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1、引言 到目前為止，3G各種標準和規范已達成協議，并已開始商用�？墒�3G還是有其局限性：由于受到多用戶干擾，CDMA難以達到很高的通信速率；由于空中接口標準對核心網的限制，3G所能提供服務速率的動態范圍不大，不能滿足各種業務類型要求；分配給3G的頻率資源已經趨于飽和；3G缺乏全球統一標準；3G所采用的語音交換架構仍承襲了第二代(2G)的電路交換，而不是純IP方式；流媒體(視頻)的應用不盡如人意；數據傳輸率也只接近于普通撥號接入的水平，更趕不上XDSL等。所以，在第三代移動通信還沒有完全鋪開，距離完全實用化還有一段時間的時候，已經有不少國家開始了對下一代移動通信系統的研究。 2、系統特點 第四代移動通信技術的概念可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網絡，具有非對稱超過2Mb/s的數據傳輸能力，對全速移動用戶能提供150Mb /s的高質量影像服務，將首次實現三維圖像的高質量傳輸。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統和互操作的廣播網絡(基于地面和衛星系統)。其廣帶無線局域網(WLAN)能與B-ISDN和ATM兼容，實現廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(IBCN)，它還能提供信息之外的定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能。其主要特點是： (1)通信速度提高，數據傳輸速率超過UMTS，上網速率從2Mb/s提高到100Mb/s。 (2)以移動數據為主，面向因特網大范圍覆蓋高速移動通信網絡，改變了以傳統移動電話業務為主設計移動通信網絡的設計觀念。 (3)采用多天線或分布天線的系統結構及終端形式，支持手機互助功能，采用可穿戴無線電、可下載無線電等新技術。 (4)發射功率比現有移動通信系統降低10～100倍，能夠較好地解決電磁干擾問題。 (5)支持更為豐富的移動通信業務，包括高分辨率實時圖像業務、會議電視虛擬現實業務等，使用戶在任何地方可以獲得任何所需的信息服務，且服務質量得到保證。 (6)多種業務的完整融合。4G應能集成不同模式的無線通信——從無線局域網和藍牙等室內網絡、蜂窩信號、廣播電視到衛星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。各種業務應用、各種系統平臺間的互聯更便捷、安全，面向不同用戶要求，更富有個性化。 3、網絡架構 3.1 網絡體系結構 在第四代移動通信系統中，為了滿足不同用戶對不同業務的需求，將各種針對不同業務的接入系統通過多媒體接入系統連接到基于IP的核心網中，形成一個公共的、靈活的、可擴展的平臺，網絡的連接如圖1所示： 圖1 4G系統的網絡結構 從圖1中可看出基于IP技術的網絡架構使得用戶在2G、3G、4G、WLAN、固定網之間無縫漫游可以實現。我們可將系統網絡體系結構分為三層，如圖2所示： 圖2 4G系統的網絡分層 從圖2可看出，第四代移動通信系統的網絡體系結構可以由下而上分為：物理層、網絡業務執行技術層、應用層等3層。物理層提供接入和選路功能，網絡業務執行技術層作為橋接層提供QoS映射、地址轉換、即插即用、安全管理、有源網絡。物理層與網絡業務執行技術層提供開放式IP接口。應用層與網絡業務執行技術層之間也是開放式接口，用于第三方開發和提供新業務。 結合移動通信市場發展和用戶需求，4G移動網絡的根本任務是能夠接收、獲取到終端的呼叫，在多個運行網絡(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，移動網絡還要保持良好的無縫連接能力，保證數據傳輸的高質量、高速率。4G移動網絡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絡運營者提供多媒體業務。 同時，技術的發展和市場的需求，將加快并實現目前的計算機網、電信網、廣播電視網和衛星通信網等網絡融為一體，寬帶IP技術和光網絡將成為多網融合的支撐和結合點。數字化數據交易點是4G移動網絡的一個重要技術。它用于預處理各個不同網絡平臺之間的呼叫。在網絡平臺之間的特定協議條件下，幫助業務供應者提供高質量、低費用的業務應用。例如，兩個網絡平臺之間傳送電視數據信息，首先經由數字化數據交易所處理。在數字化數據交易所里，這個電視數據信息將被分離成視頻信號和音頻信號，經由不同信道傳送。音頻信號將由覆蓋廣泛的網絡傳送，視頻信號將由只能處理、接收視頻信號的網絡傳送，從而達到降低通信成本和有效利用傳輸信道的目的。未來的全球互聯網系統和骨干網系統，將以結合寬帶IP技術和光纖網技術為主。 3.2 4G移動通信的接入系統 4G移動通信接入系統的顯著特點是，智能化多模式終端基于公共平臺，通過各種接入技術，在各種網絡系統(平臺)之間實現無縫連接和協作。在4G移動通信中，各種專門的接入系統都基 于一個公共平臺，相互協作，以最優化的方式工作，來滿足不同用戶的通信需求。當多模式終端接入系統時，網絡會自適應分配頻帶，給出最優化路由，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)、短距離連接系統(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。 網絡接入系統在整個移動網絡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，優化調制、信道編碼和信號傳輸技術，提高信號處理算法、信號檢測和數據壓縮技術，并在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究。 (2)為提高網絡性能，在接入系統的高層協議方面，研究網絡自我優化和自動重構技術，動態頻譜分配和資源分配技術，網絡管理和不同接入系統間協作。 (3)提高和擴展IP技術在移動網絡中的應用；加強軟件無線電技術；優化無線電傳輸技術，如支持實時和非實時業務、無縫連接和網絡安全。 3.3 4G移動通信的軟件系統 4G移動通信的軟件系統趨于標準化、復雜化、智能化。軟件系統的首要任務是，創建一個公共的軟件平臺，使不同通信系統和終端的應用軟件，通過此平臺“互聯互通”；并且，通過此軟件平臺，實現對不同通信系統和終端的管理和監控。因此，建立一個統一的軟件標準和互聯協議，是4G移動通信軟件系統的關鍵。 軟件系統將逐步采用Web服務模式，以代替現行的客戶/服務器模式。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。另一方面，軟件系統還將在網絡安全上做進一步研究，以保障通信網絡的正常工作、數據完整和其他特殊需要。 4、關鍵技術 4.1 調制技術與信號傳輸 在高頻段高速移動傳輸會產生嚴重的頻率選擇性衰落，實現調制/解調的魯棒性可以克服這種頻率選擇性衰落，并且新的調制技術如多載波正交頻分復用調制技術以及單載波帶自適應均衡技術都將提供很高的頻譜效率。另外，電池功率的限制也必須突破。4G系統將采用這些調制方式以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。此外，高性能正向糾錯(FEC)編碼，如Turbo編碼技術、自動重發請求(ARQ)和分集接收技術也是建立高速大容量網絡的重要因素。 若從技術層面來看，第三代移動通信系統主要是以CDMA為核心技術，而第四代移動通信系統技術則以OFDM最受矚目。 4.2 軟件無線電 在4G移動通信系統中，移動終端將會變得非常繁雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術，實現移動終端的多�；？梢栽诓煌南到y中工作。軟件無線電技術能夠將模擬信號的數字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RE前端，利用DSP進行信道分離、調制解調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，以實現多通路、多層次和多模式的無線通信。因此，應用軟件無線電技術，一個移動終端，就可以實現在不同系統和平臺之間，暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術有參數控制軟件無線電系統。 4.3 網絡結構與協議 4G系統網絡體系結構包括了適用于IP分組傳輸的空中接口、位置寄存、基站網絡配置、無線QoS控制、網絡配置和集成式3G WLAN無縫業務控制等功能模塊。為了解決城區密集業務，頻率復用是關鍵，而且用微蜂窩實現無縫覆蓋要比熱點覆蓋策略好，因為前者可以避免地理位置上的業務集中。 在處理多媒體業務時，智能無線資源管理是關鍵技術，無線系統資源(頻率和發射功率)是有限的且易受阻塞的困擾，因此，有必要采用無線QoS資源控制，以保證業務質量和支持各種級別的應用。由4G系統支持的應用業務將依據業務的特點進行分類(如分為實時和非實時)，無線QoS資源控制方式要既能支持實時性應用，也能支持非實時性應用。無線資源管理者首先檢查可用資源、前/后向鏈路質量、應用類別以及QoS業務用戶級別，然后再指配適當的前/后向鏈路速率和發射功率。4G系統中基于IP技術的網絡結構可以處理IP包，方便地提供全向功能，關鍵是選路/切換和鑒權策略。 4.4 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、基于移動網絡定位以及混合定位三種方式。在4G移動通信系統中，移動終端可能在不同系統(平臺)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(平臺)間無縫連接和系統中高速率和高質量的移動通信的前提和保障。 4.5 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，切換技術的適用范圍更為廣泛，并朝著軟切換和硬切換相結合的方向發展。 5、小結 第四代移動通信的具體實現在現在看來還面臨著許多難題，但隨著技術的發展、網絡的發展，現在看來困難的事情可能因為某一關鍵技術的突破而實現。所以，現在對網絡結構的可行性、靈活性的研究，對這些體系結構中的關鍵技術的研究將對4G的盡快實現有十分重要的意義。具有高數據率、高頻譜利用率、低發射功率、靈活業務支撐能力的第四代移動通信系統，必將是通往未來無線與移動通信系統的必然方向。 |
