4G网络.docx

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4G网络

4G网络

什么是4G网络？

4G是第四代移动通信及其技术的简称。

4GLTE系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快50倍，上传的速度也能达到50Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。

而4GLTEAdvanced采用载波聚合技术，下行峰值速度可达150Mbps。

此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。

很明显，4G有着不可比拟的优越性。

概念

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。

4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。

如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

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。

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。

背景

通信技术日新月异，给人们带来不少享受。

随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起，因此有理由期待这种第四代移动通信技术给人们带来更加美好的未来。

另一方面，4G也因为其拥有的超高数据传输速度，被中国物联网校企联盟誉为机器之间当之无愧的“高速对话”

所有技术的发展都不可能在一夜之间实现，从GSM、GPRS到3G再到第4代，需要不断演进，而且这些技术可以同时存在。

人们都知道最早的移动通信电话用的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能提供区域性语音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。

随着移动电话迅猛发展，用户增长迅速，传统的通信模式已经不能满足人们通信的需求，在这种情况下就出现了GSM通信技术，该技术用的是窄带TDMA，允许在一个射频（即‘蜂窝’）同时进行8组通话。

它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国采纳。

GSM是1991年开始投入使用的。

到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。

GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。

不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s，和用固定电话拨号上网的速度相当，而当时的internet几乎只提供纯文本的信息。

而时下正流行的数字移动通信手机是第二代（2G），一般采用GSM或CDMA技术。

第二代手机除了可提供所谓“全球通”语音业务外，已经可以提供低速的数据业务了，也就是收发短消息之类。

虽然从理论上讲，2G手机用户在全球范围都可以进行移动通信。

针对GSM通信出现的缺陷，人们在2000年又推出了一种新的通信技术GPRS，该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。

GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步，GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。

在这之后，通信运营商们又要推出EDGE技术，这种通信技术是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半”技术，它有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，它允许高达384KbPs的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。

EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。

在新兴通信技术的不断推动之下，象征着3G通信的标志技术WCDMA已经成为了通信技术的主流。

该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率，在这样的条件下，计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。

WCDMA通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图像数据还能与互联网快速连接；此外WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。

人们之间沟通的瓶颈会由网络传输速率转变为各种新型应用的提供：

如何让无线网络更好的为人们服务而不是给人们带来骚扰，如何让每个人都能从信息的海洋中快速的得到自己需要的信息，如何能够方便的携带、使用各种终端设备，各种终端设备之间如何更好的自动协同工作等等。

在上述通信技术的基础之上，无线通信技术最终可能迈向4G通信技术时代。

演进路线：

GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->FDD-LTE长期演进。

FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。

目前，全球共有285个运营商在超过93个国家部署FDD4G网络。

标准

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WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到FDD-LTE这一状态，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。

TD-LTE与TD-SCDMA实际上没有关系不能直接向TD-LTE演进。

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。

2013年，黎巴嫩移动运营商Touch已与华为合作，完成了一项FDD-LTE800MHz/1800MHz载波聚合（CA）技术现场试验，实现了最高达250Mbps的下载吞吐量。

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，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即为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；

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。

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。

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FDD-LTE-Advance、韩国（基于802.16m）和中国（TD-LTE-Advanced）、欧洲标准化组织3GPP（FDD-LTE-Advance）。

这六个技术基本上可以分为两大类，一是基于3GPP的FDD-LTE-Advance的技术，中国提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分。

另外一类是基于IEEE802.16m的技术。

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。

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。

FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。

目前，全球共有285个运营商在超过93个国家部署FDD4G网络

FDD-LTE

FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。

全球共有285个运营商在超过93个国家部署FDD4G网络。

技术成熟速度快

2006年7月，NTTDoCoMo和NEC、富士通等设备伙伴开始研发LTE。

2008年2月20日，NTTDoCoMo选择爱立信（Ericsson）参加LTE基站开发项目。

2008年4月，摩托罗拉（Motorola）展示首位EV-DO到LTE-影像流从LTE到商业EV-DO网络，并回到LTE。

2008年4月，LG电子和北电网络（NortelNetworks）展示了在110KM时速状态下移动时,使用FDD-LTE可以达到50Mbit/s的传输速度。

2012年，黎巴嫩移动运营商Touch已与华为合作，完成了一项FDD-LTE800MHz/1800MHz载波聚合（CA）技术现场试验，实现了最高达250Mbps的下载吞吐量。

中国联通董事长常小兵明确表示，中国联通将坚定不移走现有技术路线，即FDD-LTE制式的4G网络。

这也是继中国电信董事长王晓初之后，第二家运营商高层力挺FDD4G制式。

TD-LTE

TD-LTE是中国主导的新一代宽带移动通信技术，具有自主知识产权3G国际标准TD-SCDMA的后续演进技术。

2010年，中国移动在上海、杭州、南京、广州、深圳、厦门6个城市启动TD-LTE规模技术试验建设工作。

杭州作为首批试点的城市，创新采用了平滑升级演进技术，网络建设进展迅速，第一阶段的工程已经顺利完成。

已经完成了武林商圈、黄龙商圈等杭州主城区以及滨江、下沙等点的覆盖。

今年年内，将完成杭州大城区TD-LTE的完全覆盖，包括主城区和萧山区、余杭区，无论商业街、公交车站还是地铁等等，都能收到信号。

随着B1公交线路的试体验活动的启动，中国移动正在紧锣密鼓制定浙江TD-LTE试商用计划，网络建设也正进行中，预计到5月份可以完成全城600个基站的覆盖，到2012年底可以完成近2000个基站覆盖。

2012年底温州4G也将启动，龙湾区府，万达广场，温州机场新候机楼，移动个别营业厅将覆盖

TD-LTE的信号深度覆盖能力远高于现有的3G网络，网速可达3G的十倍以上，在时延问题上也比3G网络有了显著的改善。

在固定状态下，TD-LTE的下载速度可以高达100Mbps，一般可以稳定在70-80Mbps。

TD-LTE网络下载一首7M大小的高品质歌曲用时不到1秒，下载一部40G容量的蓝光3D影片不到2小时。

4GLTE时代已到来

4G是什么意思，4G指第四代网络通信，国内中国移动采用的我国自主开发的TD-LTE技术虽还未明确的获得4G牌照，但中国移动在昨日的西班牙巴塞罗那召开的世界通信展（2013MWC）会议之后宣布，广州已建成3700个TD-LTE基站，深圳已建成3100个TD-LTE基站，目前TD-LTE网络已覆盖100个城市，并在广州、深圳两地宣布同步启动最大规模4G体验，新用户预存4699元话费，承诺使用两年388元全球通套餐，即可获得4G智能手机体验资格。

4G网络提供哪些服务？

第四代移动通信系统可称为广带（Broadband）接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力，数据率超过UMTS，是支持高速数据率（2～20Mb/s）连接的理想模式，上网速度从2Mb/s提高到100Mb/s，具有不同速率间的自动切换能力。

第四代移动通信系统是多功能集成的宽带移动通信系统，在业务上、功能上、频带上都与第三代系统不同，会在不同的固定和无线平台及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务，比第三代移动通信更接近于个人通信。

第四代移动通信技术可把上网速度提高到超过第三代移动技术50倍，可实现三维图像高质量传输。

4G移动通信技术的信息传输级数要比3G移动通信技术的信息传输级数高一个等级。

对无线频率的使用效率比第二代和第三代系统都高得多，且抗信号衰落性能更好，其最大的传输速度会是“i-mode”服务的10000倍。

除了高速信息传输技术外，它还包括高速移动无线信息存取系统、移动平台的拉技术、安全密码技术以及终端间通信技术等，具有极高的安全性，4G终端还可用作诸如定位、告警等。

4G手机系统下行链路速度为100mbps，上行链路速度为30mbps。

其基站天线可以发送更窄的无线电波波束，在用户行动时也可进行跟踪，可处理数量更多的通话。

第四代移动电话不仅音质清晰，而且能进行高清晰度的图像传输，用途会十分广泛。

在容量方面，可在FDMA、TDMA、CDMA的基础上引入空分多址（SDMA），容量达到3G的5～10倍。

另外，可以在任何地址宽带接入互联网，包含卫星通信，能提供信息通信之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。

它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络（基于地面和卫星系统）。

其广带无线局域网 （WLAN）能与B-ISDN和ATM兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网（IBCN），通过IP进行通话。

能全速移动用户能提供150Mb/s的高质量的影像服务，实现三维图像的高质量传输，无线用户之间可以进行三维虚拟现实通信。

能自适应资源分配，处理变化的业务流、信道条件不同的环境，有很强的自组织性和灵活性。

能根据网络的动态和自动变化的信道条件，使低码率与高码率的用户能够共存，综合固定移动广播网络或其他的一些规则，实现对这些功能体积分布的控制。

支持交互式多媒体业务，如视频会议、无线因特网等，提供更广泛的服务和应用。

4G系统可以自动管理、动态改变自己的结