移动通信四G核心技术.docx

4G - 核心技术
4G是集3G与WLAN于一体，并可以传播高质量视频图像，它图像传播质量与高清晰度电视不相上下。4G系统可以以100Mbps速度下载，上传速度也能达到20Mbps，并可以满足几乎所有顾客对于无线服务规定。

(1)接入方式和多址方案
(正交频分复用)是一种无线环境下高速传播技术，其重要思想就是在频域内将给定信道提成许多正交子信道，在每个子信道上使用一种子载波进行调制，各子载波并行传播。尽管总信道是非平坦，即具备频率选取性，但是每个子信道是相对平坦，在每个子信道上进行是窄带传播，信号带宽不大于信道相应带宽。OFDM技术长处是可以消除或减小信号波形间干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱运用率，可实现低成本单波段接受机。OFDM重要缺陷是功率效率不高。

(2)调制与编码技术
4G移动通信系统采用新调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱运用率和延长顾客终端电池寿命。4G移动通信系统采用更高档信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发祈求(ARQ)技术和分集接受技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够性能。

(3)高性能接受机
4G移动通信系统对接受机提出了很高规定。Shannon定理给出了在带宽为BW信道中实现容量为C可靠传播所需要最小SNR。按照Shannon定理，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需SNR为l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz带宽上传播20Mb/s数据，则所需要SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接受机性能规定也要高得多。

(4)智能天线技术
智能天线具备抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被以为是将来移动通信核心技术。智能天线应用数字信号解决技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准顾客信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分运用移动顾客信号并消除或抑制干扰信号目。这种技术既能改进信号质量又能增长传播容量。

(5)MIMO技术
(多输入多输出)技术是指运用多发射、多接受天线进行空间分集技术，它采用是分立式多天线，可以有效将通信链路分解成为许多并行子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同接受天线和不同发射天线之间互不有关时，MIMO系统可以较好地提高系统抗衰落和噪声性能，从而获得巨大容量。例如：当接受天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42bps/Hz，这是单天线系统所能达到容量40多倍。因而，在功率带宽受限无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传播质量空间分集技术。在无线频谱资源相对匮乏今天，　MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。

(6)软件无线电技术
软件无线电是将原则化、模块化硬件功能单元通过一种通用硬件平台，运用软件加载方式来实现各种类型无线电通信系统一种具备开放式构造新技术。软件无线电核心思想是在尽量接近天线地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽量多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号解决都尽量用软件实现。其软件系统涉及各类无线信令规则与解决软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具备灵活性和适应性，可以适应不同网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口多模式手机和基站，能实现各种应用可变QoS。

(7)基于IP核心网
移动通信系统核心网是一种基于全IP网络，同已有移动网络相比具备主线性长处，即：可以实现不同网络间无缝互联。核心网独立于各种详细无线接入方案，能提供端到端IP业务，能同已有核心网和PSTN兼容。核心网具备开放构造，能容许各种空中接口接入核心网；同步核心网能把业务、控制和传播等分开。采用IP后，所采用无线接入方式和合同与核心网络(CN)合同、链路层是分离独立。IP与各种无线接入合同相兼容，因而在设计核心网络时具备很大灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和合同。

(8)多顾客检测技术
多顾客检测是宽带通信系统中抗干扰核心技术。在实际CDMA通信系统中，各个顾客信号之间存在一定有关性，这就是多址干扰存在根源。由个别顾客产生多址干扰固然很小，可是随着顾客数增长或信号功率增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统一种重要干扰。老式检测技术完全按照典型直接序列扩频理论对每个顾客信号分别进行扩频码匹配解决，因而抗多址干扰能力较差；多顾客检测技术在老式检测技术基本上，充分运用导致多址干扰所有顾客信号信息对单个顾客信号进行检测，从而具备优良抗干扰性能，解决了远近效应问题，减少了系统对功率控制精度规定，因而可以更加有效地运用链路频谱资源，明显提高系统容量。随着多顾客检测技术不断发展，各种高性能又不是特别复杂多顾客检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多顾客检测技术将是切实可行。
4G - 区别老式
4G通信技术并没有脱离此前通信技术，而是以老式通信技术为基本，并运用了某些新通信技术，来不断提高无线通信网络效率和功能。如果说当前3G能为咱们提供一种高速传播无线通信环境话，那么4G通信将是一种超高速无线网络，一种不需要电缆信息超级高速公路，这种新网络可使电话顾客以无线及三维空间虚拟实境连线。
与老式通信技术相比，4G通信技术最明显优势在于通话质量及数据通信速度。然而，在通话品质方面，当前移动电话消费者还是能接受。随着技术发展与应用，既有移动电话网中手机通话质量还在进一步提高。数据通信速度高速化确是一种很大长处，它最大数据传播速率达到100Mbit/s，简直是不可思议事情。此外由于技术先进性保证了成本投资大大减少，将来4G通信费用也要比当前通信费用低。
4G通信技术将是继第三代后来又一次无线通信技术演进，其开发更加具备明确目的性：提高移动装置无线访问互联网速度--据3G市场分三个阶段走发展筹划，3G多媒体服务在后将进入第三个发展阶段，此时覆盖全球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服务普及率更将超过60%，那么这时就需要有更新一代系统来进一步提高服务质量。
为了充分运用4G通信给咱们带来先进服务，咱们还必要借助各种各样4G终端才干实现，而不少通信营运商正是看到了将来通信巨大市场潜力，她们当前已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上，例如生产具备高速分组通信功能小型终端、生产相应配备摄像机可视电话以及电影电视影像发送服务终端，或者是生产与计算机相匹配卡式数据通信专用终端。有了这些通信终端后，咱们手机顾客就可以随心所欲漫游了，随时随处享有高质量通信了。
4G - 重要优势
如果说2G、3G通信对于人类信息化发展是微局限性道话，那么将来4G通信却给了咱们真正沟通自由，并将彻底变化咱们生活方式甚至社会形态。当前正在构思中4G通信具备下面特性：
1、通信速度更快
由于人们研究4G通信最初目就是提高蜂窝电话和其她移动装置无线访问Internet速率，因而4G通信给人印象最深刻特性莫过于它具备更快无线通信速度。从移动通信系统数据传播速率作比较，第一代模仿式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传播速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；而第三代移动通信系统数据传播速率可达到2Mbps；专家则预估，第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，甚至最高可以达到每秒高达100Mbps速度传播无线信息，这种速度将相称于当前手机传播速度1万倍左右。
2、网络频谱更宽
要想使4G通信达到100Mbps传播，通信营运商必要在3G通信网络基本上，进行大幅度改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络蜂窝系统带宽高出许多。据研究4G通信AT&T执行官们说，预计每个4G信道将占有100MHz频谱，相称于W-CDMA 3G网路20倍。
3、通信更加灵活
从严格意义上说，4G手机功能，已不能简朴划归"电话机"范畴，毕竟语音资料传播只是4G移动电话功能之一而已，因而将来4G手机更应当算得上是一只小型电脑了，并且4G手机从外观和式样上，将有更惊人突破，咱们可以想象是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以以便和个性为前提，任何一件你能看到物品均有也许成为4G终端，只是当前咱们还不知应当怎么称呼它。将来4G通信将使咱们不但可以随时随处通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，固然更可以和从未谋面陌生人网上联线对打游戏。也许你将有被网上定位系统永远锁定无处遁形苦恼，但是与它据此提供地图带来便利和安全相比，这简直可以忽视不计。
4、智能性能更高
第四代移动通信智能性更高，不但体当前4G通信终端设备设计和操作具备智能化，例如对菜单和滚动操作依赖限度将大大减少，更重要4G手机可以实现许多难以想象功能。例如4G手机将能依照环境、时间以及其她设定因素来适时地提示手机主人此时该做什么事，或者不该做什么事，4G手机可以将电影院票房资料，直接下载到PDA之上，这些资料可以把当前售票状况、座位状况显示得清清晰楚，人们可以依照这些信息来进行在线购买自己满意电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类各种现场直播。
5、兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑它功能强大外，还应当考虑到既有通信基本，以便让更多既有通信顾客在投资至少状况下就能很容易地过渡到4G通信。因而，从这个角度来看，将来第四代移动通信系统应当具备全球漫游，接口开放，能跟各种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。
6、提供各种增殖服务
4G通信并不是从3G通信基本上通过简朴升级而演变过来，它们核心建设技术主线就是不同，3G移动通信系统重要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目，运用这种技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面无线通信增殖服务；但是考虑到与3G通信过渡性，第四代移动通信系统不会在将来仅仅只采用OFDM一种技术，CDMA技术将会在第四代移动通信系统中，与OFDM技术互相配合以便发挥出更大作用，甚至将来第四代移动通信系统也会有新整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到数字音讯广播，其实它真正运用技术是OFDM/FDMA整合技术，同样是运用两种技术结合。因而将来以OFDM为核心技术第四代移动通信系统，也将会结合两项技术长处，一某些将是以CDMA延伸技术。
7、实现更高质量多媒体通信
尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，但将来4G通信能满足第三代移动通信尚不能达到在覆盖范畴、通信质量、造价上支持高速数据和高辨别率多媒体服务需要，第四代移动通信系统提供无线多媒体通信服务将涉及语音、数据、影像等大量信息透过宽频信道传送出去，为此将来第四代移动通信系统也称为"多媒体移动通信"。第四代移动通信不但仅是为了因应顾客数增长，更重要是，必要要因应多媒体传播需求，固然还涉及通信品质规定。总结来说，一方面必要可以容纳市场庞大顾客数、改进既有通信品质不良，以及达到高速数据传播规定。
8、频率使用效率更高
相比第三代移动通信技术来说，第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大突破性技术，例如某些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网主干带宽宽度，引入了互换层级技术，这种技术能同步涵盖不同类型通信接口，也就是说第四代重要是运用路由技术(Routing)为主网络架构。由于运用了几项不同技术，因此无线频率使用比第二代和第三代系统有效得多。按照最乐观状况预计，这种有效性可以让更多人使用与此前相似数量无线频谱做更多事情，并且做这些事情时候速度相称快。研究人员说，下载速率有也许达到5Mbps到10Mbps。
9、通信费用更加便宜
由于4G通信不但解决了与3G通信兼容性问题，让更多既有通信顾客能容易地升级到4G通信，并且4G通信引入了许多尖端通信技术，这些技术保证了4G通信能提供一种灵活性非常高系统操作方式，因而相对其她技术来说，4G通信布置起来就容易迅速得多；同步在建设4G通信网络系统时，通信营运商们将考虑直接在3G通信网络基本设施之上，采用逐渐引入办法，这样就可以有效地减少运营者和顾客费用。据研究人员宣称，4G通信无线即时连接等某些服务费用将比3G通信更加便宜。
4G - 存在缺陷
对于当前人来说，将来4G通信确显得很神秘，不少人都以为第四代无线通信网络系统是人类有史以来创造最复杂技术系统，确第四代无线通信网络在详细实行过程中浮现大量令人头痛技术问题，大概一点也不会使人们感到意外和奇怪，第四代无线通信网络存在技术问题多和互联网关于，并且需要耗费好几年时间才干解决。总来说，要顺利、全面地实行4G通信，将也许遇到下面某些困难：
1、原则难以统一
虽然从理论上讲，3G手机顾客在全球范畴都可以进行移动通信，但是由于没有统一国际原则，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机顾客带来诸多不便。因而，开发第四代移动通信系统必要一方面解决通信制式等需要全球统一原则化问题，而世界各大通信厂商将会对此始终在争论不休。
2、技术难以实现
尽管将来4G通信可以给人带来美好明天，但是别指望立即就能用上这种技术，大概还需要5年左右时间这项技术才干发布。据研究这项技术开发人员而言，要实现4G通信下载速度还面临着一系列技术问题。例如，如何保证楼区、山区，及其他有障碍物等易受影响地区信号强度等问题。日本DoCoMo公司表达，为理解决这一问题，公司将对不同编码技术和传播技术进行测试。此外在移送方面存在技术问题，使手机很容易在从一种基站覆盖区域进入另一种基站覆盖区域时和网络失去联系。由于第四代无线通信网络架构相称复杂，这一问题显得格外突出。但是，行业专家们表达，她们相信这一问题可以得到解决，但需要一定期间。
3、容量受到限制
人们对将来4G通信印象最深莫过于它通信传播速度将会得到极大提高，从理论上说其所谓每秒100MB宽带速度，比当前手机信息传播速度每秒10KB要快1万多倍，但手机速度将受到通信系统容量限制，如系统容量有限，手机顾客越多，速度就越慢。据关于行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。如果速度上不去，4G手机就要大打折扣。
4、市场难以消化
有专家预测在后来，第三代移动通信多媒体服务将进入第三个发展阶段，此时覆盖全球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，第三代技术依然在缓慢地进入市场，到那时整个行业正在消化吸取第三代技术，对于第四代移动通信系统接受还需要一种逐渐过渡过程。此外，在过渡过程中，如果4G通信由于系统或终端短缺而导致延迟话，那么号称5G技术随时均有也许威胁到4G获利筹划，此时4G漫长投资回收和获利筹划将变得异常脆弱。
5、设施难以更新
在布置4G通信网络系统之前，覆盖全球大某些无线基本设施都是基于第三代移动通信系统建立，如果要向第四代通信技术转移话，那么全球许多无线基本设施都需要经历着大量变化和更新，这种变化和更新势必减缓4G通信技术全面进入市场、占领市场速度。并且到那时，还必要规定3G通信终端升级到能进行更高速数据传播及支持4G通信各项数据业务4G终端，也就是说4G通信终端要能在4G通信网络建成后及时提供，不能让通信终端生产滞后于网络建设。但依照当前事实来看，在4G通信技术全面进入商用之日算起二三年后，消费者才有望用上性能稳定4G通信手机。
6、其她有关困难
由于手机功能越来越强大，而无线通信网络也变得越来越复杂，同样4G通信在功能日益增多同步，它建设和开发也将会遇到比此前系统建设更多困难和麻烦。例如每一种新设备和技术推出时，其后软件设计和开发必要及时能跟上步伐，才干使新设备和技术得到不久推广和应用，但遗憾是4G通信当前还只处在研究和开发阶段，详细设备和用到技术还没有完全成型，因而相应软件开发也将会遇到困难；此外费率和计费方式对于4G通信移动数据市场发展尤为重要，例如WAP手机推出后，顾客花了诸多连接时间才干获得信息，而准时间及信息内容收费方式使顾客难以承受，因而必要及早慎重研究基于4G通信收费系统，以利于市场发展。尚有4G通信不但需要区别语音流量和互联网数据，还需要具备能到数据传播速度很慢第三代无线通信网络上平稳使用性能，这就需要通信营运商们必要能找到一种较好解决这些问题办法，而要解决办法就必要一方面在大量不同设备上精准执行4G规范，要做到这一点，也需要耗费好几年时间。况且到了4G通信真正开始履行时，熟悉4G通信业务经验和专门技术人才还不多，这样同样也会延缓4G通信在市场上迅速推广速度，因而届时对于设计、安装、运营、维护4G通信专门技术人员还须早日进行培训。
4G - 发展展望
在新一代技术刚推出市场之后，更高技术应用已经在实验室进行研发。当前日本NTT DoCoMo公司已经表达，4G通信实验网络已经布置在公司横须贺研发园内，该网络集结了实验基站和移动终端，同步NTT DoCoMo公司还表达，4G通信服务将于推出，网络下载速度可以达到100Mbps，上载速度为20Mbps。美国AT&T公司推出4G通信网络实验，据说可以配合当前EDGE进行无线上传，并通过OFDM技术达到迅速下载目。
美国AT&T公司声称大概还需要五年，这项技术才干发布；再有十年左右时间，4G才干真正投入到商用阶段。在去年二月份，欧洲四家移动设备生产商--阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子构成了世界无线研究论坛(WWRF)，以研究3G后来发展方向。
WWRF预测4G技术将在开始投入应用。这一代通信技术可以将不同无线局域网络和通信原则，手机信号，无线电通信和电视广播以及卫星通信结合起来，这样手机顾客就可以随心所欲漫游了。当前在欧洲地区，无线区域回路与数字音讯广播已针对其室内(Indoor)应用而进行有关研发，测试项目涉及10Mbps与MPEG影像传播应用，而第四代移动通信技术则将会是既有两项研发技术延伸，先从室内技术开始，再逐渐扩展到室外移动通信网路。爱立信公司一位高档官员表达，该公司在经济不景气状况下不会减少研发第四代无线通讯技术预算，该公司负责人同步表达，该公司研发工作具备3-前瞻性，暂时需求不振不会使该公司放慢研究速度。
国际电信联盟无线电通信部也已经达到共识，将把移动通信系统同其她系统结合起来，在之前是数据传播数率达到100Mbps。对于更高档3G系统，ITU决定同步发展IMT-两个原则--提高数据包和声音文献传播速率--被日本NTT DoCoMo和J-Phone两家公司采用WCDMA将能最大达到8Mbps下在速率，而CDMA系统也将达到2.4Mbps速率。同步ITU对外刊登声明说当前第四代移动通信频段尚未被讨论与制定，但是原则上将会是以高频段频谱为主，此外也将会使用到微波有关技术与频段。
4G - 研究现状
中华人民共和国、日本、韩国以及欧洲等国家对第四代移动通信研究工作已经启动，欧洲项目为"第六框架"，日韩两国都是自己独立研究，当前对4G研究还处在初级阶段，并没有进入实质某些，还谈不上频段划分，ITU筹划在征求第四代移动通信方案，制定出全世界统一第四代移动通信原则。

在世界各国都在积极对4G研究时，咱们国家也不甘落后，国内对第四代移动通信研究已经正式列入863项目，并启动了"FuTURE筹划"。详细分3个阶段实行：

12月～12月，开展Beyond 3G/4G蜂窝通信空中接口技术研究，完毕Beyond 3G/4G系统无线传播系统核心硬、软件研制工作，开展有关传播实验，向ITU提交关于建议；1月～12月，使Beyond 3G/4G空中接口技术研究达到相对成熟水平，进行与之有关系统总体技术研究(涉及与无线自组织网络、游牧无线接入网络互联互通技术研究等)，完毕联网实验和演示业务开发，建成具备Beyond 3G/4G技术特性演示系统，向ITU提交初步新一代无线通信体制原则；1月～12月，设立关于重大专项，完毕通用无线环境体制原则研究及其系统实用化研究，开展较大规模现场实验。

在近几年研究中，国内已经获得了喜人成果，武汉汉网高技术有限公司、华中科技大学和上海交通大学联手攻克全IP蜂窝移动技术是国际公认第四代移动通信技术核心，其数据传播速率是3G移动电话50倍，能同步传播语音、文字、视频图像等不同数据类型。这使欧美移动通信技术在中华人民共和国市场独领风骚局面将有所变化。
4G - 触手可及
"TD-LTE实验网建设已经启动，预测在今年9月份完毕网络建设和优化工作。"3月25日，记者从广东移动有关人士解决解到，年内广州、深圳两地4G实验网将达到商用水准。这意味着，在3G牌照发放两年后，4G（第四代移动通信技术）又将粉墨登场。如果说2G时代咱们被牵着走，3G时代咱们跟着走，这一次，中华人民共和国提出4G技术原则（TD-LTE）将与欧美原则同步，一同引领潮流