第4代移動通信技術

第4代移動通信技術

4G(第四代移動通信技術)的概念可稱為寬頻接入和分布網路,具有非對稱的超過2Mb/s的資料傳輸能力。它包括寬頻無線固定接入、寬頻無線區域網路、移動寬頻系統和互動式廣播網路。 第四代移動通信標準比第三代標準具有更多的功能。第四代移動通信可以在不同的固定、無線平台和跨越不同的頻帶的網路中提供無線服務,可以在任何地方用寬頻接入網際網路(包括衛星通信和平流層通信),能夠提供定位定時、資料採集、遠程控製等綜合功能。此外,第四代移動通信系統是集成多功能的寬頻移動通信系統,是寬頻接入IP系統。

  • 中文名稱
    第4代移動通信技術
  • 外文名稱
    The fourth generation mobile communication technology
  • 簡    稱
    4G
  • 可稱為
    寬頻接入和分布網路

4G的定義

第四代移動通信技術的主要指標:1、資料速率從2Mb/s提高到100Mb/s,移動速率從步行到車速以上。2、支持高速資料和高解析度多媒體服務的需要。寬頻區域網路應能與B-ISDN和ATM兼容,實現寬頻多媒體通信,形成綜合寬頻通信網。3、對全速移動使用者能夠提供150Mb/s的高質量影像等多媒體業務。

目前,發達國家已經著手研製第四代移動通信的標準和產品。美國AT&T公司已經在實驗室中研究第四代移動通信技術,其目的是提高蜂窩電話和其他移動設備訪問網際網路的速率;大約五年後,這項技術即可面世。日本的DoCoMo移動通信公司也在進行第四代移動通信的研究,爭取在2008年左右推出4G產品。愛立信公司宣布已開始著手研製第四代移動通信系統,其研究機構負責人表示,第四代移動通信技術不僅可以將上網速度提高到超過3G技術的50倍,而且屆時人類將首次實現三維圖像的高質量傳輸。該公司預計第四代移動通信系統大約在2010年正式投入市場。我國目前對第四代移動通信技還處于探討起步階段,因此,對4G移動通信的研製工作顯得十分迫切。

4G的特點

1.具有很高的傳輸速率和傳輸質量。未來的移動通信系統應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、地區的連續覆蓋、QoS機製、很低的比特開銷等功能;

2.靈活多樣的業務功能。未來的移動通信網路應能使各類媒體、通信主機及網路之間進行“無縫”連線,使得使用者能夠自由的在各種網路環境間無縫漫遊,並覺察不到業務質量上的變化,因此新的通信系統要具備媒體轉換、網間移動管理及鑒權、Adhoc網路(自組網)、代理等功能;

3.開放的平台。未來的移動通信系統應在移動終端、業務節點及移動網路機製上具有“開放性”,使得使用者能夠自由的選擇協定、套用和網路;

4.高度智慧型化的網路。未來的移動通信網將是一個高度自治、自適應的網路,具有很好的重構性、可變性、自組織性等,以便于滿足不同使用者在不同環境下的通信需求。

4G接入系統

4G移動通信接入系統的顯著特點是,智慧型化多模式終端(multi mode terminal)基于公共平台,通過各種接入技術,在各種網路系統(平台)之間實現無縫連線和協作。在4G移動通信中,各種專門的接入系統都基于一個公共平台,相互協作,以最最佳化的方式工作,來滿足不同使用者的通信需求。當多模式終端接入系統時,網路會自適應分配頻帶、給出最最佳化路由,以達到最佳通信效果。目前,4G移動通信的主要接入技術有:無線蜂窩移動通信系統(例如2G、3G);無繩系統(如DECT);短距離連線系統(如藍牙);WLAN系統;固定無線接入系統;衛星系統;平流層通信(STS);廣播電視接入系統(如DAB、DVB-T、CATV)。隨著技術發展和市場需求變化,新的接入技術將不斷出現。

不同類型的接入技術針對不同業務而設計,因此,我們根據接入技術的適用領域、移動小區半徑和工作環境,對接入技術進行分層。

* 分配層:主要由平流層通信、衛星通信和廣播電視通信組成,服務範圍覆蓋面積大。

* 蜂窩層:主要由2G、3G通信系統組成,服務範圍覆蓋面積較大。

* 熱點小區層:主要由WLAN網路組成,服務範圍集中在校園、社區、會議中心等,移動通信能力很有限。

* 個人網路層:主要套用于家庭、辦公室等場所,服務範圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限,但可通過網路接入系統連線其他網路層。

* 固定網路層:主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統。

網路接入系統在整個移動網路中處于十分重要的位置。未來的接入系統將主要在以下三個方面進行技術革新和突破:(1)為最大限度開發利用有限的頻率資源,在接入系統的物理層,最佳化調製、信道編碼和信號傳輸技術,提高信號處理演算法、信號檢測和資料壓縮技術,並在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究。(2)為提高網路性能,在接入系統的高層協定方面,研究網路自我最佳化和自動重構技術,動態頻譜分配和資源分配技術,網路管理和不同接入系統間協作。(3)提高和擴展IP技術在移動網路中的套用;加強軟體無線電技術;最佳化無線電傳輸技術,如支持即時和非即時業務、無縫連線和網路安全。

4G移動通信的軟體系統v 4G移動通信的軟體系統趨于標準化、復雜化、智慧型化。軟體系統的首要任務是,建立一個公共的軟體平台,使不同通信系統和終端的套用軟體,通過此平台“互連互通”;並且,通過此軟體平台,實現對不同通信系統和終端的管理和監控。因此,建立一個統一的軟體標準和互連協定,是4G移動通信軟體系統的關鍵。

軟體系統將逐步採用Web服務模式,以代替現行的客戶/伺服器模式。新的電腦語言如XML,將用于未來的這種基于Web的分散式服務。另一方面,軟體系統還將在網路安全上做進一步研究,以保障通信網路的正常工作、資料完整和其他特殊需要。

4G關鍵技術

在4G移動通信中,下列關鍵技術需進一步研究和解決。

* 定位技術:定位是指移動終端位置的測量方法和計算方法。它主要分為基于移動終端定位、基于移動網路定位或者混合定位三種方式。在4G移動通信系統中,移動終端可能在不同系統(平台)間進行移動通信。因此,對移動終端的定位和跟蹤,是實現移動終端在不同系統(平台)間無縫連線和系統中高速率和高質量的移動通信的前提和保障。

* 切換技術:切換技術適用于移動終端在不同移動小區之間、不同頻率之間通信或者信號降低信道選擇等情況。切換技術是未來移動終端在眾多通信系統、移動小區之間建立可靠移動通信的基礎和重要技術。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統中,切換技術的適用範圍更為廣泛,並朝著軟切換和硬切換相結合的方向發展。v * 軟體無線電技術:在4G移動通信系統中,軟體將會變得非常繁雜。為此,專家們提議引入軟體無線電技術,將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信的橋梁。軟體無線電技術能夠將模擬信號的數位化過程盡可能地接近天線,即將 A/D和D/A轉換器盡可能地靠近RF前端,利用DSP進行信道分離、調製解調和信道編解碼等工作。它旨在建立一個無線電通信平台,在平台上運行各種軟體系統,以實現多通路、多層次和多模式的無線通信。因此,套用軟體無線電技術,一個移動終端,就可以實現在不同系統和平台之間,暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟體無線電技術有參數控製軟體無線電系統。

* 智慧型天線技術:智慧型天線具有抑製噪聲、自動跟蹤信號、智慧型化時空處理演算法形成數位波束等功能。

* 無線電在光纖中的傳輸技術:在未來的通信系統中,光纖網將發揮十分重要的作用。可以利用光纖傳送寬頻無線電信號,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務的高頻(60GHz)無線電信號。因此,利用光纖傳輸無線電信號,成為研究的一個重點。

* 網路協定與安全:未來移動網路包含許多類型的通信網路,採用以軟體連線和控製為主的方法進行網路互連。因此,無線接口協定成為4G移動通信網路的關鍵技術之一。同時,網路的安全問題,隨著網路的擴展,也需高度重視。

* 傳輸技術:主要研究在高速率(<20Mb/s)條件下,高速移動通信微波傳輸的性能;以及在高頻段(如60GHz)室內信號多徑傳輸性能。亞毫米波段傳輸信號,也是雨天等惡劣條件下,信號傳輸技術研究的重點之一。

* 調製和信號傳輸技術:在高頻段進行高速移動通信,將面臨嚴重的選頻衰落(frequency-selective fading)。為提高信號性能,研究和發展智慧型調製和解調技術,來有效抑製這種衰落。例如正交頻分復用技術(OFDM)、自適應均衡器等。另一方面,採用TPC、RAKE擴頻接收、跳頻、FEC(如AQR和Turbo編碼)等技術,來獲取更好的信號能量噪聲比(Eb/N0)。

隨著新技術和人們的新需求不斷出現,第四代移動通信技術將會做相應調整和進一步發展。縱觀移動通信發展規律,我們相信,第四代移動通信技術的高速率、高質量、大容量的多媒體服務,將使我們的世界更美好!

4G網路結構

結合移動通信市場發展和使用者需求,4G移動網路的根本任務是能夠接收、獲取到終端的呼叫,在多個運行網路(平台)之間或者多個無線接口之間,建立其最有效的通信路徑,並對其進行即時的定位和跟蹤。在移動通信過程中,移動網路還要保持良好的無縫連線能力,保證資料傳輸的高質量、高速率。4G移動網路將基于多層蜂窩結構,通過多個無線接口,由多個業務提供者和眾多網路運營者提供多媒體業務。 因此,4G移動通信技術應具備以下幾個基本特征:

* 多種業務的完整融合。個人 通信、信息系統、廣播、娛樂等業務無縫連線為一個整體,滿足使用者的各種需求。4G應能集成不同模式的無線通信――從無線區域網路和藍牙等室區域網路絡、 蜂窩信號、廣播電視到衛星通信,移動使用者可以自由地從一個標準漫遊到另一個標準。各種業務套用、各種系統平台間的互連更便捷、安全,面向不同使用者要求,更富有個性化。

* 高速移動中不同系統間的無縫連線:使用者在高速移動中,能夠按需接入系統,並在不同系統間無縫切換,傳送高速多媒體業務資料。

* 各種使用者設備便捷地入網:各種價格低廉的設備應能方便地接入通信網路中。這些設備體積小巧、甚至無需接入電源網即可工作。使用者與設備間不再局限于聽、說、讀、寫的簡單交流方式,為滿足使用者的特殊需要和特殊使用者(如殘疾人)的需要,更多新的人機互動方式將出現。

* 高度智慧型化的網路:4G的網路系統是一個高度自治、自適應的網路,它具有良好的重構性、可伸縮性、自組織性等,用以滿足不同環境、不同使用者的通信需求。

* 獨立的軟體平台。

同時,技術的發展和市場的需求,將加快並實現目前的電腦網、電信網、廣播電視網和衛星通信網等網路融為一體,寬頻IP技術和光網路將成為多網融合的支撐和結合點。

數位化資料交易點(digital market-place)是4G移動網路的一個重要技術。它用于預處理各個不同網路平台之間的呼叫。在網路平台之間的特定協定條件下,幫助業務供應者提供高質量、低費用的業務套用。例如,兩個網路平台之間傳送電視資料信息,首先經由數位化資料交易所處理。在數位化資料交易所裏,這個電視資料信息將被分離成影片信號和音頻信號,經由不同信道傳送。音頻信號將由覆蓋廣泛的網路傳送,影片信號將由隻能處理、接收影片信號的網路傳送,從而達到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。未來的全球網際網路系統和骨幹網系統,將以結合寬頻IP技術和光纖網技術為主。4G移動網路的蜂窩按功率大小被細分為macro BS、micro BS和pico BS三類。

目前,Bell公司已經研製出一種新型光網路。它是利用大氣雷射傳輸原理的一種“無光纖”的光網系統。該系統主要由雷射器、光放大器和光接收器組成,通過發射一種特殊的“擴展光束”(expanded beam)傳送光信號,並採用DWDM技術,支持10Gb/s速率的波長,傳輸距離大于5km,具有良好的信號安全和穩定性。諸如此類的先進的光網路和光技術層出不窮。可以預見,在未來的4G移動通信網路中,光網路將大放異彩,起著舉足輕重的作用。

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