未来移动通信4G时代1.doc

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IS－95(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100～200kbit/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(high－speedcircuit－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IMT－2000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W－CDMA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，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。