第四代移动通信及其技术.docx
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第四代移动通信及其技术
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。
4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。
而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。
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。
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。
所有技术的发展都不可能在一夜之间实现，从GSM、GPRS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，和五、六年前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”话音业务外，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，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。
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也可能成为未来通信技术的主流。
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、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。
从无线通信系统的发展历程来看，第一代移动通信系统的任务已经达成，而现阶段是第二代移动通信系统的时代，今后十年会是3G移动通信系统正兴的时期，或许到了十年以后会是第四代移动通信的天下。
但人们不难发现每一个不同的移动通信系统均会有重复性的时间点，大约每十年就有一项技术更新，不过随着通信科技的日新月异，或许转变会更快、时间也会更短。
对于移动通信服务业者、系统设备供货商或其他相关产业来说，必须随时注意移动通信技术的变化，以适应市场需求。
编辑本段4GTD-LTE将风卷中国无线宽带市场
正当长期演进技术Long-TermEvolution（LTE）和WiMax在全球电信业大力推进时，前者（LTE）也是最强大的4G移动通讯主导技术，正异军突起，迅速占领中国市场。
虽然Qualcomm和Yota两家公司的TD-LTE尚未成熟，但很多国内外的无线运营公司都相继转向TD-LTE。
IBM数据显示，67%运营商正考虑使用LTE，因为这是他们未来市场的主要来源。
上述消息也证实了IBM的这一说法。
而只有8%的运营商考虑使用WiMAX。
尽管WiMax可以给其客户提供市场上传输速度最快的网络，但仍然不是LTE技术的竞争对手。
TD-LTE是第一个4G无线移动宽带网络数据标准，由中国最大的电信运营商--中国移动修订与发布。
在进行一系列的现场试验后，预计在未来2年内步入商用期。
爱立信副总裁UlfEwaldsson说：
“中国工信部和中国移动将在今年第四季度进行大规模现场试验，届时，爱立信将助之一臂之力。
”
编辑本段4G的概念介绍
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，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。
编辑本段4G的主要优势
如果说2G、3G通信对于人类信息化的发展是微不足道的话，那么未来的4G通信却给了人们真正的沟通自由，并彻底改变人们的生活方式甚至社会形态。
2009年在构思中的4G通信具有下面的特征：
1、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，甚至最高可以达到每秒高达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。
2、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网路的20倍。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
7、实现更高质量的多媒体通信
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。
8、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。
9、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5大4G技术标准解读引
国际电信联盟（ITU）已经将WiMax、HSPA+、LTE正式纳入到4G标准里，加上之前就已经确定的LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced这两种标准，目前4G标准已经达到了5种。
1.LTE：
LTE（LongTermEvolution,长期演进） 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+-->LTE长期演进
GSM：
9K-->GPRS:
42K-->EDGE:
172K-->WCDMA：
364k-->HSDPA/HSUPA:
14.4M-->HSDPA+/HSUPA+:
42M-->LTE:
300M
由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到LTE这一状态，包括中国自主的TD-SCDMA网络也将绕过HSPA直接向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。
2. 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。
3.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，严格的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。
4.HSPA+：
高速下行链路分组接入技术
HSPA+：
高速下行链路分组接入技术（HighSpeedDownlinkPacketAccess），而HSUPA即为高速上行链路分组接入技术，两者合称为HSPA技术，HSPA+是HSPA的衍生版，能够在HSPA网络上进行改造而升级到该网络，是一种经济而高效的4G网络。
从上文我们也可以了解到，HSPA+符合LTE的长期演化规范，将作为4G网络标准与其它的4G网络同时存在，它将很有利于目前全世界范围的WCDMA网络和HSPA网络的升级与过度，成本上的优势很明显。
对比HSPA网络，HSPA+在室内吞吐量约提高12.58%，室外小区吞吐量约提高32.4%，能够适应高速网络下的数据处理，将是短期内4G标准的理想选择。
目前联通已经在着手相关的规划，T-Mobile也开通了这个4G网络，但是由于4G标准并没有被ITU完全确定下来，所以动作并不大。
5.WirelessMAN-Advanced：
WirelessMAN-Advanced：
WirelessMAN-Advanced事实上就是WiMax的升级版，即IEEE802.11m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144kbp
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