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4G网络通信新技术研究4G网络新技术研究毕业论文目录摘要I目录III前言1第一章4G网络结构21.1 三层网络结构21.2物理层2第二章 4G网络中的关键技术42.1 OFDM42.2软件无线电42.3 智能天线技术(SA)42.4 多输入多输出(MIMO)技术52.5 基于IP的核心网5第三章 3G与4G的比较63.1核心阅读63.2技术指标方面63.3技术方面73.4速度方面73.5 4G是什么83.6 4G会采用什么标准93.7 4G手机怎么样103.8公众何时能用上4G113.9 4G会取代3G吗11第四章 5大4G标准144.1 LTE144.2 LTE-Advanced144.3 WiMax154.4 HSPA+：高速下行链路分组接入技术164.5 WirelessMAN-Advanced16第五章、4G的发展展望185.1显著的差异185.2无线宽带，一插即行185.3其它市场195.4我国的4G的发展20第六章 4G的主要优势276.1网络频谱更宽276.2通信更加灵活276.3智能性能更高286.4兼容性能更平滑286.5提供各种增值服务286.6实现更高质量的多媒体通信286.7频率使用效率更高296.8通信费用更加便宜29第七章 4G存在缺陷307.1标准难以统一307.2技术难以实现307.3容量受到限制307.4市场难以消化317.5设施难以更新31第八章 总结33参考文献：34致谢3535前言随着3G在我国的商用以来,用户在使用手机电视和视频通话方面,出现信号不稳,视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G能够解决这些问题,能够提供更高的数据速率,更大的容量和带宽。从而使4G比3G更接近个人通信,在技术上比3G更完善。 所谓4G技术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第一章4G网络结构1.1 三层网络结构4G系统针对各种不同业务的接入系统,通过多媒体接入连接到基于IP的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层:物理网络层、中间环境层、应用网络层。 1) 物理网络层提供接入和路由选择功能。 2) 中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。 3) 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,使发展和提供新的服务变得更容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带,这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端,跨越多个运营商和服务商,提供更大范围服务。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： 近年来3G演进技术的发展异常迅速，但无线技术是否已经达到完美的地步?国家863计划专家组成员、未来移动通信论坛秘书长尤肖虎的答案是否定的。在他看来，现有无线技术有待解决的问题还很多，需要改进的空间也很大1。 1.2物理层从物理层的传输技术看，虽然在目前LTE、UMB、WiMAX系统设计已经很完善，但在此基础上还需进一步的改造，尤其在多用户层面上。“目前，4G中的点对点技术将接近理论值，但多用户传输技术还有很大的改进空间，多小区传输技术的差距更大。”诸如多用户或多小区之间的协调、干扰的抑制抵消以及无线资源的分配等众多问题，都还没有系统的解决方案。另外跨层的设计和优化也是需要解决的问题之一。“原先的分层理论需要避免跨层联动的问题，而跨层设计的思想则恰恰相反，所以这是否是一个可能的发展方向还需进一步讨论。”尤肖虎指出。尤肖虎认为组网层面上同样存在很大的改进空间。（1）现有网络向着扁平化发展，扁平化结构固然具备显而易见的优势，其中最突出的是简化系统结构和减少延时，但同时也带来很多问题，如基站间的协调与管理。所以如何动态地感知周围干扰、对资源进行动态的配置，成为扁平化网络结构首先需要解决的问题，针对于这一点，尤肖虎认为无线网络的自组织、自优化将成为未来可能的发展方向。虽然去年的世界无线电大会指定了4个IMT-Advanced的使用频段，但在全世界范围内很难找到4个统一的频段。以3.4GHz3.6GHz为例，由于中国的该频段已经用于无线卫星的导航业务，使得这一频段的利用非常复杂，并且出现了很多不确定性。所以提高频谱利用率成为无线领域的重要命题。同时尤肖虎还提到，不同频段都具有各自的特点，高频段带宽丰富，但是传播衰减较大;低频段传播质量好，但其带宽较为有限。尤肖虎认为，4G技术在面临多个频段的情况下，能否将这些频段有效地、甚至是动态地利用起来，从而发挥各个频段的优势，也是业界面临的问题和需要努力的方向。（2）小区中心的性能差异在4G中仍将是重大难题。由于信号存在衰减，离天线越远，频谱利用率越低。而在现有网络结构中，由于基站处于小区的中心位置，所以当用户在小区边缘时很难充分享受到现有业务。如何改善小区覆盖的均匀性就成为4G技术面临的挑战。关于改善小区边缘性能的问题，尤肖虎提到了基于Relay和基于分布式天线的两种方式，他认为Relay复杂度较低，容易实现，但问题是中继节点离用户较近，提高频谱利用率的可能性也会因此而降低。相比而言分布式天线的方式复杂度较高，实现上也有一定的困难，但经论证可以显著提高系统容量，并可较好地兼顾传输性能，在相同天线相同发射功率的条件下，小区的频谱利用率可以明显提高。另外，出于对电磁污染和手机待机时间问题的考虑，手机发射功率已经成为“瓶颈”问题，分布式天线的方式则可以降低手机功率，对于此问题的解决也有很大助益。 第二章 4G网络中的关键技术 2.1 OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术,实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的一种。其主要原理是:将待传输的高速串行数据经串并变换, 变成在子信道上并行传输的低速数据流, 再用相互正交的载波进行调制, 然后叠加一起发送。 接收端用相干载波进行相干接收, 再经并串变换恢复为原高速数据。 OFDM技术的有很多优点:可以消除或减小信号波形间的干扰,对多径衰落和多普勒频移不敏感,提高了频谱利用率;适合高速数据传输;抗衰落能力强;抗码间干扰(ISI)能力强。 2.2软件无线电 软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器(A/D)及数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等2 。2.3 智能天线技术(SA) 智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发,同时,通过基带数字信号处理器,对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形。 2.4 多输入多输出(MIMO)技术 多输入多输出技术(MIM0)是指在基站和移动终端都有多个天线。MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线,充分利用空间传播中的多径分量,在同一频带上使用多个子信道发射信号,使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益,已成为该领域的研究热点。MIM0技术可提供很高的频谱利用率,且其空间分集可显著改善无线信道的性能,提高无线系统的容量及覆盖范围。 2.5 基于IP的核心网 4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构,能允许各种空中接口接入核心网;同时核心网能把业务、控制和传输等分开。IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。在4G通信系统中将取代IPv4协议,主要采用全分组方式IPv6技术,IPv6具有许多的优点,如:有巨大的地址空间;支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式;能够提供不同水平的服务质量;更具有移动性。 第三章 3G与4G的比较3.1核心阅读正当第三代移动通信（3G）正在国内全面铺开的时候，比3G提速十倍以上的新一代移动通信技术TDLTE，在上海世博会上闪亮登场：高清视频通话，实时展会直播，高速移动上网多种移动宽带服务，不仅实现了对5.28平方公里的世博园区的完整覆盖，而且还实现了黄浦江水面以及信息通信馆、世博中心等11个重要场馆室内覆盖。在这个全球首个“准4G”TDLTE规模演示网获得成功之后，中国移动又计划下半年在国内三个城市进行扩大规模的实验试用。引人注目的是，TDLTE已聚集了大批中外企业，如大唐、华为、中兴、上海贝尔、摩托罗拉，以及创毅视讯、海思等国内外网络设备商与芯片厂商。种种迹象表明，3G尚在发力，4G已悄然逼近，且伸手可及。由于目前 3G采用很多先进性的技术, 将来4G在很大程度上进一步融合 3G现有的技术。比如,智能天线,软件无线电,联合检测,功率控制等。虽然4G继承了3G的许多技术,但是在指标和技术方面有诸多区别。3.2技术指标方面3G提供了高速数据,在图象传输上,其静止传输速率达到2Mbps,高速移动时的传输速率达到114Kbps,慢速移动时的传输速率达到384kbps, 带宽可以达到5MHz以上UMT采用WCDMA技术,利用正教码区分用户,有FDD和TDD两种双工方式。 4G的性能指标是: a) 数据速率从2Mbps到100Mpbs b) 容量达到第 3 代系统的 510 倍 ,传输质量相当于甚至优于第 3 代系统。广带局域网应能与宽带综合业务数据网 (B - ISDN)和异步传送模式 (ATM)兼容 ,实现广带多媒体通信 ,形成综合广带通信网 c) 条件相同时小区覆盖范围等于或大于第 3 代系统。 d) 具有不同速率间的自动切换能力 ,以保证通信质量。 e) 网络的每比特成本要比第 3 代低。3.3技术方面a) 3G的关键技术是CDMA技术,而4G采用的是OFDM技术。OFDM可以提高频谱利用率,能够克服 CDMA 在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题。 b) 在软件无线电方面,4G对3G中的软件无线电技术进行升级,满足4G中无线接入多样化要求,使得3G中无线接入标准不统一的问题得以解决。同时在4G中,实现软切换和硬切换相结合,对3G中的软件无线电基础上通过增加相应的硬件模块 ,对相应的软件进行升级使他们最终都融合到一起 ,成为一个统一的标准 , 实现各种需求的功能。 c) 3G 网络采用的主要是蜂窝组网,4G采用全数字全IP技术,支持分组交换,将WLAN,Bluetooth 等局域网融入广域网中。在4G中提高智能天线的的处理速度和效率。在TD-SCDMA采用智能天线的基础上,对相关的软件和算法加以升级,增加一些接口协议来满足4G的要求。 d) 4G系统也使用了许多新技术 , 包括超链接 (ultra2connectivity)和特定无线网络技术、动态自适应网络技术、智能频谱动态分配技术以及软件无线电技术 ,等等。 e) 在功率控制上 ,4G比 3G要求更加严格 ,其目的是为了满足高速通信的要求。不仅频率资源限制移动用户信号的传输速率 ,而且基站和终端的发射功率也限制了用户信号的传输速率。在 3G中 ,采用切换技术来减少对其它小区的干扰 ,提高话音质量 ,不过在 4G中 ,切换技术的应用更加广阔 ,并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展3。3.4速度方面通信委员会的最新研究显示，在使用同样数量频谱(在客户手机于互联网之间传送信息的无线电波)的情况下，下一代移动技术的数据传输能力将是现有3G技术的两倍以上。传输能力的增强对满足英国迅速增加的移动数据流量来说至关重要，而移动数据流量的增加主要受智能手机和移动宽带数据服务(如流媒体、电子邮件、信息服务、地图服务和社交网络等)增长的带动。英国计划从2013年开始采用4G移动通信技术，届时，移动宽带服务的速度将显著提高接近目前的ADSL家庭宽带速度。这一目标有望通过4G技术更为有效地利用频谱而得以部分地实现。通信委员会的首席技术官斯蒂芬昂格尔博士指出：“在频谱数量相同的情况下，4G移动通信技术传输的数据比3G多。而效率的提高意味着4G网络将能够支持更高的数据速率和更多的用户。我们的研究表明，早期4G移动网络的标准配置将是现有标准3G网络3.3倍(即4G的频谱效率高出3G 230%)。鉴于此，早期4G网络的用户在下载一段视频时，所使用的时间只有目前3G网络的三分之一*。预计到2020年，这一比率将扩大至5.5倍(450%)。”相关部门在对现有理论预测和实地部署试验进行审核与分析的基础上，进行了上述研究，而这项研究的目的是希望了解在引入4G技术后，频谱效率可能提高的程度。这些信息为通信办公室的战略频谱管理工作的提供了重要依据。这项研究分析了多种4G技术，其中包括长期演进(LTE)及LTE后续技术(仍在开发中)，如LTEAdvanced。研究还探讨了新出现的和后继的WiMAX无线技术，这种技术与Wi-Fi类似，但其覆盖范围更大，可达数公里。这项研究显示，尽管通过采用4G技术提高了频谱效率，进而增加了4G网络的容量，但这并不足以满足用户对移动数据的需求预期增长。出了更为有效地利用现有的频谱，还需要更多的频谱，其中部分将通过2012年拍卖800MHz和2.6GHz新频谱获得。2012将的拍卖将是英国有史以来为移动服务分派额外频谱而举行的规模最大单次拍卖活动，预计拍卖的频谱数量相当于目前所使用的移动频谱总量的四分之三。此外，移动网络还需要巧妙的设计，以确保频谱能够得到最有效地利用。该研究预计，为了满足特定地区的用户需求，更多小基站将会大展身手。3.5 4G是什么速度比3G快10倍以上，让互联网和移动终端融为一体；3G是手机通话为主，附带上网；4G是移动上网为主，附带通话“其实叫4G并不太准确，这是一种通俗的说法，4G到目前并没有完整的定义。”中兴通讯LTE终端负责人张亮告诉记者：“4G是相对于3G说的，是指第四代移动通信技术，目前国际电联还没有确定统一的标准，但是LTE（Long Term Evolution）技术应该是主要的方向。” “上海世博会推出的TDLTE被认为是准4G或者3.9G，它的传输速率达到了每秒70兆，大概是现有3G技术的20多倍”，中兴通讯LTE项目总工程师刘宏春说：“未来的4G在这个基础上会更快，会超过每秒100兆，乃至1G，能够实现比现在的3G提速几十倍，比拨号上网快几千倍，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。”不管未来对4G通信怎样定义，有一点可以肯定：4G时代将是一个比3G时代更完美的新无线世界，可创造出许多消费者难以想象的应用：用手机代替卫星传输，实时传输高清晰度视频图像率先推出全球首枚TDLTE芯片的北京创毅视讯有限公司董事长张辉接受记者采访时说：“4G与3G相比，就是解决了带宽问题，速度会有几十倍的提高，系统性能显著提高，包括用户体验到的速率、系统时延、高速移动下的接入等，而且会大大提高诸如视频流以及网络戏等应用的性能，满足人们的实际需求。”刘宏春告诉记者，在4G时代，用手机下载一部电影也就几十秒的时间，发送邮件时加上几十兆附件非常方便和快捷，而且4G可以实现永远在线而省去拨号的麻烦。张亮认为，对速度要求很高的视频通话、高清电视、互联网戏、电影下载等服务，3G都不算好用。因此，在3G时代，手机还是以通话为主，上网是附带的功能；而到了4G时代，会把宽带互联网搬到手机上，无线宽带的应用将会大行其道，消费者会以移动上网为主，通话功能则退居其次。3.6 4G会采用什么标准我国自主研制的TDSCDMA的“升级版”TDLTE Advanced，已经被国际电联纳入4G候选国际标准，有望最终入选张辉介绍说，4G与3G有一个很大的不同，就是标准逐步统一。当年，国际电信联盟曾确定了10种3G候选技术，2001年正式批准其中的5项为国际标准。经过市场选择，最后TDSCDMA、WCDMA和CDMA 2000三种主流技术成功实现商用。2007年10月，WiMax也成功获得国际电联的批准，跻身3G标准之列。但在4G国际标准制定中，国际电信联盟在候选技术阶段只确定了两种候选技术，实现了技术聚焦。这意味着未来的4G标准只有2种甚至1种，如果采用其他的技术，都不能被称为4G。这两种技术是LTEAdvanced和802.16m，每种又都有两种制式：时分双工（TDD）和频分双工（FDD）。我国主推的TDLTE继承LTE TDD制式的优点，又与时俱进地引入了MIMO（多入多出技术）与OFDM（正交频分复用技术），在系统带宽、网络时延、移动性方面都有了跨越式提高。TDLTE使用了国际电联定义的4G时代的一部分关键技术，是我国TDSCDMA的后续演进技术，继承了TDSCDMA系统大量中国自主知识产权。以中国移动为代表的中国企业在TDSCDMA标准化、产业化、规模部署经验的基础上，主导了TDLTE的标准化和产业化发展，已经打造了初步产业链条，吸引了众多厂商的加入。据介绍，TDLTE的增强技术，即TDLTE Advanced已经于去年被确立为4G标准的候选技术。从国际情况来看，TD被国际上大的制造商和一部分运营商所认可，再加上中国手机用户和互联网用户的巨大吸引力，很多专家预计，到今年10月国际电联确认4G国际标准时，TDLTE Advanced将很有希望入选4。3.7 4G手机怎么样超大屏幕，视频可实现视频通话、高清电视、在线戏等无线宽带服务。4G终端的本质，其实是电脑做小，而不是手机做大 “4G手机，准确的说是4G终端，与3G、2G时代的手机相比，有了很大的变化”，张亮说，“就好像普通公路变成高速公路了，道宽了，路平了，就需有好车和跑车。做4G就是修跑道，4G终端就是跑车。” “现在我们研制的跑车状态很好”，张亮给记者透露，中兴通讯经过2年多的研发，成功开发出多款4G手机，而且产品已经大规模测试，明年1月份即将上市。将先在美国和欧洲等国外地区进行商用，同时在中国移动试验网开始测试。张亮说，其实苹果之前推出的ipad（平板电脑），也指出了未来一个方向，移动互联网将是4G终端的核心应用。因此，4G手机将拥有超大屏幕，7寸、9寸甚至更大。他透露，中兴品牌的4G终端最小也是7寸的屏幕。 “说白了，我为什么叫4G终端而不说4G手机，因为4G终端的本质，其实是电脑做小，而不是手机做大。”张亮说，“也正因为此，4G终端的研发并不容易，更关注用户对互联网的体验，在待机时间、天线等设计等方面都很有难度。我们做了2年，现在已经有3款产品在测试。”对于消费者关心的价格问题，张亮认为开始可能贵一些，但随着规模起来，价格会越来越低，等到产业链完善时，成本会接近3G手机的水平，价格也会和目前3G手机相当。3.8公众何时能用上4G国外明年将用，我国下半年在三城市试点，预计2012年在热点地区投入商用多位专家都表示，4G的商用比预想要快很多，在国外明年就将小规模商用，我国预计2012年开始小规模商用。 “我国从2G发展到3G，用了10年时间，比欧美要晚很多。为什么花这么长时间？因为需求不明确”，张辉认为，2G就能打电话、发短信，可以满足当时大多数中国消费者的需求，因此3G的需求开始并不旺盛。现在随着智能手机的普及，特别是移动互联网的爆发，需求突然不再是问题。因为随着互联网和手机的结合，互联网主流业务进入移动领域，彻底解决了需求问题，这将使4G的商用大大提前。 “以前是产业推动需求，现在是需求拉动产业，其结果很不一样”，张辉表示，3G在带宽方面的局限，用户对移动互联网的需求，将推动4G的快速发展。由于我国推动3G较晚，中国移动和通信设备厂商在大规模铺开3G网络的时候，就已经考虑了向4G升级。刘宏春告诉记者，现在帮助运营商建设3G网络，将来如果要升级到4G，设备不用更换，也基本不需要增加硬件，只需要做软件系统的升级就能实现。在国内进行的TDLTE网络相关技术的测试中，结果令人满意，特别是移动设备在3G和4G网络中的混用测试的成功，将保证未来TDSCDMA向TDLTE网络的顺利过渡。他向记者透露，中兴通讯目前已经在海外承建了5个商用实验网，包括欧洲、俄罗斯、美国等地，预计明年就将开始小规模的商用。而在我国，在上海世博会TDLTE规模演示网成功运行之后，工信部和中国移动正在3个城市推进规模化的实验试用，预计下半年会在每个城市设立100个基站，客户为5000人。初期将通过数据卡方式向用户提供服务，到明年第三季时会扩展至智能手机用户。专家预计，中国移动将于2012年在热点地区推出4G商用服务。3.9 4G会取代3G吗4G将首先覆盖热点和发达地区，未来我国将形成2G、3G和4G并存的局面，而不是简单升级替换接受记者采访的所有专家都认为，3G包括2G都不会被4G完全取代，三者将会长期并存。张辉认为，4G面对的是高端的数据服务，是对3G有效的补充。考虑到成本和需求，一定是从热点城市和发达地区布网开始，不可能全国布网。中国电信研究院的一位专家告诉记者，3G的商用没有将2G完全替代掉，而4G也一样替代不了3G。中国是一个情况复杂的大国，当4G时代，很多用户还会继续使用3G网络，使用2G的也将有大批用户。4G也不可能大范围建网，至多在一些对数据信息需求量大的特大城市布网，比如上海、北京等，其他城市3G已经够用了。“相信在4G之后的10年内，我们都不会看到3G退出市场。”专家认为，运营商未来会在4G和3G之间找出一种平衡关系，如在覆盖上怎么交叉、各占多大的比率等等。就像现在中国移动GSM用户最多，覆盖面最广，而TDSCDMA在某些区域实际上就是在2G和3G之间进行轮换服务。在未来的4G时代，情况会与此类似。在不同的地区，选择4G服务的消费者也会出现在4G、3G和2G之间平滑切换的情况。中国移动宣布测试4G移动技术 中国移动在巴塞罗那的移动通信世界大会（MWC）上表示，将联合英国沃达丰（Vodafone）和美国Verizon公司，进行4G移动技术LTE(Long Term Evolution，汉译：长期演进技术）的测试。支持LTE技术的还有日本的NTT。LTE技术分两种，频分（FDD）LTE和时分（TDD)LTE。这两种LTE都会被测试，但中国移动更倾向于TDD-LTE，因为它是中国参与开发的TD-SCDMA标准的后续发展。 今年初，大唐电信和爱立信联合成立了LTE研究中心，中兴和阿尔卡特朗讯在中国的子公司，上海贝尔阿尔卡特，也在进行TD-LTE的研发。中国的3G牌照迟迟发不下来，电信公司的重组方案也是一变在变，没有定数。目前最有可能的方案是，成立三家电信公司，每家都有固话和移动经营权：网通加上联通的GSM网是一家；中国电信加上联通的CDMA网是一家；中国移动加上铁通是一家。据称这一方案已获批准，很快就会实施。这样的话，3G网络就可以开始大规模建设，从中受益最大的将是网络设备供应商，如华为、中兴、阿尔卡特朗讯、爱立信、诺基亚西门子、和北电等。如果3G网络的建设还不能很快开始，有的中国电信公司可能会跳过3G，直接建设4G LTE网络。在欧洲、日本、和美国，3G网络已在大规模运行，4G网络也已经开始建设。LTE是4G技术中支持者最多的一种，排在第二位的是WiMAX。WiMAX又称IEEE802.16，由Intel大力推动。美国的Sprint已开始投资数十亿美元，在美国建设WiMAX网络。其他的4G技术还有，从CDMA 2000发展来的UMB，WiBro，和iBurst等5。第四章 5大4G标准国际电信联盟(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。 4.1 LTELTE(Long Term Evolution,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。 4.2 LTE-AdvancedLTE-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 Further Advancements for E-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。 4.3 WiMaxWiMax：WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是IEEE 802.16。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IEEE 802.16m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IEEE 802.11m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IEEE 802.16m这一技术，我们将留在最后作详细的阐述。 4.4 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(High Speed Downlink Packet Access)，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。 4.5 WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced：WirelessMAN- Advanced事实上就是WiMax的升级版，即IEEE 802.11m标准，802.16系列标准在IEEE正式称为WirelessMAN ，而WirelessMAN-Advanced极为IEEE 802.16m。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6。 第五章、4G的发展展望Clearwire公司09年1月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 4G WiMAX 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 Benjamin G. 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。” 5.1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 6 Mbps 和 4 Mbps 的下载速度。 5.2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。 5.3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，提供此项服务的城市为马里兰州的巴尔地摩和俄勒冈州的波特兰。尽管巴尔地摩市仍在使用 XOHM 宽带网络，但再过几个月全市都会换用 Clear。Clearwire 当前提供的 pre-WiMAX 互联网服务已经覆盖了美国 46 个地区市场。同时，该公司还会在2010年初公布未来的市场推广计划，以及面向现有 pre-WiMAX 市场的升级计划。 在新一代技术刚推出市场之后，更高的技术应用已经在实验室进行研发。日本的NTT DoCoMo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，NTT DoCoMo公司的4G通信服务于2010年推出，网络的下载速度可以达到100Mbps，上载速度为20Mbps。美国AT&T公司推出的4G通信网络的试验，据说可以配合EDGE进行无线上传，并通过OFDM技术达到快速下载的目的。美国AT&T公司声称大约还需要五年，这项技术才能发布；再有十年左右的时间，4G才能真正投入到商用阶段。在去年二月份，欧洲的四家移动设备生产商阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子组成了世界无线研究论坛(WWRF)，以研究3G以后的发展方向。WWRF预计4G技术会在2010年开始投入应用。这一代通信技术可以把不同的无线局域网络和通信标准，手机信号，无线电通信和电视广播以及卫星通信结合起来，这样手机用户就可以随心所欲的漫游了。在欧洲地区，无线区域回路与数字音讯广播已针对其室内(Indoor)应用而进行相关的研发，测试项目包括10Mbps与MPEG影像传输应用，而第四代移动通信技术则会是现有两项研发技术的延伸，先从室内技术开始，再逐渐扩展到室外的移动通信网路。爱立信公司的一位高级官员表示，该公司在经济不景气的情况下不会减少研发第四代无线通讯技术的预算的，该公司的负责人同时表示，该公司的研发工作具有3-10年的前瞻性，暂时的需求不振不会使该公司放慢研究的速度。 国际电信联盟无线电通信部也已经达成共识，会把移动通信系统同其他系统结合起来，2010年之前是数据传输数率达到100Mbps。对于更高级的3G系统，ITU决定同时发展IMT-2000的两个标准提高数据包和声音文件的传输速率被日本NTT DoCoMo和J-Phone两家公司采用的WCDMA能最大达到8Mbps的下载速率，而CDMA2000系统也会达到2.4Mbps的速率。同时ITU对外发表声明说第四代移动通信的频段尚未被讨论与制订，不过原则上会是以高频段频谱为主，另外也会使用到微波相关的技术与频段。 能够支持4G移动网络LTE的第三代苹果iPhone手机。 5.4我国的4G的发展国际电信联盟(ITU)为4G制定了明确的时间表:2006年至2007年完成频谱规划,2010年左右完成全球统一的标准化工作,2010年之后开始商用。其中,4G技术提案将从2008年开始征集。 目前,全球范围内许多国家和地区都在加紧对4G的研究。我国在2001年,国家“863”计划启动了面向B3G/4G的移动通信发展研究计划FuTURE未来通用无线环境研究计划(简称FuTURE计划)。我国已经启动4G研发有5年的时间了,国内十余家大学、企业和研究所均参与其中。2006年10月31日,4G外场试验系统在上海通过了现场验收,正式将FuTRUE计划带入了第三阶段。这是全球进行的首次关于4G技术的应用测试,也是目前为止全世界最大的4G实验系统:共包括6个节点,3个信道,6个终端,并引入了如IPv6核心网络、IPTV高清晰度业务与移动通信切换等技术。实验系统频点3.5GHz、带宽20MHz,采用协同分布式无线电蜂窝构架、混合FDD/TDD双工方式、GMC/OFDM多址技术。我国目前已决定,将在更多地区进行4G系统的测试工作。中国电信WiFi热点明年达100万个挑战4G中国电信10日宣布“无线中国”战略，打算到2012年在全国布置WiFi热点100万个。这是继3G后中电信的又一业务增长点和投资重点。中国电信市场部总监何志强说，目前，中国电信在全国有30万个WiFi热点，到今年年底，将增加到70万个，到2012年，热点数将增加到100万个。此外，在由中国联通作为主导运营商的北方十省，中国电信也将大力增加热点数量。电信世界网总编辑刘启城表示，随着智能手机、平板电脑等终端产品的兴起，数据流3G网络带宽瓶颈已经显现出来。为应对带宽瓶颈，分流数据流量，中国移动已开始发力4G。2010年，中国移动在世博园建设了全球第一个TD-LTE试验网，随后在全国七个城市开展规模试验，是网络接入速率提高至3G技术的十倍以上。4G方式不同，WiFi热点通常布置在酒店、商务楼宇、机场、车站、商业区、便利店等地，最大优势在于带宽更宽。何志今天介绍，中国电信WiFi的理论接入速率为50M，比目前的3G快10倍以上，也超过了4G。上海，中国电信已经部署了上万个WiFi热点，广东亚运会期间，更是推出全城免费WiFi服务。中国移动在发力4G的同时，宣布3年内在全国部署100万个WiFi热点。中国运营商的速度比拼时代已经开始。知名市场研究公司IHS iSuppli 的一项最新调查显示，由于中国主要电信运营商均准备升级服务，中国对4G技术的LTE网络投资额今年有望增加一倍，达到1亿美元，2014年中国投资4G网络13亿美元。报告指出，对于4G技术的LTE网络，尽管中国目前投资额度很小，但是，在未来几年内，中国电信运营商在这方面的投资将会迅速增加。在2011年，LTE网络的资本投资额有望达到1亿美元，约为去年的两倍；与此形成鲜明对比的是，在未来3年内，对于仍将在全国使用的2G和3G无线技术，中国的资本投资额将会大大减少。报告称，作为中国最大的电信运营商，中国移动有望于今年推行LTE网络。而且，中国移动已经与电信运营商Verizon 和沃达丰合作，开始实施LTE网络试用计划。参与该计划的设备供应商包括阿尔卡特-朗讯、爱立信、摩托罗拉、诺基亚等。该试用计划将在六个城市中实施，每个城市将建立100多个基站，总共覆盖1亿多个用户。此外，还有两个电信运