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4G是第四代移动通信及其技术的简称
4G是第四代移动通信及其技术的简称
D
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宽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
通信速度更快
由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率,因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。
从移动通信系统数据传输速率作比较,第一代模拟式仅提供语音服务;第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps,最高可达32Kbps,如PHS;而第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps;专家则预估,第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps,甚至最高可以达到高达100Mbps速度传输无线信息,这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右。
[3]
网络频谱更宽
要想使4G通信达到100Mbps的传输,通信营运商必须在3G通信网络的基础上,进行大幅度的改造和研究,以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。
据研究4G通信的AT&T的执行官们说,估计每个4G信道会占有100MHz的频谱,相当于W-CDMA3G网络的20倍。
[4]
通信更加灵活
从严格意义上说,4G手机的功能,已不能简单划归“电话机”的范畴,毕竟语音资料的传输只是4G移动电话的功能之一而已,因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了,而且4G手机从外观和式样上,会有更惊人的突破,人们可以想象的是,眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋,以方便和个性为前提,任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端,只是人们还不知应该怎么称呼它。
未来的4G通信使人们不仅可以随时随地通信,更可以双向下载传递资料、图画、影像,当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。
也许有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼,但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比,这简直可以忽略不计。
[5]
智能性能更高
第四代移动通信的智能性更高,不仅表现于4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化,例如对菜单和滚动操作的依赖程度会大大降低,更重要的4G手机可以实现许多难以想象的功能。
例如4G手机能根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事,或者不该做什么事,4G手机可以把电影院票房资料,直接下载到PDA之上,这些资料能够把售票情况、座位情况显示得清清楚楚,大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票;4G手机可以被看作是一台手提电视,用来看体育比赛之类的各种现场直播。
[6]
兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接受,不但考虑的它的功能强大外,还应该考虑到现有通信的基础,以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。
因此,从这个角度来看,未来的第四代移动通信系统应当具备全球漫游,接口开放,能跟多种网络互联,终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。
4G手机
提供各种增值服务
4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的,它们的核心建设技术根本就是不同的,3G移动通信系统主要是以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,利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)等方面的无线通信增殖服务;不过考虑到与3G通信的过渡性,第四代移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术,CDMA技术会在第四代移动通信系统中,与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用,甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生,前文所提到的数字音讯广播,其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术,同样是利用两种技术的结合。
因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统,也会结合两项技术的优点,一部分会是以CDMA的延伸技术。
实现高质量通信
尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信,但未来的4G通信能满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要,第四代移动通信系统提供的无线多媒体通信服务包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去,为此未来的第四代移动通信系统也称为“多媒体移动通信”。
第四代移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加,更重要的是,必须要因应多媒体的传输需求,当然还包括通信品质的要求。
总结来说,首先必须可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良,以及达到高速数据传输的要求。
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的突破性技术,例如一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度,引入了交换层级技术,这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口,也就是说第四代主要是运用路由技术(Routing)为主的网络架构。
由于利用了几项不同的技术,所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。
按照最乐观的情况估计,这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情,而且做这些事情的时候速度相当快。
研究人员说,下载速率有可能达到5Mbps到10Mbps。
通信费用更加便宜
由于4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问题,让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信,而且4G通信引入了许多尖端的通信技术,这些技术保证了4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式,因此相对其他技术来说,4G通信部署起来就容易迅速得多;同时在建设4G通信网络系统时,通信营运商们会考虑直接在3G通信网络的基础设施之上,采用逐步引入的方法,这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。
据研究人员宣称,4G通信的无线即时连接等某些服务费用会比3G通信更加便宜。
编辑本段4G技术标准比较 2012.1.20ITU正式审议通过的的4G(IMT-Advanced)标准[7]:
LTE-Advanced:
LTE(LongTermEvolution,长期演进)的后续研究标准;WirelessMAN-Advanced(802.16m):
WiMAX的后续研究标准.而TD-LTE作为LTE-Advanced标准分支之一入选;这是由我国主要提出的。
LTE
LTE(LongTermEvolution,长期演进)项目是3G的演进,它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。
主要特点是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率,相对于3G网络大大的提高了小区的容量,同时将网络延迟大大降低:
内部单向传输时延低于5ms,控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。
并且这一标准也是3GPP长期演进(LTE)项目,是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目,其演进的历史如下:
GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->FDD-LTE长期演进 GSM:
9K-->GPRS:
42K-->EDGE:
172K-->WCDMA:
364k-->HSDPA/HSUPA:
14.4M-->HSDPA+/HSUPA+:
42M-->FDD-LTE:
300M 由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到FDD-LTE这一状态,包括中国自主的TD-SCDMA网络也将绕过HSPA直接向TD-LTE演进,所以这一4G标准获得了最大的支持,也将是未来4G标准的主流。
该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度,网络浏览速度大大提升。
LTE终端设备当前有耗电太大和价格昂贵的缺点,按照摩尔定律测算,估计至少还要6年后,才能达到当前3G终端的量产成本。
LTE-Advanced
LTE-Advanced:
从字面上看,LTE-Advanced就是LTE技术的升级版,那么为何两种标准都能够成为4G标准呢?
LTE-Advanced的正式名称为FurtherAdvancementsforE-UTRA,它满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求,是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。
LTE-Advanced是一个后向兼容的技术,完全兼容LTE,是演进而不是革命,相当于HSPA和WCDMA这样的关系。
LTE-Advanced的相关特性如下:
带宽:
100MHz 峰值速率:
下行1Gbps,上行500Mbps 峰值频谱效率:
下行30bps/Hz,上行15bps/Hz 针对室内环境进行优化 有效支持新频段和大带宽应用 峰值速率大幅提高,频谱效率有限的改进 如果严格的讲,LTE作为3.9G移动互联网技术,那么LTE-Advanced作为4G标准更加确切一些。
LTE-Advanced的入围,包含TDD和FDD两种制式,其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式,而WCDMA网络能够进化到FDD制式。
移动主导的TD-SCDMA网络期望能够直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。
WiMax
WiMax:
WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess),即全球微波互联接入,WiMAX的另一个名字是IEEE802.16。
WiMAX的技术起点较高,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。
对无线网络来说,这的确是一个惊人的进步。
WiMAX逐步实现宽带业务的移动化,而3G则实现移动业务的宽带化,两种网络的融合程度会越来越高,这也是未来移动世界和固定网络的融合趋势。
802.16工作的频段采用的是无需授权频段,范围在2GHz至66GHz之间,而802.16a则是一种采用2G至11GHz无需授权频段的宽带无线接入系统,其频道带宽可根据需求在1.5M至20MHz范围进行调整,目前具有更好高速移动下无缝切换的IEEE802.16m的技术正在研发。
因此,802.16所使用的频谱可能比其它任何无线技术更丰富,WiMax具有以下优点:
(1)对于已知的干扰,窄的信道带宽有利于避开干扰,而且有利于节省频谱资源。
(2)灵活的带宽调整能力,有利于运营商或用户协调频谱资源。
(3)WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的,网络覆盖面积是3G发射塔的10倍,只要少数基站建设就能实现全城覆盖,能够使无线网络的覆盖面积大大提升。
不过WiMax网络在网络覆盖面积和网络的带宽上优势巨大,但是其移动性却有着先天的缺陷,无法满足高速(≧50km/h)下的网络的无缝链接,从这个意义上讲,WiMax还无法达到3G网络的水平,严格地说并不能算作移动通信技术,而仅仅是无线局域网的技术。
但是WiMax的希望在于IEEE802.11m技术上,将能够有效的解决这些问题,也正是因为有中国移动、因特尔、Sprint各大厂商的积极参与,WiMax成为呼声仅次于LTE的4G网络手机。
关于IEEE802.16m这一技术,我们将留在最后作详细的阐述。
Wimax当前全球使用用户大约800万,其中60%在美国。
Wimax其实是最早的4G通信标准,大约出现于2000年。
WirelessMAN
WirelessMAN-Advanced:
WirelessMAN-Advanced事实上就是WiMax的升级版,即IEEE802.16m标准,802.16系列标准在IEEE正式称为WirelessMAN,而WirelessMAN-Advanced极为IEEE802.16m。
其中,802.16m最高可以提供1Gbps无线传输速率,还将兼容未来的4G无线网络。
802.16m可在“漫游”模式或高效率/强信号模式下提供1Gbps的下行速率。
该标准还支持“高移动”模式,能够提供1Gbps速率。
其优势如下:
1.提高网络覆盖,改建链路预算; 2.提高频谱效率; 3.提高数据和VOIP容量; 4.低时延&QoS增强; 5.功耗节省; 目前的WirelessMAN-Advanced有5种网络数据规格,其中极低速率为16kbps,低数率数据及低速多媒体为144kbps,中速多媒体为2Mbps,高速多媒体为30Mbps超高速多媒体则达到了30Mbps--1Gbps。
但是该标准可能会被率先被军方所采用,IEEE方面表示军方的介入将能够促使WirelessMAN-Advanced更快的成熟和完善,而且军方的今天就是民用的明天。
不论怎样,WirelessMAN-Advanced得到ITU的认可并成为4G标准的可能性极大。
编辑本段4G国际标准 2012年1月18日下午5时,国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上,正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准,中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际标准[8]。
4G国际标准工作历时三年。
从2009年初开始,ITU在全世界范围内征集IMT-Advanced候选技术。
2009年10月,ITU共计征集到了六个候选技术,分别来自北美标准化组织IEEE的802.16m、日本(两项分别基于LTE-A和802.16m)、3GPP的LTE-A、韩国(基于802.16m)和中国(TD-LTE-Advanced)、欧洲标准化组织3GPP(LTE-A)。
这六个技术基本上可以分为两大类,一是基于3GPP的LTE的技术,中国国提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分。
另外一类是基于IEEE802.16m的技术[9]。
ITU在收到候选技术以后,组织世界各国和国际组织进行了技术评估。
在2010年10月份,在中国重庆,ITU-R下属的WP5D工作组最终确定了IMT-Advanced的两大关键技术,即LTE-Advanced和802.16m。
中国提交的候选技术作为LTE-Advanced的一个组成部分,也包含在其中。
在确定了关键技术以后,WP5D工作组继续完成了电联建议的编写工作,以及各个标准化组织的确认工作。
此后WP5D将文件提交上一级机构审核,SG5审核通过以后,再提交给全会讨论通过。
在此次会议上,TD-LTE正式被确定为4G国际标准,也标志着中国在移动通信标准制定领域再次走到了世界前列,为TD-LTE产业的后续发展及国际化提供了重要基础。
目前,日本软银、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西skyBrazil、波兰Aero2等众多国际运营商已经开始商用或者预商用TD-LTE网络。
印度Augere预计2012年2月开始预商用。
审议通过后,将有利于TD-LTE技术进一步在全球推广。
同时,国际主流的电信设备制造商基本全部支持TD-LTE,而在芯片领域,TD-LTE已吸引17家厂商加入,其中不乏高通等国际芯片市场的领导者。
编辑本段存在缺陷 对于人们来说,未来的4G通信的确显得很神秘,不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来发明的最复杂的技术系统,的确第四代无线通信网络在具体实施的过程中出现大量令人头痛的技术问题,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的技术问题多和互联网有关,并且需要花费好几年的时间才能解决。
总的来说,要顺利、全面地实施4G通信,可能遇到下面的一些困难:
标准难以统一
虽然从理论上讲,3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信,但是由于没有统一的国际标准,各种移动通信系统彼此互不兼容,给手机用户带来诸多不便。
因此,开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题,而世界各大通信厂商会对此一直在争论不休。
技术难以实现
尽管未来的4G通信能够给人带来美好的明天,现已研究出来,但并未普及。
据研究这项技术的开发人员而言,要实现4G通信的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,及其它有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题。
日本DoCoMo公司表示,为了解决这一问题,公司会对不同编码技术和传输技术进行测试。
另外在移交方面存在的技术问题,使手机很容易在从一个基站的覆盖区域进入另一个基站的覆盖区域时和网络失去联系。
由于第四代无线通信网络的架构相当复杂,这一问题显得格外突出。
不过,行业专家们表示,他们相信这一问题可以得到解决,但需要一定的时间。
容量受到限制
人们对未来的4G通信的印象最深的莫过于它的通信传输速度会得到极大提升,从理论上说其所谓的每秒100MB的宽带速度,比2009年最新手机信息传输速度每秒10KB要快1万多倍,但手机的速度会受到通信系统容量的限制,如系统容量有限,手机用户越多,速度就越慢。
据有关行家分析,4G手机会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。
市场难以消化
有专家预测在10年以后,第三代移动通信的多媒体服务会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,第三代技术仍然在缓慢地进入市场,到那时整个行业正在消化吸收第三代技术,对于第四代移动通信系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。
另外,在过渡过程中,如果4G通信因为系统或终端的短缺而导致延迟的话,那么号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划,此时4G漫长的投资回收和赢利计划会变得异常的脆弱。
设施难以更新
在部署4G通信网络系统之前,覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系统建立的,如果要向第四代通信技术转移的话,那么全球的许多无线基础设施都需要经历着大量的变化和更新,这种变化和更新势必减缓4G通信技术全面进入市场、占领市场的速度。
而且到那时,还必须要求3G通信终端升级到能进行更高速数据传输及支持4G通信各项数据业务的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,不能让通信终端的生产滞后于网络建设。
但根据某些事实来看,在4G通信技术全面进入商用之日算起的二三年后,消费者才有望用上性能稳定的4G通信手机。
其他相关困难
因为手机的功能越来越强大,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的同时,它的建设和开发也会遇到比以前系统建设更多的困难和麻烦。
例如每一种新的设备和技术推出时,其后的软件设计和开发必须及时能跟上步伐,才能使新的设备和技术得到很快推广和应用,但遗憾的是4G通信还只处于研究和开发阶段,具体的设备和用到的技术还没有完全成型,因此对应的软件开发也会遇到困难;另外费率和计费方式对于4G通信的移动数据市场的发展尤为重要,例如WAP手机推出后,用户花了很多的连接时间才能获得信息,而按时间及信息内容的收费方式使用户难以承受,因此必须及早慎重研究基于4G通信的收费系统,以利于市场发展。
发展展望
Clearwire公司09年1月表示,会把波特兰改造为美国西部无线网络速度最快的城市,以及全球四大4GWiMAX无线宽带服务之一——Clear的使用基地。
借助Clear,波特兰的消费者和企业会以真正的宽带速度实现对互联网的无线访问,在家庭、办公场所和地铁等地畅游网络。
Clearwire首席执行官BenjaminG.Wolff表示:
“Clearwire把互联网的速度和移动性完美融合,令无线网的面貌焕然一新。
人们以提高客户工作效率和生活品质为导向,致力于为服务区内的每一位客户提供优质服务。
”
英特尔公司执行副总裁兼销售与市场营销事业部总经理马宏升表示:
“作为新一代无线技术,WiMAX为消费者带来了真正的平民化移动互联网体验。
英特尔会携手Clearwire及其合作伙伴,让消费者以前所未有的方式,随时在更多地点与互联网进行交互。
”
显著的差异
Clear的服务价格低廉、部署简便,可满足用户在家庭、办公场所或旅途中的上网需求。
无论是那些既要赶时间,又要接孩子放学的上班族家长,还是在办公室内外都希望保持高效的小企业主,抑或是经济拮据、却需要使用宽带网络的大学生们,Clear都是以最少投资获得最大收效的理想之选。
Clear采用简单新颖的定价策略,能够灵活满足不同客户的不同需要。
Clear提供的移动、住宅和商务计划既可以按日付费,也可以包月订购,且无需签订冗长的服务合同。
家庭互联网服务计划和移动互联网计划的每月最低收费分别为20美元和30美元。
此外,客户也可以购买10美元的日卡。
如果客户同时订购家庭和移动互联网服务,或者一次签订两年的服务协议,还能享受其它优惠。
区别于其它无线服务,Clear还提供一项名为“真正的宽带”的特色体验,为住宅用户和移动互联网用户分别提供高达6Mbps和4Mbps的下载速度。
无线宽带,一插即行
为了方便客户,Clear专门提供了几种简单的宽带连接方式。
移动用户只需把Clear提供的支持移动WiMAX的小型USB调制解调器插入笔记本电脑,即可立即接入无线网络。
当住宅用户需要上网时,只需把Clear提供的无线高速调制解调器(小开本书大小)连接到普通电源和电脑主机。
该款无线高速调制解调器同样由摩托罗拉公司出品,客户和企业无需提前预约,也不必穿墙布线,完全可以在不中断日常工作的情况下轻松获取高速互联网服务。
宏基、华硕、戴尔、富士通、联想、松下、三星和东芝等电脑厂商纷纷宣布计划在2009年上半年推出基于英特尔迅驰2处理器技术并嵌入WiMAX技术的笔记本电脑,以兼容Clear网络。
此外,还有数家OEM厂商计划推出采用英特尔凌动处理器并支持嵌入式WiMAX的上网本模型,同样也是为了迎接Clear网络的到来。
其它市场
作为Clearwire长期网络建设计划的一部分,4G网络会陆续在美国各主要城市开通。
截至2009年,提供此项服务
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