第四代移動通信概念逐漸成形

1、第四代移動通信概念逐漸成形 明華移動通信時代交替信息產(chǎn)業(yè)在新一代技術(shù)剛推出市場之后，更高的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)在實驗室進行研發(fā)。因此在我們期待第三代移動通信系統(tǒng)所帶來的優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時，第四代移動通信系統(tǒng)的最新技術(shù)也在實驗室悄然進行當中。 第四代與第三代移動通信系統(tǒng)都是為未來無線通信服務(wù)的，將多媒體包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，我們暫且將第四代移動通信系統(tǒng)稱之為“多媒體移動通信(MultiMobile Communication)”。第四代移動通信不僅僅是為了因應(yīng)用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應(yīng)多媒體的傳輸需求，當然還包括通信品質(zhì)的要求?？偨Y(jié)來說，首先必須可以容納市場龐大的用

2、戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)不良，以及達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?從移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式僅提供語音服務(wù)；第二代數(shù)位式移動通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6Kbps，最高可達32Kbps，如PHS；而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達到2Mbps；專家則預(yù)估，第四代移動通信系統(tǒng)可以達到10Mbps至20Mbps，這些議題未來也將會逐漸在電信標準組織中提出來討論。雖然第三代移動通信可以比現(xiàn)有傳輸速率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求，第四代移動通信系統(tǒng)的提出便是希望能滿足提供更大的頻寬需求。 正交多任務(wù)分頻技術(shù)在第四代通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用 若以技術(shù)層面來看，第三代移動通信系統(tǒng)主要

3、是以CDMA為核心技術(shù)，第四代移動通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交多任務(wù)分頻技術(shù)(Orthogonal Freqency Division Multiplexer;OFDM)最受矚目，特別是有不少專家學(xué)者針對OFDM技術(shù)在移動通信技術(shù)上的應(yīng)用，提出相關(guān)的理論基礎(chǔ)。例如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等，都將在未來采用OFDM技術(shù)，而第四代移動通信系統(tǒng)則計劃以O(shè)FDM為核心技術(shù)，提供增值服務(wù)。 對于電信產(chǎn)業(yè)而言，OFDM仍有許多問題待解決，不過部份標準化制訂的工作已經(jīng)接近尾聲而即將商用化(如數(shù)字音訊廣播)，但若要應(yīng)用在移動通信領(lǐng)域仍需些時日。而選擇OFDM作為第四代移動通信的核心技術(shù)，其主要理

4、由包括無線電頻率使用效益高、抗噪聲能力相當強、適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫蛩?，因而受到無線通信專家的青睞。 在時代交替之際，舊有系統(tǒng)之整合與升級是產(chǎn)業(yè)關(guān)心的話題，目前大家談的是GSM如何升級到第三代移動通信系統(tǒng)；而未來則是CDMA如何與OFDM技術(shù)相結(jié)合?？梢灶A(yù)計，CDMA絕對不會在第四代移動通信系統(tǒng)中消失，而是成為其應(yīng)用技術(shù)的一部份，或許未來也會有新的整合技術(shù)如OFDM/CDMA產(chǎn)生，前文所提到的數(shù)字音訊廣播，其實它真正運用的技術(shù)是OFDM/FDMA的整合技術(shù)，同樣是利用兩種技術(shù)的結(jié)合。因此未來以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動通信系統(tǒng)，也將會結(jié)合兩項技術(shù)的優(yōu)點，一部份將是以CDMA的延伸技術(shù)。 目前

5、第一、第二、第三代移動通信基礎(chǔ)架構(gòu)均是交換層架構(gòu)(Switching Hierarchy)，而第四代不僅要考慮到交換層級技術(shù)，還必須涵蓋不同類型的通信接口，也就是說第四代主要是運用路由技術(shù)(Routing)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 除此之外，另一項技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)化(Networking)。在第四代移動通信系統(tǒng)中，交換網(wǎng)絡(luò)將會被取代，而射頻(RF)、線性放大器與信道的控制(Channel Control)均是相當重要的組件。至于其硬件上如何實現(xiàn)第四代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，則是以傅利葉變換(Fourier Transform)來發(fā)展硬件架構(gòu)。 第四代移動通信指日可待 在歐洲地區(qū)，無線區(qū)域回路與數(shù)字音訊廣播已針對其室內(nèi)(

6、Indoor)應(yīng)用而進行相關(guān)的研發(fā)，測試項目包括10Mbps與MPEG影像傳輸應(yīng)用，而第四代移動通信技術(shù)則將會是現(xiàn)有兩項研發(fā)技術(shù)的延伸，先從室內(nèi)技術(shù)開始，再逐漸擴展到室外的移動通信網(wǎng)路。 目前第四代移動通信的頻段尚未被討論與制訂，不過原則上將會是以高頻段頻譜為主，另外也將會使用到微波相關(guān)的技術(shù)與頻段。 從移動通信系統(tǒng)的歷程來看，第一代移動通信系統(tǒng)的任務(wù)已經(jīng)達成，而現(xiàn)階段是第二代移動通信系統(tǒng)的時代，或許今后十年將會是第三代移動通信系統(tǒng)的天下。但我們不難發(fā)現(xiàn)每一個不同的移動通信系統(tǒng)均會有重復(fù)性的時間點，大約每十年就有一項技術(shù)更新，不過隨著通信科技的日新月異，或許轉(zhuǎn)變會更快、時間也會更短。對于移動通

7、信服務(wù)業(yè)者、系統(tǒng)設(shè)備供貨商或其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)來說，必須隨時注意移動通信技術(shù)的變化，以因應(yīng)市場需求。4G的定義第四代移動通信技術(shù)的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。 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、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(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、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。此外，第四代移動通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。第四代移動通信技術(shù)的主要

8、指標：1、數(shù)據(jù)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，實現(xiàn)寬帶多媒體通信，形成綜合寬帶通信網(wǎng)。3、對全速移動用戶能夠提供150Mb/s的高質(zhì)量影像等多媒體業(yè)務(wù)。目前，發(fā)達國家已經(jīng)著手研制第四代移動通信的標準和產(chǎn)品。美國AT&T公司已經(jīng)在實驗室中研究第四代移動通信技術(shù)，其目的是提高蜂窩電話和其他移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)的速率；大約五年后，這項技術(shù)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(chǎn)品。愛立信公司宣布已開始著手研制第四代移動

9、通信系統(tǒng)，其研究機構(gòu)負責人表示，第四代移動通信技術(shù)不僅可以將上網(wǎng)速度提高到超過3G技術(shù)的50倍，而且屆時人類將首次實現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。該公司預(yù)計第四代移動通信系統(tǒng)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移動通信的研制工作顯得十分迫切。4G移動通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合移動通信市場發(fā)展和用戶需求，4G移動網(wǎng)絡(luò)的根本任務(wù)是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個運行網(wǎng)絡(luò)(平臺)之間或者多個無線接口之間，建立其最有效的通信路徑，并對其進行實時的定位和跟蹤。在移動通信過程中，移動網(wǎng)絡(luò)還要保持良好的無縫連接能力，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率。4G移動網(wǎng)絡(luò)將基于多層

10、蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個無線接口，由多個業(yè)務(wù)提供者和眾多網(wǎng)絡(luò)運營者提供多媒體業(yè)務(wù)。 因此，4G移動通信技術(shù)應(yīng)具備以下幾個基本特征：* 多種業(yè)務(wù)的完整融合。個人 通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂等業(yè)務(wù)無縫連接為一個整體，滿足用戶的各種需求。4G應(yīng)能集成不同模式的無線通信從無線局域網(wǎng)和藍牙等室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、 蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。各種業(yè)務(wù)應(yīng)用、各種系統(tǒng)平臺間的互連更便捷、安全，面向不同用戶要求，更富有個性化。* 高速移動中不同系統(tǒng)間的無縫連接：用戶在高速移動中，能夠按需接入系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)間無縫切換，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)：各種價格

11、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、甚至無需接入電源網(wǎng)即可工作。用戶與設(shè)備間不再局限于聽、說、讀、寫的簡單交流方式，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。* 獨立的軟件平臺。同時，技術(shù)的發(fā)展和市場的需求，將加快并實現(xiàn)目前的計算機網(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。數(shù)字化數(shù)據(jù)交易點(digital market-place)是4G移

12、動網(wǎng)絡(luò)的一個重要技術(shù)。它用于預(yù)處理各個不同網(wǎng)絡(luò)平臺之間的呼叫。在網(wǎng)絡(luò)平臺之間的特定協(xié)議條件下，幫助業(yè)務(wù)供應(yīng)者提供高質(zhì)量、低費用的業(yè)務(wù)應(yīng)用。例如，兩個網(wǎng)絡(luò)平臺之間傳送電視數(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，這個電視數(shù)據(jù)信息將被分離成視頻信號和音頻信號，經(jīng)由不同信道傳送。音頻信號將由覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳送，視頻信號將由只能處理、接收視頻信號的網(wǎng)絡(luò)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移動網(wǎng)絡(luò)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

13、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，通過發(fā)射一種特殊的“擴展光束”(expanded beam)傳送光信號，并采用DWDM技術(shù)，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(wěn)定性。諸如此類的先進的光網(wǎng)絡(luò)和光技術(shù)層出不窮?？梢灶A(yù)見，在未來的4G移動通信網(wǎng)絡(luò)中，光網(wǎng)絡(luò)將大放異彩，起著舉足輕重的作用。4G移動通信的接入系統(tǒng)4G移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點是，智能化多模式終端(multi mode terminal)基于公共平臺，通過各種接入技術(shù)，在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(平臺)之間實現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。在

14、4G移動通信中，各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個公共平臺，相互協(xié)作，以最優(yōu)化的方式工作，來滿足不同用戶的通信需求。當多模式終端接入系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶、給出最優(yōu)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(shù)有：無線蜂窩移動通信系統(tǒng)（例如2G、3G）；無繩系統(tǒng)（如DECT）；短距離連接系統(tǒng)（如藍牙）；WLAN系統(tǒng)；固定無線接入系統(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)針對不同業(yè)務(wù)而設(shè)計，因此，我們根據(jù)接入技術(shù)的適用領(lǐng)域、移動小區(qū)半徑和工作環(huán)境，對接入技術(shù)進行分層

15、。* 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)、會議中心等，移動通信能力很有限。* 個人網(wǎng)絡(luò)層：主要應(yīng)用于家庭、辦公室等場所，服務(wù)范圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限，但可通過網(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)在整個移動網(wǎng)絡(luò)中處于十分重要的位置。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個方面進行技術(shù)革新和突破：（1）為最大限度開發(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、

16、信道編碼和信號傳輸技術(shù)，提高信號處理算法、信號檢測和數(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)化和自動重構(gòu)技術(shù)，動態(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）提高和擴展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；加強軟件無線電技術(shù)；優(yōu)化無線電傳輸技術(shù)，如支持實時和非實時業(yè)務(wù)、無縫連接和網(wǎng)絡(luò)安全。4G移動通信的軟件系統(tǒng)v 4G移動通信的軟件系統(tǒng)趨于標準化、復(fù)雜化、智能化。軟件系統(tǒng)的首要任務(wù)是，創(chuàng)建一個公共的軟件平臺，使不同通信系統(tǒng)和終端的應(yīng)用軟件，通過此平臺“互連互通”；并且，通過此軟件平臺，實現(xiàn)對不同通信系統(tǒng)和終端的管

17、理和監(jiān)控。因此，建立一個統(tǒng)一的軟件標準和互連協(xié)議，是4G移動通信軟件系統(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。新的計算機語言如XML，將用于未來的這種基于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移動通信的關(guān)鍵技術(shù)在4G移動通信中，下列關(guān)鍵技術(shù)需進一步研究和解決。* 定位技術(shù)：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(wǎng)絡(luò)定位或者混合定位三種方式。在4G移動通信系統(tǒng)中，移動終端可能在不同系統(tǒng)(平臺)間進行移動通信。因此，對移動終端的定位和跟蹤，是

18、實現(xiàn)移動終端在不同系統(tǒng)(平臺)間無縫連接和系統(tǒng)中高速率和高質(zhì)量的移動通信的前提和保障。* 切換技術(shù)：切換技術(shù)適用于移動終端在不同移動小區(qū)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(shù)是未來移動終端在眾多通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立可靠移動通信的基礎(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 * 軟件無線電技術(shù)：在4G移動通信系統(tǒng)中，軟件將會變得非常繁雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術(shù)，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。軟件無線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號的數(shù)字化過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。它旨在建立一個無線電通信平臺，在平臺上運行各種軟件系統(tǒng)，以實現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無線通信。因此，應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，一個移動終端，就可以實現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺之間，暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術(shù)有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。* 智能天線技術(shù)：智能天線具有抑制噪聲、自動跟蹤信號、智能化時空處理算