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新媒体第四代移动网络研究

关于第四代移动网络的调研报告

信息技术科学学院

微电子塔娜0810358

目录

摘要关键字....................................................................1

正文

（1）4G的概念及简析.........................................2

（2）4G网络建成原理分析............................................3

（3）4G暂时不可替代3G的理由.................................9

（4）4G未来的发展趋势................................................11

参考文献..........................................................................13

摘要：

本文主要从以下几个方面进行了论述：

（1）4G诞生的背景

（2）何为4G以及4G的架构原理

（3）4G与3G相比的优势及3G短期内的不可替代性

（4）4G未来的发展前景

关键字：

4G高速宽带定位切换IP协议

导读3G尚未全面普及，4G实验网却已建成，这是否意味着3G形同鸡肋，会使国家投入了巨大财力物力的3G陷入一个尴尬的局面？

2006年7月8日，中央电视台在新闻联播中报道，当普通百姓还在憧憬第3代手机（3G）的时候，我国的863计划已经瞄准世界高新技术的最前沿，着手开发目前世界上规模最大的第4代移动通信（4G）网络。

而在此之前的4月8日，重庆邮电大学与新加坡南洋理工大学签订协议，双方投资372万新元（合人民币1860万元）成立第4代移动通信联合研究中心，进行第4代移动通信技术标准研究和设备开发。

据了解，目前在全球市场上，4G的研发也正进行得如火如荼。

2001年8月，以欧美5大通信设备制造商（法国阿尔卡特、瑞典爱立信、美国摩托罗拉、芬兰诺基亚、德国西门子）为中心成立了无线世界研究论坛（WWRF），该论坛作为全球范围内探讨、研究4G标准的一个非营利组织，正在积极地推进4G标准的制定以及相关技术的发展。

究竟何为4G？

4G，是指第4代移动通信系统，是在第2代（2G）、第3代（3G）移动通信系统基础上发展而来的新一代、引领未来的移动通信技术系统。

它将在通信速度、带宽，在通信技术与互联网技术的交融覆盖、无缝衔接、拓展应用等多个方面都将有重大的突破，是真正意义上的宽带无线移动通信，是真正的“信息高速公路”。

人们形象把它比喻为高速、宽带的移动通信系统与现代高速互联网络系统的叠加。

重庆邮电大学聂能校长向记者介绍说：

“它将给社会、生活、经济等各个方面带来革命性的变化。

”

2006年7月7日，国家863计划未来移动通信总体组组长尤肖虎透露，目前建成的第4代移动通信网络与现有的移动通信技术相比，4G的传输速度可提高1000倍。

因此，在未来，手机不再是传统功能上打电话的工具，而是可以变成掌上的小电脑，以及实现无线高速上网、看电视等各种多媒体服务。

在各方努力下，现在我国在4G方面的研究已经取得了成绩。

尤肖虎向记者表示，目前，我国在第4代移动通信技术上已经处于世界前沿，在国内外申请移动通信技术发明专利达到100余项，在试验网络中采用的分布式无线网络等技术都是自主研发的。

如今，我国的第4代移动通信技术已经与世界同步。

关于4G网络的建成原理

　网络体系结构

在第四代移动通信系统中，为了满足不同用户对不同业务的需求，将各种针对不同业务的接入系统通过多媒体接入系统连接到基于IP的核心网中，形成一个公共的、灵活的、可扩展的平台，

基于IP技术的网络架构使得用户在2G、3G、4G、WLAN、固定网之间无缝漫游可以实现。

我们可将系统网络体系结构分为三层

2.　4G系统的网络分层

第四代移动通信系统的网络体系结构可以由下而上分为：

物理层、网络业务执行技术层、应用层等3层。

物理层提供接入和选路功能，网络业务执行技术层作为桥接层提供QoS映射、地址转换、即插即用、安全管理、有源网络。

物理层与网络业务执行技术层提供开放式IP接口。

应用层与网络业务执行技术层之间也是开放式接口，用于第三方开发和提供新业务。

结合移动通信市场发展和用户需求，4G移动网络的根本任务是能够接收、获取到终端的呼叫，在多个运行网络（平台）之间或者多个无线接口之间，建立其最有效的通信路径，并对其进行实时的定位和跟踪。

在移动通信过程中，移动网络还要保持良好的无缝连接能力，保证数据传输的高质量、高速率。

4G移动网络将基于多层蜂窝结构，通过多个无线接口，由多个业务提供者和众多网络运营者提供多媒体业务。

同时，技术的发展和市场的需求，将加快并实现目前的计算机网、电信网、广播电视网和卫星通信网等网络融为一体，宽带IP技术和光网络将成为多网融合的支撑和结合点。

数字化数据交易点是4G移动网络的一个重要技术。

它用于预处理各个不同网络平台之间的呼叫。

在网络平台之间的特定协议条件下，帮助业务供应者提供高质量、低费用的业务应用。

例如，两个网络平台之间传送电视数据信息，首先经由数字化数据交易所处理。

在数字化数据交易所里，这个电视数据信息将被分离成视频信号和音频信号，经由不同信道传送。

音频信号将由覆盖广泛的网络传送，视频信号将由只能处理、接收视频信号的网络传送，从而达到降低通信成本和有效利用传输信道的目的。

未来的全球互联网系统和骨干网系统，将以结合宽带IP技术和光纤网技术为主。

3.　4G移动通信的接入系统

4G移动通信接入系统的显著特点是，智能化多模式终端基于公共平台，通过各种接入技术，在各种网络系统（平台）之间实现无缝连接和协作。

在4G移动通信中，各种专门的接入系统都基于一个公共平台，相互协作，以最优化的方式工作，来满足不同用户的通信需求。

当多模式终端接入系统时，网络会自适应分配频带，给出最优化路由，以达到最佳通信效果。

目前，4G移动通信的主要接入技术有：

无线蜂窝移动通信系统（例如2G、3G）、无绳系统（如DECT）、短距离连接系统（如蓝牙）、WLAN系统、固定无线接入系统、卫星系统、平流层通信（STS）、广播电视接入系统（如DAB、DVB-T、CATV）。

随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不断出现。

网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。

未来的接入系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破：

（1）为最大限度开发利用有限的频率资源，在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处理算法、信号检测和数据压缩技术，并在频谱共享和新型天线方面做进一步研究。

（2）为提高网络性能，在接入系统的高层协议方面，研究网络自我优化和自动重构技术，动态频谱分配和资源分配技术，网络管理和不同接入系统间协作。

（3）提高和扩展IP技术在移动网络中的应用；加强软件无线电技术；优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。

4.　4G移动通信的软件系统

4G移动通信的软件系统趋于标准化、复杂化、智能化。

软件系统的首要任务是，创建一个公共的软件平台，使不同通信系统和终端的应用软件，通过此平台“互联互通”；并且，通过此软件平台，实现对不同通信系统和终端的管理和监控。

因此，建立一个统一的软件标准和互联协议，是4G移动通信软件系统的关键。

软件系统将逐步采用Web服务模式，以代替现行的客户/服务器模式。

新的计算机语言如XML，将用于未来的这种基于Web的分布式服务。

另一方面，软件系统还将在网络安全上做进一步研究，以保障通信网络的正常工作、数据完整和其他特殊需要。

关键技术

1　调制技术与信号传输

在高频段高速移动传输会产生严重的频率选择性衰落，实现调制/解调的鲁棒性可以克服这种频率选择性衰落，并且新的调制技术如多载波正交频分复用调制技术以及单载波带自适应均衡技术都将提供很高的频谱效率。

另外，电池功率的限制也必须突破。

4G系统将采用这些调制方式以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。

此外，高性能正向纠错（FEC）编码，如Turbo编码技术、自动重发请求（ARQ）和分集接收技术也是建立高速大容量网络的重要因素。

若从技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而第四代移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目。

2　软件无线电

在4G移动通信系统中，移动终端将会变得非常繁杂。

为此，专家们提议引入软件无线电技术，实现移动终端的多模化。

可以在不同的系统中工作。

软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近RE前端，利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。

它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。

因此，应用软件无线电技术，一个移动终端，就可以实现在不同系统和平台之间，畅通无阻的使用。

目前比较成熟的软件无线电技术有参数控制软件无线电系统。

3　网络结构与协议

4G系统网络体系结构包括了适用于IP分组传输的空中接口、位置寄存、基站网络配置、无线QoS控制、网络配置和集成式3GWLAN无缝业务控制等功能模块。

为了解决城区密集业务，频率复用是关键，而且用微蜂窝实现无缝覆盖要比热点覆盖策略好，因为前者可以避免地理位置上的业务集中。

在处理多媒体业务时，智能无线资源管理是关键技术，无线系统资源（频率和发射功率）是有限的且易受阻塞的困扰，因此，有必要采用无线QoS资源控制，以保证业务质量和支持各种级别的应用。

由4G系统支持的应用业务将依据业务的特点进行分类（如分为实时和非实时），无线QoS资源控制方式要既能支持实时性应用，也能支持非实时性应用。

无线资源管理者首先检查可用资源、前/后向链路质量、应用类别以及QoS业务用户级别，然后再指配适当的前/后向链路速率和发射功率。

4G系统中基于IP技术的网络结构可以处理IP包，方便地提供全向功能，关键是选路/切换和鉴权策略。

4　定位技术

定位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。

它主要分为基于移动终端定位、基于移动网络定位以及混合定位三种方式。

在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。

因此，对移动终端的定位和跟踪，是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接和系统中高速率和高质量的移动通信的前提和保障。

5　切换技术

切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。

切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。

它主要有软切换和硬切换。

在4G通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。

小结

第四代移动通信的具体实现在现在看来还面临着许多难题，但随着技术的发展、网络的发展，现在看来困难的事情可能因为某一关键技术的突破而实现。

所以，现在对网络结构的可行性、灵活性的研究，对这些体系结构中的关键技术的研究将对4G的尽快实现有十分重要的意义。

具有高数据率、高频谱利用率、低发射功率、灵活业务支撑能力的第四代移动通信系统，必将是通往未来无线与移动通信系统的必然方向。

短期内4G不可能代替3G

国内目前对4G的研发，是否就意味着现在还未走上商用的3G已经过时？

答案是否定的！

目前，国际上有关第4代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本需求、核心技术还处于萌芽阶段。

但较为明确的一点是，按照移动通信技术每10年产生一代新体制的发展规律，第4代移动通信的试用期应该是在2010年开始。

事实上，第3代移动通信研究的起步开始于90年代初期，经过近10年的努力，才形成现在的第3代移动通信体制标准。

如同3G与2G之间的关系一样，4G系统也不可能在一夜之间取代3G系统，更不可能跨越3G系统而直接投入应用。

据了解，制定一个全世界统一的4G标准需要耗费5～7年时间，而现有的2G系统在未来的5～7年内是无法满足日益增长的通信需求的。

从这个角度来说，3G系统是不可替代的。

从另一方面来说，并不能因为4G系统的试用期定于2010年，而否定现在国内外有关4G研究工作的意义。

事实上，移动通信技术的竞争，愈来愈归结为核心技术以及相关知识产权的竞争。

若无法在新一代移动通信技术产生的初期加入竞争行列，就无法在未来的竞争中取得战略性的主动地位，并以此获得未来产业发展所必须的核心技术知识产权。

这也是日本、韩国以及欧洲国家不遗余力，积极开展4G研究的根本原因。

尤肖虎介绍，我国4G的立项早在2000年初就已开始酝酿。

2001年11月立项申请被批准后，随后国家成立了由尤肖虎负责、由863计划通信技术主题专家组领导的总体组，并于2001年年底和2006年6月发布了2次课题指南，成立了一系列课题组，开始了计划的启动。

4G在短期内不可能代替3G，还有一个重要的原因，是3G现在的商用前景并不明朗。

此前，全球许多电信运营商巨资购买3G牌照并开始网络建设，而背上了沉重包袱。

比如法国电信的债务增至600亿欧元，德国电信负债700亿欧元，英国电信的债务也达470亿英镑。

众多电信公司出现了经营亏损、股价暴跌、大量裁员等问题，一些支撑不住的公司纷纷倒闭，仅美国就有13家大电信运营公司倒闭。

在这些问题的困扰下，电信运营商于是一方面推迟部署3G；另一方面加强了4G技术的研究，而不是商用。

信产部电信研究院交流中心主任陈育平认为，虽然现在全球研发4G的热潮很高，但目前尚未看到有哪家运营商和国家直接越过3G发展4G。

应当是先有3G的应用，才会有4Ｇ的研究和标准制定。

不过，陈育平同时指出，如果不尽快启动3G市场，则有可能出现新的替代技术挤占3G的市场空间，如目前市场上出现的WLAN业务、无线市话业务以及宽带无线接入技术，就有可能因可以提供局部地区低廉的宽带无线上网业务而挤占3G市场空间。

而且通信行业的发展规律是2代新旧技术的交替，需要10年左右的时间，2G与2.5G的共存就是如此，2G与2.5G完全过渡到3G需要10年左右。

也就是说，3G与4G也很可能将在市场上共存一段时间，但3G应用在前，然后才是4G。

不可避免的趋势

虽然世界正在采用3G网络，但现在人们的注意力已经转向了下一代技术：

被称为4G的技术。

随着3G的失败，4G不可避免地进入运营商的眼帘。

4G技术的提倡者认为，与3G不同，4G的商业模式是合理的。

首先，4G的价格和固线宽带差不多，而且4G首先强调的是速度，其次才是移动性，它首先可能在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。

现在，一些运营商已经在向这个方向努力了。

目前，日本NTTDoCoMo公司已经表示，4G通信的试验网络已经部署在公司的横须贺研发园内，该网络集结了试验基站和移动终端。

据NTTDoCoMo公司透露，4G通信服务将于2010年推出，网络的下载速度可以达到100Mbps，上载速度为20Mbps。

而爱立信已开始着手研制第4代移动通信系统，预计将在2011年正式投入运营，2012年奥运会就可应用。

爱立信研究出的“4G眼镜”2011年也将进入市场。

爱立信计划在目前所有通信网络都以IP技术为基础时，开始建设第2阶段的第3代移动通信网，第3代移动网的互联网连接速度最高可达每秒2兆，比目前快200倍。

而第4代技术的传输速度最高可达每秒100兆。

现在，爱立信已经与美国加利福尼亚大学合作开发4G技术，加利福尼亚大学已经正式成立了加州通信和信息技术学会，并已经得到了爱立信1200万美元的投资。

加州通信和信息技术学会将在4G技术、先进天线系统、新一代移动因特网、电力放大器技术和无线访问网络等领域内进行深入研究。

除了这些国家和运营商对4G开始发力外，韩国也将斥资1350亿韩元，用于4G通信系统的开发。

据了解，为推进4G移动通信服务系统研发进程，政府还成立了一个科研开发小组，专门负责该项目的实施。

韩国政府已与移动通信设备公司及服务公司合资成立了下一代移动通信技术开发协会，着手进行4G等未来移动通信服务技术的初始研究。

还将聚集产、学、研的通讯专家，成立未来移动通信规划委员会，负责推动4G规划。

从移动通信近20年的发展历程可以看出，一个技术标准产生之后（甚至在它商用之前），其技术的缺陷或局限就已经表露出来；而当该技术应用在市场上走向顶峰时，它刺激出来的市场需求正在超越其业务供给能力，新一代技术就应运而生了。

第一代是如此，第二代是如此，第三代也将必然如此。

更何况随着电子信息技术的飞速发展，一代技术的市场寿命越来越短，这是历史发展的逻辑。

现在，在当前第3代系统的标准化即将完成，应用系统即将推出的时候，新一代（第4代）移动通信系统的研究已是刻不容缓。

4G的曙光已经出现，相信在4G通信世界里，人们的生活会变得更加精彩。

参考资料：

1.《新民晚报》07年9月29日刊

文章标题《第四代移动通信（4G）有望2010年问世》

2.新华网标题：

“中国开发世界最大规模第四代移动通信网络”

3.《关于第四代移动通信系统的浅析》出处不详