（图书馆学专业论文）4g技术在图书馆中的应用.pdf

摘要 移动通信技术飞速发展，通信网与互联网日益融合，移动互联网已经实现了用户 随时随地上网完成自由沟通和信息获取的愿望。随着互联网多种应用的蓬勃发展，第 三代移动通信网络在数据传输速率方面已经无法满足多媒体通信、物联网等技术的宽 带需要，人们在系统兼容、传输速率和通信成本等多方面也对移动通信网络提出了更 高的要求，迫切需要开发新一代移动通信系统。当前人类通信技术发展的最前沿就是 4 g 通信系统的开发。4 g 是第四代移动通信的简称，关于4 g 的研究包括标准制定、 网络构建、终端应用开发等，4 g 通信系统的核心特征是信息传输的高速高效、智能 化和对其他系统的兼容。随着4 g 时代的临近，信息环境将发生变化，用户对图书馆 也会提出更高的要求。充分运用最新科技，适时调整信息资源类型、服务方式和服务 理念，图书馆就能够在未来的信息服务中占据更有利的位置，焕发出新的生机和活力。 移动图书馆是移动通信网络与图书馆相结合的产物，具有实时性、移动性、主动 性和个性化的特点。随着4 g 网络建设和应用的临近，移动图书馆在功能和服务方面 也将发生很多新的变化。本文根据移动通信技术的发展趋势和4 g 通信网络的特点， 分析了4 g 通信技术在图书馆中应用的必要性和可行性，重点论述了移动位置服务在 4 g 时代的发展，并以国家图书馆的移动位置服务为例进行讨论，最后为图书馆面对 4 g 时代来临提出发展策略。本文的研究成果对4 g 时代移动图书馆的建设和发展具 有一定的参考价值。 关键词：4 g ；图书馆；多媒体；物联网；移动位置服务 a b s t r a c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k sa n di n t e r a c ti n c r e a s i n g l yi n t e g r a t e d m o b i l ei n t e m e th a sf u l f i l l e dt h eu s e r sw i s h o fa n y t i m ea n ) w h e r eo n l i n et oc o m m u n i c a t ea n dg a i ni n f o r m a t i o n a sm a n yi n t e r n e t a p p l i c a t i o n s i s b o o m i n g ，d a t a t r a n s m i s s i o n s p e e d o ft h i r d g e n e r a t i o n m o b i l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sc a nn o ts a t i s f yf o rm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o na n dt h ei n t e m e to f t h i n g s ，a n dp e o p l ep u t sf o r w a r dh i g h e rr e q u i r e m e n to nc o m p a t i b i l i t y ，t r a n s m i s s i o nr a t ea n d c o s to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s i ti su r g e n tt od e v e l o pn e wg e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m p r e s e n t l y ，4 gc o m m u n i c a t i o n s y s t e m i st h em o s ta d v a n c e d t e c h n o l o g yi nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nf i e l d ”4 g ”i st h ea b b r e v i a t eo ft h ef o u r t hg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，p e o p l es t u d i e ss t a n d a r d so f4 g n e t w o r kc o n s t r u c t i o n t e r m i n a l a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ，e t c t h ek e yf e a t u r e so f4 ga r ef a s ta n de f f i c i e n tt r a n s m i s s i o n ， i n t e l l i g e n t i z ea n dc o m p a t i b i l i t yw i t ho t h e rs y s t e m w i t ht h ec o m i n go f4 ge r a , i n f o r m a t i o n e n v i r o n m e n tw i l lc h a n g e a n dt h er e q u e s tf o rl i b r a r yw i l lb eh i g h e r l i b r a r yn e e du t i l i z et h e l a t e s tt e c h n o l o g y ，a d j u s ti n f o r m a t i o nr e s o u r c et y p e s ，s e r v i c em o d ea n ds e r v i c ec o n c e p t i n t h ef u t u r e l i b r a r yw i l lh o l df a v o r a b l ep o s i t i o ni ni n f o r m a t i o ns e r v i c ef i e l d m o b i l el i b r a r yl st h er e s u l to fc o m b i n i n gm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dl i b r a r y , w i t hr e a l t i m e ，m o b i l i t y , i n i t i a t i v ea n di n d i v i d u a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s a s4 gn e t w o r k sw i l l c o n s t r u c ta n da p p l yi nt h en e a rf u t u r e ，m o b i l el i b r a r y sf u n c t i o n sa n ds e r v i c e sw i l la l s o c h a n g ei nm a n yw a y s b a s e do nt h ed e v e l o p m e n tt r e n do fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g ya n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f4 gc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k s ，a n a l y z e st h en e c e s s i t y a n df e a s i b i l i t yo fa p p l y i n g4 gc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi nl i b r a r i e s 、杭t he m p h a s i so n t h ed e v e l o p m e n to fm o b i l el o c a t i o ns e r v i c e si nt h e4 ge r a , d i s c u s s e st h em o b i l el o c a t i o n s e r v i c et a k i n gt h en a t i o n a ll i b r a r yf o re x a m p l e ，a n df i n a l l yp r o p o s e ss o l u t i o nf o rl i b r a r y t of a c et h e4 ge r a ih o p et h a tt h er e s e a r c hr e s u l t sf r o mt h i sp a p e rp r o v i d eal i t t l er e f e r e n c e f o rc o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n to fm o b i l el i b r a r i e si n4 ge n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：4 g ；l i b r a r y ；m u l t i m e d i a ；i n t e m e to ft h i n g s ；m o b i l el o c a t i o ns e r v i c e s i l 目录 中文摘要i a b s t r a c t i i 一、绪论l ( 一) 选题背景及意义1 ( 二) 国内外研究现状3 ( 三) 研究内容、方法、思路4 ( 四) 论文创新点5 二、4 g 概述6 ( 一) 4 g 的概念6 ( 二) 4 g 的特征7 ( 三) 4 g 标准化进程8 ( 四) 4 g 的关键技术9 ( 五) 4 g 与前三代移动通信系统的区别1 0 三、图书馆应用4 g 技术的必要性和可行性分析1 3 ( 一) 图书馆应用4 g 技术的必要性1 3 ( 二) 图书馆应用4 g 技术的可行性1 7 四、图书馆的移动位置服务在4 g 时代的发展前景18 ( 一) 3 g 时代图书馆的移动位置服务1 8 ( 二) 4 g 时代图书馆移动位置服务的发展前景1 8 ( 三) 4 g 时代的移动位置服务以国家图书馆为例1 9 五、图书馆如何应对4 g 时代的到来2 3 ( 一) 图书馆观念上的准备。2 3 ( 二) 图书馆资源上的准备2 5 六、结语2 8 参考文献一2 9 致谢3 2 辽宁师范大学硕士学位论文 一、绪论 ( 一) 选题背景及意义 随着科技的发展，移动通信技术正越来越多地应用于图书馆领域，衍生出一种 新型的图书馆服务方式移动图书馆。当前移动图书馆的业务模式主要有两种： 一是基于短信平台的推送服务模式，有图书到期提醒、预约到馆、续借、信息咨询 等；二是基于w a p 网站的拉取服务模式，有书目检索查询、图书馆相关信息查询等。 3 g 网络在我国正式建成商用之后，部分图书馆推出了电子资源数据库的检索阅览 功能，而且还针对智能移动终端推出了图书馆仿真路径导航、电子图书期刊在线 或下载阅读、手机二维码应用、智能手机客户端软件等服判1 1 。 2 0 1 0 年1 月1 5 日，中国互联网络信息中心( c n n i c ) 在北京发布了第2 5 次 中国互联网络发展状况统计报告。数据显示，截至2 0 0 9 年1 2 月，我国网民规模 已达3 8 4 亿，互联网普及率进一步提升，达到2 8 9 。我国手机网民一年增加1 2 亿，手机上网已成为我国互联网用户新的增长点。由于3 g 业务开展的推动，我国 手机网民数量迅速增长，规模已达2 3 3 亿人，占整体网民的6 0 8 。手机和笔记本 电脑作为网民上网终端的使用率迅速攀升，互联网随身化、便携化趋势日益明显。 从全球移动通信网络发展来看，新一代移动通信网络建设己然提上日程。虽然 3 g 系统宣称在下行和上行链路上分别能提供高达1 4 4 m b i t s 和5 7 m b i t s 的高速 率数据业务，事实上这些峰值指标只能在信道环境非常理想的情况下才可能达到。 所以，3 g 系统仅能够提供基础业务，例如话音、数据通信和中速无线互联网接入等， 却不能满足更多交互式多媒体新业务的需求，因为这些业务需求的数据速率通常高 达几十甚至上百m p s ，例如多方视频会议、视频点播等业务。为了更好地满足这些 日益增长的需求，迫切需要能够提供更高数据速率和更高频谱效率的宽带无线通信 系统【2 l 。 2 0 0 9 年伊始，当中国的电信业还沉浸在发放3 g 牌照的喜悦中时，世界上第一 个商用的1 准4 g l t e 网络已经在欧洲上马。瑞典电信运营商t e li a s o n e r a 于2 0 0 9 年 1 月1 5 日宣布，它与爱立信和华为分别签署了关于为瑞典首都斯德哥尔摩和挪威首 都奥斯陆的准4 g l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 商用网络建设提供设备和技术支持的 合同p j 。同年1 2 月1 4 日t e l i a s o n e r a 公司宣布，正式商用全球首个l t e 网络。 2 0 1 0 年6 月4 日，全球第一部4 g 概念( 可支持8 0 2 1 6 m 网络标准) 的智能手机h t c e v o4 6 在美国发售。这意味着，4 g 技术已随着科技前进的步伐进入到人们的视野， 4 g 时代渐行渐近。 1 因4 g 国际标准尚未正式颁布，文中将全球已经建立的4 g 网络均称为准4 g 网络。 l 辽宁师范大学硕士学位论文 我国3 g 网络建设起步较晚，但在4 g 技术开发上已经与世界同步，甚至在某些 方面已经处于领先位置。我国早在2 0 0 0 年初就开始酝酿关于4 g 的科技立项，2 0 0 1 年“国家8 6 3 计划”启动了面向后三代四代( b 3 g 4 g ) 的未来通用无线环境研究 计划( 简称f u t u r e 计划) 。2 0 0 4 年，我国在标准化组织3 g p p 提出了第三代移动通 信t d s c d m a 的后续演进技术t d - l t e ，并主导完成了相关技术标准。2 0 0 7 年，按照 “新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项的要求，我国面向国内组织开 展了4 g 技术方案征集遴选，经过2 年多的攻关研究，对多种技术方案进行分析评 估和试验验证，最终产业界达成共识，在t d l t e 基础上形成了具有自主知识产权 的t d l t e a d v a n c e d 技术方案。2 0 0 9 年1 0 月国际电信联盟( i t u ) 确定l t e a d v a n c e d ( 其中包含t d - l t e - a d v a n c e d 技术) 和8 0 2 1 6 m 为4 g 国际标准候选技术。 2 0 1 0 年5 月开幕的上海世博会上应用了全球首个t d l t e ( 准4 g ) 演示网，该 演示网的应用成为世博会上的一大亮点，推动了我国第三代移动通信向第四代移动 通信的历史性迈进。该演示网于2 0 1 0 年4 月1 5 日正式开通，具有高带宽、低时延、 高频谱利用率等特性的t d - l t e 移动宽带服务，让前来参展、参观的各国政府机构、 国际组织、运营商、企业、媒体以及游客享受到与2 g 、3 g 全然不同的、多样化的 移动通信服务。世博会期间，媒体从业者可使用内置l t e 模块的即拍即传终端即时 发送高清图片和视频素材，进行现场实况报道，向全球传递“精彩世博”；用户可 以在处于移动状态下的演示车内体验高清视频会议和高清视频点播业务；位于黄浦 江面游轮上的参观者可以通过实况直播业务同步观看世博园内各个场馆开展的各 种各样的精彩活动，并通过实景导航业务欣赏黄浦江两岸风光，体验“科技世博 ； 园区内的安保中心可以通过移动视频监控、便携视频传送系统来实时监控车辆、渡 船、园区重要场所，保障“平安世博”【4 】。t d l t e 演示网的亮相，除了向全球展 示我国通信技术的最新进程，也助推了这新技术的后续应用和产业化发展。 而且，现在国内很多图书馆中已经开始应用r f i d 技术来构建图书馆物联网，目 前主要应用于流通流域，可以将借还书刊的操作程序进行简化，让读者可以进行自 助服务，还可以提高馆藏书刊的清点速度和书刊整架归位的效率，实现了图书馆的 高效运转【5 1 。物联网的突出表现就是让每一个物体都可通信、可寻址、可控制，而 且未来任何物体都可以实现上网，移动互联网将随处可见，所以在4 g 时代，物联 网将会是一项重要应用。同时，人和物、物和物之间的通信还会包涵大量数据业务， 4 g 的高带宽就会有“用武之地”。 在即将到来的4 g 时代，人们的生活、工作、学习、娱乐都将出现很多新的变化， 图书馆又会诞生什么样的新型服务呢? 在4 g 环境中图书馆会有哪些新的变化? 在 图书馆中如何利用4 g 技术开展一系列的应用? 这些都是值得探讨的话题。因为用 户的阅读终端已经从现在的计算机扩大到其他种类的可移动终端设备上，用户阅读 方式和通信网络平台的改变必将影响到图书馆的资源配置，进而将影响到图书馆的 服务方式，也将引起图书馆建设理念的改变，最终会对图书馆人提出新的要求。这 个由需求决定供给的一系列连锁反应当中，只有准确把握发生源，顺应变革需要， 2 辽宁师范大学硕士学位论文 才能更好地完成图书馆的使命，为用户提供更加有效的服务。 目前进行4 g 课题研究的多是通信技术专业人员和经济界的相关专家和学者，他 们的研究方向主要是4 g 技术的发展、研发进程、实验应用、标准制定，以及对手 机运营商、电信、广电和国民经济的影响等诸多专著及资料中对这些议题都有 所论及，而具体到图书馆与4 g 之间关系的资料则少之又少。当然，这与4 g 国际标 准尚未确定，深入研究不易展开有关。但是4 g 网络的建设发展势必会对图书馆产 生影响，是值得关注和讨论的，所以说，本文对即将到来的4 g 时代图书馆学研究 可以起到抛砖引玉的作用。 ( 二) 国内外研究现状 在国内，通信技术领域和经济领域对于4 g 技术和经济影响的研究成果非常丰 富，但是在图书馆学领域关于4 g 与图书馆之间关系的研究还寥寥无几。近几年图 书馆学界对于3 g 技术在图书馆中应用的讨论较多，在中国学术文献网络出版总库 中以“3 g 并含“图书馆”为题名或者关键词进行检索，能够发现关于3 g 的图书 馆学研究呈快速上升之势，在2 0 0 7 年和2 0 0 8 年分别有2 篇文章，在2 0 0 9 年中国 建成商用3 g 网络之后，文章数量迅速增加，达到3 1 篇，这与运营商大力宣传3 g 、 研究人员可以亲身体验3 g 网络有着很大的关系，让更多的研究人员认识到了3 g 移 动网络的优势和重要性。2 0 1 0 年文章数量是3 6 篇，截止到2 0 1 1 年4 月为止，己发 表的相关文章是1 3 篇，说明在3 g 环境下图书馆的发展和服务仍是学者关注的焦点。 2 0 0 7 年阴江烽在3 g 技术：数字图书馆发展的机遇与挑战一文中说明了3 g 技术 会对图书馆行业的发展带来的巨大影响，阐述了3 g 为我国数字图书馆带来的机遇 和挑战，并提出了几项措施和策略。2 0 0 8 年龙朝阳、王灵发表了基于3 g 的图书 馆信息服务模式初探( 作为国家社会科学基金项目“用市场机制引导全社会信息 资源共享研究”研究成果之一) ，文章分析了2 g 时代图书馆移动服务方式以及不足 之处，建立了基于3 g 网络的图书馆信息服务模式，并提出了实现策略。2 0 0 9 年4 月黄继征在3 g 技术在数字图书馆中的应用探讨( 作为广东省图工委科研项目“信 息推送技术及其在高校图书馆个性化主动信息服务中应用”的研究成果之一) 一文 中分析了移动通讯技术在数字图书馆中的主要应用现状及问题，探讨了3 g 技术在 数字图书馆中的应用前景。之后有很多学者就3 g 技术与图书馆多方面发生的关系 展开分析论述，包括视频点播系统、移动信息服务、共建共享体制、馆藏建设、用 户阅读习惯、个性化服务等。 但是对于比3 g 更为先进的4 g 网络的发展和研究进展，图书馆学界的关注度还 是非常低的。笔者在“中国学术文献网络出版总库”、“万方数据”、“超星数字图书 馆 分别以“4 g 并含“图书馆为题名或关键词进行检索，在国内对4 g 网络环 境中针对图书馆进行研究的成果只有一篇，是胡群在2 0 0 9 年发表的基于4 g 网络 辽宁师范大学硕士学位论文 的校园图书馆信息管理系统研究，文章分析了4 g 的网络体系结构，提出建立一种 基于4 g 网络的校园图书馆信息管理系统，并且构建了网络模型，利用n s 2 仿真平 台对该网络的性能进行了仿真评估。研究结果表明该网络性能良好，切实可行，将 会对校园图书馆信息管理系统的研究和建设起到积极作用1 6 j 。 国外针对4 g 在图书馆领域的研究也不多，通过检索英文文献，在“e m e r a l d 数 据库 中以“4 ga n dl i b r a r y ”做全文检索，只能检索到2 0 1 0 年有2 篇图书馆学 方面的文章提及4 g ，但都只是在一个章节中简要介绍4 g 传输速度更快的特点，没 有更加深入的研究；在“s p r i n g e r 外文期刊、“c a s h l 数据库”等多个数据库中都 未能找到与4 g 有关图书馆学方面的文章。这与4 g 在全世界都尚属新鲜事物有很大 关系。 综上所述，图书馆学业界对3 g 通信环境下移动图书馆的研究投入了很大的精 力，提出了许多新的想法，图书馆也推出了一些新的服务项目，给用户提供了一条 利用图书馆的新途径。但是，对于最新的通信环境的变化和发展，关注度还不够， 所做的思想准备还不够充分，相关研究的数量太少，研究有待深入和加强。 ( 三) 研究内容、方法、思路 1 研究内容 本文从4 g 的研究现状出发，在对4 g 进行全面介绍的同时，结合目前我国移动 图书馆业务的开展情况，通过比较分析第四代移动通信系统较前三代移动通信系统 的不同，预测在新的通信环境中移动图书馆将会发生的变化，提出几点新通信环境 中促进图书馆建设发展的建议。本文共分6 章，具体的框架如下： 第一章：引言部分，论述了论文的研究背景、研究意义，国内外研究现状以及 论文的研究内容、方法、思路和创新之处。 第二章：简要介绍了4 g 的基本情况，包括4 g 的概念、特征、关键技术优势和 国际标准的标准化进程，以及4 g 与前三代移动通信技术的区别。 第三章：分析4 g 技术应用于图书馆的必要性和可行性，其中分析了不利于移 动图书馆进一步发展的3 g 技术的局限性、在图书馆环境中应用4 g 技术的意义，并 进行了4 g 技术应用于图书馆的可行性分析。 第四章：重点讨论了移动位置服务在4 g 时代的发展前景，分析3 g 和4 g 时代 移动位置服务，并以国家图书馆为例，对其移动位置服务提出改进建议。 第五章：提出图书馆面对4 g 时代的到来所需做的准备，包括在观念上要树立 “以用户为中心”的理念、设定建设智慧图书馆的目标，在资源方面要做好人力资 源和内容资源的建设。 第六章：结语，介绍世界准4 g 网络建设情况。 4 辽宁师范大学硕士学位论文 2 研究方法 为达到上述研究目的，本论文在文献分析的基础上，主要采用了以下研究方法： 文献调研法。查阅大量学术资料、国内外全文数据库以及4 g 国际标准组织网 站，全面了解4 g 技术在国内外的发展情况，以及3 g 环境下移动图书馆的应用现状， 分析4 g 时代人们对图书馆使用的变化和期望，为我国在4 g 时代的图书馆建设提供 一些新的思路。 个案研究法。对已经开展移动图书馆业务的国内图书馆进行调研，从中选择较 为成功的个案深度剖析，以获取第一手资料，从而了解现在图书馆提供的移动服务 的不足，提出在4 g 环境中可以改进的服务项目。 比较分析法。本文通过比较4 g 与前三代移动通信系统的区别，重点是3 g 系统， 说明4 g 系统能够提供比3 g 更加进步的移动互联网应用。通过分析3 g 技术的局限 性和目前移动图书馆无法实现的功能，提出4 g 环境中图书馆能够提供的全新服务 项目。 3 研究思路 本文从移动通信技术的发展趋势和4 g 技术的研究现状入手，将4 g 通信系统与 前三代移动通信系统进行比较分析，结合国内图书馆的业务开展状况，对4 g 环境 中图书馆的建设提出了新的想法，为未来移动图书馆发展指明方向。 ( 四) 论文创新点 由于4 g 的国际标准还未正式确定，准4 g 网络尚处于新建使用或者试用阶段， 目前对4 g 的研究主要集中在标准制定、技术推广和网络建设等方面，在图书馆学 界对4 g 的研究极少，所以作者大胆选择了将4 g 应用到图书馆环境里为题本身就是 一个创新。 另外，提出了4 g 环境中图书馆的构建方向，结合现在移动图书馆的建设情况， 为新环境中建设图书馆提出新的思路。 辽宁师范大学硕士学位论文 二、4 g 概述 ( 一) 4 g 的概念 4 g 是英文f o u r t hg e n e r a t i o n 的缩写，是第四代移动通信及其技术的简称。国 际电信联盟( i t u ) 早在1 9 9 9 年9 月就把“第三代之后 移动通信系统的标准化问题 提上了日程，在i t u - r 的工作计划中列入了“i m t2 0 0 0 及其以后的系统”的内容。 当时i t u 有关4 g 的提法是b e y o n di m t 一2 0 0 0 ( b 3 g ) ，2 0 0 5 年1 0 月正式更名为 l i t - a d v a n c e d ，是指具有超过i m t - 2 0 0 0 ( 3 g ) 能力的新一代移动通信系统。该系统能 够提供包括由移动和固定网络支持的、同益分组化的高级移动业务在内的广泛的电 信业务的接入，并且支持从低到高的移动性应用和一系列广泛的数据速率，可以满 足多种用户环境下用户和业务的需求，还具有在广泛服务和平台下提供高质量多媒 体应用、显著提升性能和业务质量的能力1 7 j 。 从技术标准的角度看，按照国际电信联盟( i t u ) 于2 0 0 8 年1 0 月讵式制定的 4 g 技术规范规定，当移动通信网络的静念传输速率达到1 g b i t s 、用户在高速移动 状态下可以达到l o o m b i t s ，就可以作为4 g 的技术之一。 从运营商的角度看，除了与现有网络的可兼容性外，4 g 意味着更高的数据吞吐 量、更低时延、更低的建设和运行维护成本、更高的安全性、支持多种q o s ( 服务 质量) 等级。 从融和的角度看，4 g 意味着更多的参与方，更多技术、行业、应用的融合，不 再局限于电信行业，还可以应用于金融、医疗、教育、交通等行业；通信终端能做 更多的事情，例如除语音通信之外的多媒体通信、远端控制等；或许局域网、互联 网、电信网、广播网、卫星网等能够融为一体组成一个通播网，无论使用什么终端， 都可以享受高品质的信息服务，向宽带无线化和无线宽带化演进，使4 g 渗透到生 活的方方面面。 从用户需求的角度看，4 g 能够为用户提供更快的速度、并满足用户更多的需求。 移动通信之所以从模拟到数字、从2 g 、3 g 到4 g 以及将来的x g 演进，最根本的推 动力是用户需求由无线语音服务向无线多媒体服务转变，从而激发营运商为了提高 a r p u ( 每用户平均收入) 、开拓新的频段支持用户数量的持续增长、更有效的频谱 利用率以及更低的营运成本，不得不进行变革转型引。 6 辽宁师范大学硕士学位论文 ( 二) 4 g 的特征 在过去的2 0 年中，国际电信联盟一直致力于协调各国政府、业界和私营部门 的力量，以开发全球宽带多媒体国际电信系统( i m t ) 。自2 0 0 0 年以来，在i m t 概念 中发展了第一个标准家族i m t 一2 0 0 0 ( 3 g ) 。现在研究发展的i m t a d v a n c e d ( 4 g ) 属于i m t - 2 0 0 0 ( 3 g ) 的未来系统，其目的是提供一个全球平台，在此平台上推出快 速数据获取、统一消息处理和宽带多媒体等新型互动形式的下一代移动业务。 作为移动通信标准制定者的国际电信联盟，需要综合考虑和平衡用户、制造商、 运营商、应用发展商、业务和内容提供商等多方面的要求，规定i m t - a d v a n c e d 具 有以下关键特征： 1 在保持成本效益的基础上，支持灵活广泛的服务和应用达到世界范围内的 高度通用性； 2 支持国际移动网络业务和固定网络业务的能力； 3 支持高质量的移动服务； 4 用户终端全球适用； 5 用户界面友好的应用、服务和设备； 6 全球范围内的漫游能力； 7 增强峰值速率以支持新的业务和应用，例如多媒体( 需要在高移动性下支 持l o o m b p s ，低移动性下支持1 g b p s ) 。 这些特征使得i m t - a d v a n c e d 可以满足用户不断变化的需求，而且i m t a d v a n c e d 系统的能力还可以根据用户倾向和技术发展不断增强p j 。 4 g 系统的研发和应用是为了满足用户对移动通信业务越来越大的需求和越来 越高的要求。需求促进产业链的发展，使得业务模型、业务架构就成为移动通信系 统中最为重要的特征之一。通信领域的研究人员通过对用户要求的调查和预测，认 为4 g 系统应该具备以下几个业务特征： 1 丰富多彩：4 g 移动通信系统支持更丰富的移动业务，就内容而言，用户追 求清晰度更高的画面，更加逼真的音效，包括高清晰度图像业务、会议电视、虚拟 现实业务等；就业务范围而言，购物消费、居家生活、娱乐休闲、医疗保健、紧急 处理等日常生活的各个方面都应该纳入到业务框架之中，使用户在任何地方都可以 获得任何所需的服务，将个人通信、信息系统、广播和娱乐等行业结合成一个整体； 2 方便简单：新业务将提供质量越来越高、范围越来越广、内容越来越丰富 的服务，这对技术复杂度、系统架构的要求也必然越来越高，但是对于用户而言应 该是透明的，人机界面的设计应该是友好、方便的，服务的性能和可靠性应该与用 户在固定网中的体验相同或者更好； 3 安全可靠：目前安全性成为用户关注的焦点，除了金融相关的安全性问题， 隐私保护也是用户关心的一个重点。用户应被授予控制隐私级别的权利，在不同场 辽宁师范大学硕士学位论文 所应用不同业务的过程中如果隐私可能受到侵犯，系统应该有能力及时告知用户； 4 个性化：追求个性化是用户的必然趋势，从个性化外观的手持终端到可配 置的信息预订，终端制造商到内容提供商等产业链中的各个部分都需要协同合作来 满足用户能够对业务最大程度智能控制的要求。4 g 移动通信系统实现自适应的个性 化服务，能够主动开发自己并且扩展成一个“智能化空间”，随着服务部署和应用 的不断发展，允许不同的用户根据个人需求开发自己的个性化轮廓以及典型的使用 特性； 5 无缝覆盖：4 g 系统应提供无缝覆盖，不仅在网络层面上实现互联互通，而 且在业务和应用层面上也要实现用户体验的无缝融合； 6 开放性：开放分层的业务架构和平台将为4 g 提供丰富的业务资源，这主要 体现在通过标准接口开放网络的能力，从而允许第三方利用开放的接口和资源灵活 快速地开发和部署新业务，以增强服务和应用能力【l 。 ( 三) 4 6 标准化进程 国际电信联盟是联合国于1 8 6 5 年成立的制定国际电信标准的专门机构，标准 制定是其最早开始从事的工作。4 g 国际标准的确立对全世界4 g 网络的兴建、 业务框架的设计、移动终端的开发等方面都具有决定性的影响。关于i t u 制定 4 g 标准的具体工作进程参见表2 - 1 。 表2 - 1 国际电信联盟制定4 g 标准的工作进程 时间事件 在加拿大蒙特利尔市成立“i m t2 0 0 0a n db e y o n d ”工作组， 2 0 0 0 年1 0 月 正式启动了对4 g 的研究工作； 对未来的通信系统进行了描述：未来的4 g 系统将会具有非 常高的数据传输速率、能够实现真正的无缝全球漫游、高度 2 0 0 2 年0 5 月 智能化的网络，该系统将具有良好的覆盖能力、能够实现不 同q o s 的业务、是基于i p 的网络【1 1 】； 初步定义i m t - 2 0 0 0 演进的技术趋势和i m t - 2 0 0 0 后续演进系 2 0 0 3 年0 6 月 统的框架和目标； 给b 3 g 技术定义了正式名称：i m t a d v a n c e d ，即通常所指的 2 0 0 5 年l o 月第四代移动通信( 4 g ) ，从此拉开了i m t - a d v a n c e d 发展的大 幕； 世界无线电大会为i m t a d v a n c e d 分配了频谱，进一步加快 2 0 0 7 年1 1 月 了i m t - a d v a n c e d 技术的研究进程； 8 辽宁师范大学硕士学位论文 发出征集i m t - a d v a n c e d 候选技术的通函，开始征集无线接 2 0 0 8 年0 3 月 入技术( r i t ) 标准，标志着标准化工作正式启动； 确定i m t - a d v a n c e d 的最低技术要求，为衡量候选技术方案 2 0 0 8 年0 6 月 是否能够能为4 g 技术提供了关键指标； 确定l t e a d v a n c e d ( 包括t d d 和f d d 两种制式) 和8 0 2 1 6 m 2 0 0 9 年1 0 月 这两类技术为4 g 国际标准候选技术； 确定l t e - a d v a n c e d ( 中国主导的具有自主知识产权的 2 0 1 0 年1 0 月 t d - l t e a d v a n c e d 技术) 和8 0 2 1 6 m 成为4 g 国际标准； 2 0 1 1 年底前完成4 g 国际标准建议书编制工作； 2 0 1 2 年初正式批准发布4 g 国际标准建议书1 1 2 】。 ( 四) 4 g 的关键技术 4 g 是一个远比3 g 更加复杂的通信系统，它的实现需要依托很多新兴技术。在 4 g 通信系统中会采用的关键技术主要有：正交频分复用( o f d m ) 技术、多输入多输 出( m i m o ) 技术、智能天线( s a ) 技术、软件无线电( s d r ) 技术、移动i p v 6 、多 用户检测技术等。这些技术具有以下特点： 正交频分复用( o f d m ) 技术：是一种无线环境下的高速传输技术，具有频 谱利用率高、抗衰落能力强、适合高速数据传输、抗码间干扰能力强的优点，是公 认的4 g 核心技术之一【1 3 j 。 多输入多输出( m i m o ) 技术：在不增加带宽的情况下，能够利用多天线来 抑制信道衰落，成倍地提高通信系统的容量。在功率带宽受限的无线信道中，它是 实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术【h 】。 智能天线( s a ) 技术：是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术，具 有自动跟踪、数字波束调节以及抑制信号干扰等智能功能，在消除干扰、扩大小区 半径、降低系统成本、提高系统容量等方面具有不可比拟的优越性。在不增加系统 复杂度的情况下，使用智能天线可以满足服务质量和网络扩容的需要，因此在4 g 系统中得到了广泛的应用i l5 1 。 软件无线电( s d r ) 技术：利用数字信号处理技术，在一个可编程控制的通 用硬件平台上，以软件加载方式实现无线电硬件功能单元的标准化、模块化，是一 种用软件来实现物理层连接的无线通信方式，是解决移动终端在不同系统中工作的 关键技术。 移动i p v 6 ：4 g 系统的核心网是一个基于全i p 的网络，可以实现不同网络 间的无缝互联，能为网络设备提供一个全球唯一的地址，提供端到端的i p 业务， 在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性i l 圳。 多用户检测技术：在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所 9 辽宁师范大学硕士学位论文 有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了 远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路 频谱资源，显著提高系统容量【1 7 】。 ( 五) 4 g 与前三代移动通信系统的区别 各代移动系统通常是依据其支撑技术( 即无线接入技术) 来进行划分的i l 引。 目前，移动网络的发展已经历了三代，正向第四代迈进。图2 - 1 t 1 9 j 展示了移动通信 从第一代到第四代的演进路线和它们的主要特点。从2 0 世纪8 0 年代开始，每一代 系统的生命周期都将近十年，其中包括对技术进行规范所需的研发时间和从开发部 署到投入商用的时间。 移动通信网络的演进 。一? 鳓、。 移动互联瘸移动多嫌侉唧矿移瓣链霍辫蓐牵q 藏务笨境 删蝴燃燃燃一“。够 图2 1不同年代中无线通信的演进 每一代通信系统的更新与进步都是由前一代系统的缺陷与日益增长的需求所 决定的【2 0 l ： 第一代模拟移动通信系统，开创了人类移动通信的新时代，对应的接入技术是 是频分多址( f d m a ) 和模拟调制技术。作为早期移动通信系统，它存在很多不足之 处，如频率利用率低、移动设备复杂、费用较贵、所支持的业务种类单一、保密性 差、易被窃听、不能漫游等。 解决这些问题的方法是开发新一代数字移动通信系统，第二代数字移动通信系 统( g s h ) 因为具有良好的抗干扰能力、高频谱利用率、大容量、能提供丰富的业 务、标准化程度高等特点而逐渐发展起来。g s m 采用的是时分多址( t d m a ) 技术， 提供的是数字化的话音业务及低速数据业务。数字技术克服了模拟移动通信系统的 弱点，提高了频谱效率和话音质量，保密性得到加强。但也存在许多问题：如有线 的带宽无法满足容量的巨大需求，无法实现高速数据和多媒体业务等。 2 1 世纪初，世界进入第三代移动通信时代。国际电信联盟在2 0 0 0 年5 月确定 1 0 辽宁师范大学硕士学位论文 了第三代移动通信系统的三大主流标准，分别是欧洲提出的宽带码分多址( w c d m a ) 、 美国提出的码分多址2 0 0 0 ( c d m a 2 0 0 0 ) 以及我国提出的时分同步c d m a ( t d s c d m a ) ， 都是基于c d m a 技术设计的。2 0 0 7 年1 0 月，w i m a x 被批准成为第四个3 g 标准。与 第二代系统相比，3 g 系统增加了系统容量、提高了传输质量、降低功耗和干扰，可 以在复杂的传输环境中提供更好的服务，有了更宽的带宽( 带宽在5 n t z 以上) ，传 输速度在3 8 4 k b p s 2 m b p s 范围内。但是，多个标准的存在直接妨碍了通信网络的 统一，我国现有的3 g 网络就实行着三种不同的标准，中国移动的t d s c d m a 、中国 电信的c d m a 2 0 0 0 和中国联通的w c d m a ，用户想换运营商的话，必须换一部不同制式 的手机。各网络用户之间也存在兼容问题，无法实现全球漫游和系统融合；3 g 技术 无法真正地实现个人通信和全球通信。这实际上是对现代移动通信应用的一种阻 碍。而且，3 g 技术对i p 多媒体业务的支持、频谱利用率的提高以及资源综合优化 方面具有一定的局限性，随着全球范围的互联网用户数爆炸式的增长，移动数据业 务上升势头迅猛，3 g 的传输速率根本无法满足人们日益增长的需求。 因此，国内外移动通信领域的专家在3 g 系统还没有大规模投入商用的时候， 就已经开始进行4 g 系统的研究和开发工作，来解决3 g 系统存在的问题。4 g 系统致 力于实现可以在不同的固定网络、无线网络平台和跨越不同频带网络中提供无线服 务，可以在任何地方宽带接入互联网( 包括卫星通信) ，能够提供定位定时、数据 采集、远程控制等综合功能，将会比3 g 更接近个人通信，是多功能集成的宽带移 动通信系统或多媒体移动通信系统。4 g 时代的服务将被嵌入到一个新的框架之中， 这个框架能够支持用户发现服务，并在运行时根据运行条件指导服务使用。服务的 选择可以基于用户的偏好，而且能基于上下文感知的服务交付机制进行运行时的适 配，将是一个全新的服务环境。4 g 系统从无线传输到应用都能够根据快速变化的 环境进行调整，有着很高的可适应性能力和动态的适应性机制，从而可以应对来源 于多用户、多设备、多平台、多