒng)目前存在的局限性，由此概括介紹了4G的引入及概念，并分別對其可能采用的新技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的變動進(jìn)行了簡要介紹。最后列我國即將進(jìn)行的3G通信系統(tǒng)建設(shè)與4G通信系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)行闡述，并對4G的未來做出展望。

1　引言

隨著近年來3GPP各版本標(biāo)準(zhǔn)的逐一制定完成，特別是R99版本已相對成熟，3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)呈現(xiàn)出一觸即發(fā)的勢頭，而3G牌照的發(fā)放將極有可能成為我國3G建設(shè)的觸發(fā)點。然而，由于3G系統(tǒng)本身所具有的局限性已經(jīng)引起人們的注意，因此世界通信業(yè)界的專家們已將目光更遠(yuǎn)的放向了“后3G技術(shù)”(IMT-2OOO Beyond)，也可以稱為4G甚至是5G技術(shù)。

3G的局限性主要體現(xiàn)在以下的幾個方面。

(1)難以達(dá)到較高的通信速率。3G采用的是CDMA技術(shù)，CDMA本身是一個自擾系統(tǒng)，所有的移動用戶都占用相同的帶寬和頻率，因此在系統(tǒng)容量有限的情況下，用戶數(shù)越多，越難達(dá)到較高的通信速率，不能夠滿足用戶對高速多媒體業(yè)務(wù)的要求；

(2)難以提供動態(tài)范圍多速率業(yè)務(wù)。由于3G空中接口標(biāo)準(zhǔn)對核心網(wǎng)有所限制，因此3G將難以提供具有多種QoS及性能的各種速率的業(yè)務(wù)；

(3)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。由于采用不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境，需要移動終端配置有相應(yīng)不同的軟、硬件模塊，而3G移動終端目前尚不能夠?qū)崿F(xiàn)多業(yè)務(wù)環(huán)境的不同配置。

基于以上3G系統(tǒng)的一些局限性，人們希望能夠通過“后3G技術(shù)”來解決它們，并在未來能夠真正實現(xiàn)“任何人在任何地點以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的夢想。

本文主要對4G的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹，并對3G與4G的關(guān)系，以及因4G技術(shù)的發(fā)展而可能對我國3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來的影響闡述個人的觀點。

2　4G的產(chǎn)生及概念

自移動通信誕生之日起，其主流業(yè)務(wù)一直是人與人之間的語音業(yè)務(wù)。隨著Internet及多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，用戶越來越不滿足僅僅通過語音進(jìn)行溝通的單一通信方式，以及人與人的單一通信對象。人們希望移動通信系統(tǒng)能夠提供更廣泛的業(yè)務(wù)種類，例如因特網(wǎng)接入、圖像傳送、視頻點播、數(shù)據(jù)互傳、甚至實時的觀看電視節(jié)目等數(shù)據(jù)或多媒體業(yè)務(wù)。同時也希望能夠從目前的人與人之間的通信發(fā)展到人與機器、甚至機器與機器之間的通信。此外，對于運營商來說，則更希望下一代的通信系統(tǒng)能夠更易于加載各類新業(yè)務(wù)及融合新技術(shù)，而無需頻繁的進(jìn)行系統(tǒng)變動。這些需求將會使得移動通信模式發(fā)生較大的變化。

移動通信系統(tǒng)從2G到3G的發(fā)展實現(xiàn)了從單純的語音通信向數(shù)據(jù)通信的跨越，但因為前面所述的種種原因，3G對無線多媒體業(yè)務(wù)的提供能力及質(zhì)量將注定不夠理想，并且網(wǎng)絡(luò)的智能化仍有待提高，再加之信息時代的迅猛發(fā)展，這一切無疑推動了業(yè)界對下一代通信系統(tǒng)的研發(fā)工作。2000年10月6日國際電信聯(lián)盟(ITU) 在加拿大蒙特利爾市成立了“IMT 2000 and Beyond”工作組，歐洲、日本、韓國對4G的研究也陸續(xù)展開，我國在2002年3月也正式宣布啟動對4G通信系統(tǒng)的研究工作。在2002年5月ITU 召開的“IMT 2000 and Systems Beyond”研討會上，mITF系統(tǒng)子委員會主席Watanabe先生將未來的通信系統(tǒng)描述為具備以下特征的系統(tǒng)。

(1)用戶可以在任何地點、任何時間以任何方式不受限的接入網(wǎng)絡(luò)中來；

(2)移動終端可以是任何類型的；

(3)用戶可以自由的選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)；

(4)可以實現(xiàn)非常先進(jìn)的移動電子商務(wù)；

(5)新的技術(shù)可以非常容易的被引入到系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中來。

根據(jù)他的描述，未來的4G系統(tǒng)則至少具備以下5個基本條件。

(1)具有很高的傳輸速率和傳輸質(zhì)量。未來的移動通信系統(tǒng)應(yīng)該能夠承載大量的多媒體信息，因此要具備50-100Mbit/s的最大傳輸速率、非對稱的上下行鏈路速率、地區(qū)的連續(xù)覆蓋、QoS機制、很低的比特開銷等功能；

(2)靈活多樣的業(yè)務(wù)功能。未來的移動通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能使各類媒體、通信主機及網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行“無縫”連接，使得用戶能夠自由的在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并覺察不到業(yè)務(wù)質(zhì)量上的變化，因此新的通信系統(tǒng)要具備媒體轉(zhuǎn)換、網(wǎng)間移動管理及鑒權(quán)、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(自組網(wǎng))、代理等功能；

(3)開放的平臺。未來的移動通信系統(tǒng)應(yīng)在移動終端、業(yè)務(wù)節(jié)點及移動網(wǎng)絡(luò)機制上具有“開放性”，使得用戶能夠自由的選擇協(xié)議、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)。讓應(yīng)用業(yè)務(wù)提供商(ASP)及內(nèi)容提供商能夠提供獨立于操作的業(yè)務(wù)及內(nèi)容。使定位信息和計費信息能夠在各個網(wǎng)絡(luò)和各類應(yīng)用之間共享。改良的安全機制能夠作用于廣泛的功能范圍；

(4)高度智能化的網(wǎng)絡(luò)。未來的移動通信網(wǎng)將是一個高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，具有很好的重構(gòu)性、可變性、自組織性等，以便于滿足不同用戶在不同環(huán)境下的通信需求；

(5)高度可靠的鑒權(quán)及安全機制。未來的移動通信網(wǎng)將是一個基于分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，如何保證數(shù)據(jù)的安全可靠性將直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)的生存力，也會影響到用戶對整個網(wǎng)絡(luò)的信任程度。

目前業(yè)界對4G的定義從不同的角度給出了很多種提法，以下是普遍認(rèn)可的一種解釋，4G的概念可稱為廣帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的和超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。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))。此外，4G將是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，也是寬帶接入IP系統(tǒng)。其主要技術(shù)指標(biāo)如下。

(1)數(shù)據(jù)速率達(dá)到上行速率30Mbit/s、下行速率100Mbit/s。終端移動速率從步行提高到車速甚至更高；

(2)頻譜寬度：帶寬達(dá)到1.2-1.7GHz；

(3)頻帶：5GHz。

為了達(dá)到上述的技術(shù)指標(biāo)及實現(xiàn)各項功能，在4G系統(tǒng)中勢必將引入新的技術(shù)手段，下面本文將對4G系統(tǒng)中可能將采用的主要新技術(shù)進(jìn)行簡單介紹。