我国4G移动通信展望与探究——论文正文

1、 本文由shuanger912贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 目录 1,移动通信发展的背景 2 2,4G 移动通信简介 2 3,4G 移动通信的特点 3 4,4G 网络结构: 4 5,4G 移动通信的接入系统 5 6,4G 移动通信系统中的关键技术 6 (1)正交频分复用(OFDM )技术 6 (2)智能天线技术 7 (3)无线链路增强技术 8 (4)软件无线电(S D R )技术 8 (5)多用户检测技术 9 (6)IPv6 技术 9 (7)MIMO 技术 10 7,OFDM 技术在 4G 中的应用 10 8, 4G, 3G 对比

2、10 8.1 3G 的局限性: 10 8.2 4G 的超越之处: 11 9, 4G 的发展趋势 11 10,4G 移动通通信中个人通讯研究 12 10.1,个人通讯的发展 12 10.2 WPN 发展带来的挑战 12 10.3 可行解决方案 13 10.4,体系结构 14 10.5,结论 14 11,我国第四代移动通信的发展 14 11.1,以 3G 的战略发展 4G 15 11.2,中国 4G 的实际进展 15 11.3,外资企业的忧虑 16 12,结束语 16 1,移动通信发展的背景 移动通信是移动用户之间,或移动用户与固定用户之间的通信.随着电子技 术的发展,特别是半导体,集成电路和计算

3、机技术的发展,移动通信得到了迅速 的发展.随着其应用领域的扩大和对性能要求的提高,促使移动通信在技术上和 理论上向更高水平发展.20 世纪 80 年代以来,移动通信已成为现代通信网中不 可缺少并发展最快的通信方式之一. 在移动通信领域,每 10 年就发生一次革命性变化.80 年代的第一代模拟移 动通信系统和 90 年代的第二代蜂窝移动通信系统主要用于话音业务和支持电路 交换类型的业务,这两代系统的空中接口速率只有几百 kbit/s.将在 21 世纪初 投入使用的 3G 系统 IMT-2000 在室内环境下能提供 2Mbit/s 的速率, 在车载情况 下速率至少为 144kbit/s.移动通信已

4、成为当代通信领域发展潜力最大,市场前 景最广的热点技术.当今移动通信系统正向高数据率,高度移动性和大范围覆盖 方向发展. 回顾移动通信的发展历程,移动通信的发展大致经历了几个发展阶段:第一 代移动通信技术主要指蜂窝式模拟移动通信, 技术特征是蜂窝网络结构克服了大 区制容量低,活动范围受限的问题.第二代移动通信是蜂窝数字移动通信,使蜂 窝系统具有数字传输所能提供的综合业务等种种优点. 第三代移动通信的主要特 征是除了能提供第二代移动通信系统所拥有的各种优点,克服了其缺点外,还能 够提供宽带多媒体业务,能提供高质量的视频宽带多媒体综合业务,并能实现全 球漫游. 尽管 3G 系统标准比现有无线技术更

5、强大,但也将面临竞争和标准不兼容等 问题.人们呼吁移动通信标准的统一,期望通过第四代移动通信标准的制定来解 决兼容问题. 国际电信联盟(ITU)目前已开始研究制定 4G 系统标准,把移动通信系统同 其他系统(如无限局域网,WLAN)结合起来,产生 4G 技术,2010 年前使数据传 输速率达到 100Mbit/s.提供更有效的多种业务,实现商业无线网络,局域网, 蓝牙,广播,电视卫星通信等的无缝衔接并相互兼容.4G 应具有更高的数据率 和频谱利用率, 更高的安全性, 智能性和灵活性, 更高的传输质量和服质量 (QoS) . 4G 系统应体现移动与无线接入网及 IP 网络不断融合的发展趋势.因此

6、 4G 系统 应当是一个全 IP 的网络. 2,4G 移动通信简介 第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络, 具有非对称的超过 2Mbit/s 的数据传输能力.它包括宽带无线固定接入,宽带无线局域网,移动宽 带系统和交互式广播网络.第四代移动通信标准比第三代标准拥有更多的功能. 第四代移动通信可以在不同的固定, 无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无 线服务,可以在任何地方用宽带接入互联网(包括卫星通信和平流层通信) ,能 够提供定位定时,数据采集,远程控制等综合功能.此外,第四代移动通信系统 是集成多功能的宽带移动通信系统,是宽带接入 IP 系统. 未来的通信网络构想:用户可以在任

7、何地点,任何时间以任何方式不受限地 接入网络中来;移动终端可以是任何类型的;用户可以自由地选择业务,应用和 网络;可以实现非常先进的移动电子商务;新的技术可以非常容易地被引入到系 统和业务中来. 3,4G 移动通信的特点 目前正在开发和研制中的 4G 通信将具有以下特征: (1)通信速度快 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 通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度.专 家 预 估 , 第 四 代 移 动 通 信 系 统 的 速 度 可 达 到 10-20Mbit/s , 最 高 可 以 达 到 100Mbit/s.

8、 (2)网络频谱宽 要想使 4G 通信达到 100Mbit/s 的传输速度, 通信运营商必须在 3G 通信网络 的基础上对其进行大幅度的改造, 以便使 4G 网络在通信带宽上比 3G 网络的带宽 高出许多.据研究,每个 4G 信道将占有 100MHz 的频谱,相当于 W-CDMA3G 网络 的 20 倍. (3)多种业务的完整融合 个人通信,信息系统,广播,娱乐等业务无缝连接为一个整体,满足用户的 各种需求.4G 应能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.各种业务应用,各种系统平台间的互联更便捷,安全

9、,面向不同用户 要求,更富有个性化.而且 4G 手机从外观和式样上看将有更惊人的突破,可以 想象的是,眼镜,手表,化妆盒,旅游鞋都有可能成为 4G 终端. (4)智能性能高 第四代移动通信的智能性更高,4G 通信系统将是一个高度自治,自适应的 网络. 采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行结合的正常发 送与接收,有很强的智能性,适应性和灵活性.不仅表现在 4G 通信的终端设备 的设计和操作具有智能化,更重要的是 4G 手机可以实现许多难以想象的功能. 例如,4G 手机将能根据环境,时间以及其他因素来适时提醒手机的主人. (5)兼容性能平滑 要使 4G 通信尽快地被人们接受,还应该

10、考虑到让更多的用户在投资最少的 情况下轻易地过渡到 4G 通信.因此,从这个角度来看,4G 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 2G,3G 平稳过渡 等特点 (6)实现更高质量的多媒体通信 4G 通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音,数据,影像等,大量信息 透过宽频的信道传送出去,为此 4G 也称为多媒体移动通信 . (7)通信费用便宜 由于 4G 通信不仅解决了与 3G 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通信技术,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

11、 通信网络系统时,通 信运营商们将考虑直接在 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营成本. (8)实现真正的无缝漫游. 4G 移动通信系统实现全球统一的标准,能使各类媒体,通信主机及网络之间 进行无缝连接 ,真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信. (9)良好的覆盖性能. 4G 通信系统应具有良好的覆盖并能提供高速可变速率传输.对于室内环境, 由于要提供高速传输,小区的半径会更小. (10) 基于 IP 的网络. 4G 通信系统将会采用 IPv6,IPv6 将能在 IP 网络上实现话音和多媒体业务. (11)实现不同 QoS 的业务. 4G 通信系统

12、通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同质量的业务. (12)灵活性强. 4G 拟采用智能技术,可自适应地进行资源分配.采用智能信号处理技术对 信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发.有很强的智能性,适应性和 灵活性. (13)兼容性好. 目前 ITU 承认的,已有相当规模的移动通信标准有 GSM,CDMA 和 TDMA 三大分 支,可通过 4G 标准的制定来解决兼容问题. (14)用户共存性. 4G 能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理,使低,高速用户和各种用 户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求. (15)业务多样性. 未来通信中所需的是多媒体通信:个人通信,信息系统,广

13、播和娱乐等将结 合成一个整体.4G 能提供各种标准的通信业务,满足宽带和综合多种业务需求. (16)技术基础较好. 4G 将以几项突破性技术为基础,如 OFDM,无线接入,软件无线电等,能大幅 提高频率使用效率和系统可实现性. (17)随时随地的移动接入. 4G 利用无线接入技术,提供话音,高速信息业务,广播及娱乐等多媒体业务 接入方式,用户可随时随地接入系统. (18)自治的网络结构. 4G 网络将是一个完全自治,自适应的网络.可自动管理,动态改变自己的结 构以满足系统变化和发展的要求. 网络结构: 4,4G 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

14、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.物理 网络层提供接入和路由选择功能,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. 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. 4G 网络结构有如下特征: (1)支持现有的系统和将来系统通用接入的基础结构; (2)与 Internet 集成统

15、一,移动通信网仅仅作为一个无线接入网; (3)具有开放,灵活的结构,易于扩展; (4)是一个可重构的,自组织的,自适应网络; (5)智能化的环境,个人通信,信息系统,广播,娱乐等业务无缝连接为 一个整体,满足用户的各种需求; (6)用户在高速移动中,能够按需接入系统,并在不同系统无缝切换,传 送高速多媒体业务数据; (7)支持接入技术和网络技术各自独立发展. 5,4G 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 (multi-modeterminal)基于公共平台,通过各种接技术,在各种网络系统(平 台)之间实现无缝连接

16、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. 不同类型的接入技术针对不同业务而设计,因此,我们根据接入技术的适用

17、 领域,移动小区半径和工作环境,对接入技术进行分层. 分配层:主要由平流层通信,卫星通信和广播电视通信组成,服务范围覆盖 面积大. 蜂窝层:主要由 2G,3G 通信系统组成,服务范围覆盖面积较大. 热点小区层:主要由 WLAN 网络组成,服务范围集中在校园,社区,会议中 心等,移动通信能力很有限. 个人网络层:主要应用于家庭,办公室等场所,服务范围覆盖面积很小.移 动通信能力有限,但可通过网络接入系统连接其他网络层. 固定网络层:主要指双绞线,同轴电缆,光纤组成的固定通信系统. 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:为最大限度

18、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.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.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. 6,4G 移动通信系统中的关键技术 4G 移动系统网络结构可分为 3 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

19、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. 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. (1)正交频分复用(OFDM )技术 正交频分复用( 第四代移动通信系统主要是以 OFDM 为核心技术. OFDM 技术实际上是多载波 调制的一种.其主要思想是:

20、将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换 成并行的低速子数据流,调制在每个子信道上进行传输.正交信号可以通过在接 收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰.每个子信道上 的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道可以看成平坦性衰落,从而可 以消除符号间干扰.而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分, 信道均衡变得相对容易. OFDM 技术之所以越来越受关注,是因为 OFDM 有很多独特的优点: a) 频谱利用率高,频谱效率比串行系统高近一倍.OFDM 信号的相邻子载波相互重叠,其频谱利用率可以接近 Nyquist 极限. b) 抗衰落能力强.OFDM 把用户信息

21、通过多个子载波传输,这样在每个子载 波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍, 从而使 OFDM 对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强. c) 适合高速数据传输. OFDM 自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道 情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式.当信道条件好的时候,应采用效率 高的调制方式;而当信道条件差的时候,则应采用抗干扰能力强的调制方式.再 有,OFDM 加载算法的采用,使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道 上以高速率进行传送.因此,OFDM 技术非常适合高速数据传输. d) 抗码间干扰(ISI)能力强.码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最 主要

22、的干扰,它与加性的噪声干扰不同,是一种乘性干扰.造成码间干扰的原因 有很多, 实际上, 只要传输信道的频带是有限的, 就会造成一定的码间干扰. OFDM 由于采用了循环前缀,故对抗码间干扰的能力很强. 未来无线多媒体业务既要求数据传输速率高,又要保证传输质量,这就要求 所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率, 又要有较长的码元周期, OFDM 技 术正满足这一需求.OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术.无线信道的频率 响应曲线大多是非平坦的,OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成 许多正交子信道, 在每个子信道上使用一个子载波进行调制, 各子载波并行传输, 这样尽管总的信道是

23、非平坦的,但每个子信道是相对平坦的.且在各子信道上进 行的是窄带传输,信号带宽小于信道带宽,大大消除信号波形间的干扰.OFDM 技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰, 从而减小各子载波间的相 互干扰,提高频谱利用率. (2)智能天线技术 智能天线采用了空时多址(SDMA)的技术,利用信号在传输方向上的差别, 将同频率或同时隙,同码道的信号进行区分,动态改变信号的覆盖区域,将主波 束对准用户方向,旁瓣或零陷对准干扰信号方向,并能够自动跟踪用户和监测环 境变化,为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号从而达到抑制干扰,准 确提取有效信号的目的.这种技术具有抑制信号干扰,自动跟踪及数字波

24、束等功 能,被认为是未来移动通信的关键技术. 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. 目前, 智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换 方式.全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优,但相对而言各种算法均 存在所需数据量,计算量大,信道模型简单,收

25、敛速度较慢,在某些情况下甚至 可能出现错误收敛等缺点,实际信道条件下,当干扰较多,多径严重,特别是信 道快速时变时,很难对某一用户进行实时跟踪.在基于预多波束的切换波束工作 方式下,全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖,各组权值对应的波束有不同 的主瓣指向,相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠,接收时的主要任务是挑选一 个作为工作模式,与自适应方式相比它显然更容易实现,是未来智能天线技术发 展的方向. 智能天线具有抑制信号干扰,自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,能满 足数据中心,移动 IP 网络的性能要求.智能天线成形波束能在空间域内抑制交 互干扰,增强特殊范围内想要的信号,这种技术既能改善信号

26、质量又能增加传输 容量. 目前, 智能天线的工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换 方式.全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优,但相对而言各种算法均 存在所需数据量,计算量大,信道模型简单,收敛速度较慢,在某些情况下甚至 出现错误收敛等缺点,实际信道条件下,当干扰较多,多径严重,特别是信道快 速时变时,很难对某一用户进行实际跟踪.在基于预多波束的切换波束工作方式 下,全空域被一些预先计算好的波束分割覆盖,各组权值对应的波束有不同的主 瓣指向,相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠,接收时的主要任务是挑选一个作 为工作模式,与自适应方式相比它显然更容易实现,是未来智能天线技术发展的

27、方向. (3)无线链路增强技术 可以提高容量和覆盖的无线链路增强技术有:分集技术,如通过空间分集, 时间分集(信道编码),频率分集和极化分集等方法来获得最好的分集性能;多天 线技术,如采用 2 或 4 天线来实现发射分集,或采用多输入多输出(MIMO)技术来 实现发射和接收分集.MIMO 技术是指利用多发射,多接收天线进行空间分集的 技术,它采用的是分立式多天线,能够有效的将通信链路分解成为许多并行的子 信道,从而大大提高容量.信息论已经证明,当不同的接收天线和不同的发射天 线之间互不相关时,MIMO 系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能,从而 获得巨大的容量.在功率带宽受限的无线信道中,

28、MIMO 技术是实现高数据速率, 提高系统容量,提高传输质量的空间分集技术. (4)软件无线电(S D R )技术 软件无线电( 在 4G 移动通信系统中,软件将会变得非常繁杂.为此,专家们提议引入软件 无线电技术,将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥梁. 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 RF 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

29、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 软件无线电是将标准化,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. 通过不同软件 程序,在硬件平台上实现在不同系统中利用单一终端漫游.其核心思想是在尽可 能靠近天线的地方使用宽带 A/D 和 D/A 变换器, 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

30、信号处理(DSP)等. 在 4G 系统中,若要实现任何人在任何地点以任何形式接入网络的理想 通信方式,则至少需要保证移动终端能够适合各种类型的空中接口,能够在各类 网络环境间无缝漫游,并可以在不同类型的业务之间进行转换.这就意味着在 4G 系统中,软件将会变得非常复杂.为此,专家们提议引入软件无线电技术, 软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术, 它以现代 通信理论为基础,以数字信号处理为核心,以微电子技术为支持.软件无线电概 念一经提出, 就受到各方的极大关注, 这不仅是因为软件无线电概念新技术先进, 发展潜力大,更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的.软件无线电

31、强 调以开放性最简硬件为通用平台,尽可能地用可升级,可重配置的不同应用软件 来实现各种无线电功能的设计新思路.其中心思想是:构造一个具有开放性,标 准化,模块化的通用硬件平台,将工作频段,调制解调类型,数据格式,加密模 式,通信协议等各种功能用软件来完成,并使宽带 A/D 和 D/A 转换器尽可能靠 近天线,以研制出具有高度灵活性,开放性的新一代无线通信系统.在 4G 众多 关键技术中,软件无线电技术是通向未来 4G 的桥梁.由于各种技术的交迭有利 于减少开发风险,所以未来 4G 技术需要适应不同种类的产品要求,而软件无线 电技术则是适应产品多样性的基础,它不仅能减少开发风险,还更易于开发系列

32、 型产品.此外,它还减少了硅芯片的容量,从而降低了运算器件的价格,其开放 的结构也会允许多方运营的介入. (5)多用户检测技术 4G 系统的终端和基站将用到多用户检测技术以提高系统的容量.多用户检 测技术的基本思想是: 把同时占用某个信道的所有用户或部分用户的信号都当作 有用信号,而不是作为噪声处理,利用多个用户的码元,时间,信号幅度以及相 位等信息联合检测单个用户的信号,即综合利用各种信息及信号处理手段,对接 收信号进行处理,从而达到对多用户信号的最佳联合检测.它在传统的检测技术 的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户的信号进行检测,从而具有良好的 抗干扰和抗远近效应性能,降低了系统对功率

33、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. 现有的多用户检测算法在计算复杂度与处理时延问题上存在不足, 且算法中 一些参数(频率,幅度,定时,相位等)估计有误时, 会使得相关矩阵产生较大 偏差,导致整个系统性能急剧下降.另一方面, 当前的 MUD 算法只考虑了同小 区内的干扰,而没有考虑相邻小区间的同频率用户干扰.一般的多用户检测研究 都假设用户数据是独立等概率的,没有考虑信道编码的影响,现在组合信道编码 和多用户检测的研究受到越来越多的重视.另外,目前的研究方向还包括多速率 多用户检测和多用户检测与空时二维信号处理,多载波调制,功率控制等技术的 结合. (6)I

34、Pv6 技术 4G 通信系统选择了采用基于 IP 的全分组方式传送数据流,因此 IPv6 技术 将成为下一代网络的核心协议.选择 IPv6 协议主要基于以下几点考虑: a) 巨大的地址空间.在一段可预见的时期内,它能够为所有可以想像出的 网络设备提供一个全球惟一的地址. b) 自动控制.IPv6 还有另一个基本特性就是它支持无状态和有状态两种地 址自动配置方式.无状态地址自动配置方式是获得地址的关键.在这种方式下, 需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制来获得一个局部连接地址. 一旦得到 这个地址之后,它将用另一种即插即用的机制,在没有任何人工干预的情况下, 获得一个全球惟一的路由地址. c)

35、 服务质量.服务质量(QoS)包含几个方面的内容.从协议的角度看,IPv6 与目前的 IPv4 具有相同的 QoS,但是 IPv6 能提供不同的服务.这些优点来自于 IPv6 报头中新增的字段流标志 .有了这个 20 位长的字段,在传输过程中, 中国的各节点就可以识别和分开处理任何 IP 地址流.尽管对这个流标志的准确 应用还没有制定出有关标准,但将来它无疑将用于基于服务级别的新计费系统. d) 移动性.移动 IPv6 在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性.每个 移动设备设有一个固定的家乡地址,这个地址与设备当前接入互联网的位置无 关.当设备在家乡以外的地方使用时,通过一个转交地址即可提供移

36、动节点当前 的位置信息. 移动设备每次改变位置都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所 对应的通信节点. (7)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

37、高无线系统的容量及覆盖范围. 7,OFDM 技术在 4G 中的应用 若以技术层面来看,第三代移动通信系统主要是以 CDMA 为核心技术,第四 代 移 动 通 信 系 统 技 术 则 以 正 交 频 分 复 用 ( Orthogonal Freqency Division Multiplexer,OFDM)最受瞩目,特别是有不少专家学者针对 OFDM 技术在移动通 信技术上的应用,提出相关的理论基础.例如无线区域环路(WLL) ,数字音讯广 播(DAB)等,都将在未来采用 OFDM 技术,而第四代移动通信系统则计划以 OFDM 为核心技术,提供增值服务. 在时代交替之际,旧有系统之整合与升级是产

38、业关心的话题,目前大家谈的 是 GSM 如何升级到第三代移动通信系统; 而未来则是 CDMA 如何与 OFDM 技术相结 合.可以预计,CDMA 绝对不会在第四代移动通信系统中消失,而是成为其应用 技术的一部份,或许未来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,也将会结 合两项技术的优点,一部份将是以 CDMA 的延伸技术. 4G, 对比 8, 4G, 3G 对比 8.1 的局限性 3G 的局限性: 第三代移动通信系统是能够

39、满足国际电联提出的 IMT - 2000PFPLMTS 系统标 准的新一代移动通信系统,要求具有很好的网络兼容性,能够实现全球范围内多 个不同系统间的漫游,不仅要为移动用户提供话音及低速率数据业务,而且要提 供广泛的多媒体业务.根据 ITU 的标准,世界各大电信公司联盟均己提出了自 己的第三代移动通信系统方案,主要有 W-CDMA,CDMA2000,TD-CDMA 以及我国提 出的拥有自主知识产权的 TD-SCDMA.但 3G 也存在以下几方面的局限性: 不能支持较高的通信速率.3G 虽然标称能达到 2Mbit/s 的速率,但平均速 率只能达到 384 kbit/s.尽管目前 3G 增强型技术

40、不断发展,但其传输速率还有 差距. 不能提供动态范围多速率业务.由于 3G 空中接口主流的三种体制 WCDMA, cdma2000,TD-SCDMA 所支持的核心网不具有统一的标准,难以提供具有多种 QoS 及性能的多速率业务. 不能真正实现不同频段的不同业务环境间的无缝漫游. 由于采用不同频段的 不同业务环境,需要移动终端配置有相应不同的软,硬件模块,而 3G 移动终端 目前尚不能实现多业务环境的不同配置.由于 3G 系统以上的局限性,目前,很 多公司已经开始着手 4G 概念通信系统的研究. 的超越之处: 8.2 4G 的超越之处: 与今年年内即将推出的 3G 移动通信服务相比,4G 技术更

41、为复杂,4G 技术在通 信特点方面较 3G 移动通信技术相比,有许多超越之处: (1)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 要高一个等级,其最大的传输速度将是目前i-mode服务的 10000 倍. (2)主要发展数字广带(Broad band)为基础的概念?在毫米过程中,传播 条件相对困难,蜂窝小区也会相应小很多,这会引起一系列技术上的难题. (3)灵活性要比 3G 强得多?它能自适应的资源分配,能够处理变化的业务流? 信道条件不同的环境,有很强的自组织性和灵活性. (4)4G 移动通信技术将可让所有移动通信运营商的用户,享受共同的 4G 服 务. (5)该

42、技术应该能根据网络的动态和自行变化的信道条件,使低码与高码的 用户能够共存?这些方面都要比 2G?3G 先进. (6)它能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. (7)该技术将以几项突破性技术为基础,例如一些光纤产品公司用来提高 Internet 主干带宽的技术,它将对无线频率的使用效率比第二代和第三代系统都 高得多. 我们相信,在不久的将来 4G 在业务上,功能上,频宽上均有别于 3G,应该将 会是将所有无线服务联合在一起,能在任何地方接入互联网,包括卫星通讯, 定位 定时,数据收集,远程控制等综合功能,移动无线互联网会是无边无际,而预计 两年后 3G 的传输

43、速度上限 2Mbps 很可能会到达饱和, 所以 4G 将会是多功能集成 的宽带流动通讯系统,是宽带接入 IP 的系统. 9, 4G 的发展趋势 从 4G 的发展前景看, 0FDM 和智能天线等核心技术外还包含一些相关技术. 除 (1)交互干扰抑制和多用户识别:待开发的交互干扰抑制和多用户识别技 术应成为 4G 的组成部分.它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系 统,消除不必要的邻近和共信道用户的交互干扰,确保接收高质量信号.这种组 合将满足更大用户容量和覆盖范围,大大减少网络基础设施的部署,确保服务质 量. (2)可重构性自愈网络:4G 无线网络中将采用智能处理器,可处理节点故 障或基

44、站超载.网络各部分采用基于知识解答装置,可纠正网络故障. (3)微微无线电接收器:未来 4G 中要研究的另一重点,它是嵌入式无线 电.采用此技术,功耗是采用现有技术的 l/101/100. (4)无线接入网(RAN) :4G 系统高速度,大容量,低比特成本.4G 系统 RAN 的发展趋势是电路交换向基于 IP 分组交换发展,设备分集向网络分集发展.这 种基于 IP 技术的网络架构使得在 3G,4G,W-LAN,固定网之间漫游得以实现, 并支持下一代因特网. 10, 10,4G 移动通通信中个人通讯研究 10.1,个人通讯的发展 随着无线和嵌入式技术的不断发展,无线通信网络的重要性日益显著.一个

45、 有发展潜力的 4G 无线个人通信网络(WPN)的框架,应该提供给用户更高的带宽 服务;透明地将技术集成到系统环境中,从而实现位置的无关性; Internet 技 术和新 WLAN 可以很好地协同发展. 10.2 10.2 WPN 发展带来的挑战 WPN 所面对的挑战和其他网络非常相似,即目前还很难适用于那些具有有限 资源的小型移动设备.这一点可以体现在以下这些特殊的需求上. (1)比特率和设备容量的可扩展性将是体系的一部分.实际的网络必须是异构 的而且支持异构网络之间的相互通信. (2)为了支持不同网络之间的通信,面向无线节点的中间介质间必须依靠从源 节点到目的节点的信息.另外,除了 MAN

46、ET 路由方案,还应该有一种到基干网络 的透明连接机制. (3)无线 TCP 是当前的一个研究热点,特别是关于 MAC 层和上层之间的通信上. 在异构网络环境下,由于不同类型的 MAC 层和物理层的共存,使得这个问题更加 复杂化. (4)另一个基本需求是安全和隐私问题.作为一个必须具有的功能,在无线通 信中更易遭受各种攻击的情况下就变得更具挑战性. 在系统设计时完成提供一个 端到端的安全体系是很困难的; 如果放到系统建成之后再去加强安全方面的功能 也是非常困难,代价非常的昂贵. (5)网络无处不在以及个性化的发展趋势带来了额外的复杂需求.这样,不仅 仅需提供应用和服务,而且还应该考虑用户的喜好

47、,注重个性化服务. (6)还需要新的控制层来协助中间层通信,完成全局管理任务以及进行一些不 可避免地分层管理工作.欧洲的 IST 协作 R&D 项目PACWOMAN2和 6HOP3 正在致力于解决所提到的难题. 10.3 10.3 可行解决方案 (1).可扩展性 在 IEEE802.15 中,IEEE802.15.4a 协议组正在设计低容量无线接口,也正 在考虑支持超宽带技术(Ultra-Wideband) ,但要保证其他的方案如混合 OFDM 也 能良好运行.为了支持 LDR 设备和其他设备的互相连接,除了物理层和链路层, 还有另外一个重要的方面需要考虑.IP 可以被用作一种粘合技术,但是

48、LDR 终端可能不具有这种功能,因为它们可能不是完全 IP 适应的,所以应该开发其 他的方式.一些 LDR 设备是和轻量级的操作系统合为一体的,具有一个简化的 IP 栈.因此对于现实的组合网络,完全 IP 适应方式不是最合适的.相反,我们 假设一个不同的策略,其中一簇 LDR 终端受一个功能比较强大的 LDR 终端控制, 该 LDR 终端的特点是有一个双协议栈,目的是允许 LDR 和外部设备通过传统 IP 通信来相互连接.这种方式需要网络中有许多这样的 LDR 终端. (2) .增强 Ad hoc 路由 Ad hoc 网络使得下一代 WPN 网络实现的可能性大大增加.MANET 项目组已经 走

49、出了第一步,通过指定基础协议来支持多跳网络中的通信.但是在包含成百上 千个节点的网络中迫切需要一种通用实现方式,而且具有很好的流动性.需要理 解 ad hoc 路由机制,例如,MIT 已经得出了一些有趣的调查结果,结果表明有 时候最短的路径是不足够的 4;跨层协议优化需要有一个通用的框架,这 个框架允许过过众所周知的接口访问需要的信息. (3) .主干网络的互相连接 下一代 WPN 需要全球范围内的无缝连接. 用户可以在任何时候任何地点接入 网络,还可以使用最适合的接口.传统的概念上网关是提供连接到主干网络的一 个接口,在 WPN 网络中,网关的概念应该被拓宽,它应具有单独或者群集的 WPN

50、所固有的移动性.IETF 的 NEMO 工作组认为移动网络是一个具有 Internet 接入 点的独立单元5.也可以认为它是一个叶子网络,因此不会带来网络阻塞.不 过,无论是使用多个移动路由器还是使用具有多个接口的单个移动路由器,都有 可能是多地址的.将来的网关不仅具有提供和主干网络连接的功能,而且还需要 具有进行用户位置注册和用户位置发现的功能.未来 WPN 具备的另一个特征是, 多地址和在多域环境中的移动性. 在不同作用域之间移动时连接能够保持而且连 接路径是最优的,这将产生额外的需求如无线装置资源管理和最优连接线路切 换. (5) .协议扩展 WPN 中有必要在无线连接包括遗留系统上提供

51、最好的 IP 性能.但是在一些 网络路径中由于链接的特点,TCP/IP 的性能降低了.PILCIETF 工作组选择提高 性能的代理(PEP)来提高网络路径中 Internet 协议的性能.不同类型的 PEP, 可以依据基本功能来区分.一些 PEP 试图通过修改协议本身来弥补性能.另一些 采用对称/不对称的且对上层透明的扩展方式,通常更有效率和更灵活.包含各 种扩展协议的通用框架提供了较高的灵活性,其适用于各种情况下的连接.然而 这样需要简化协调需求信息共享(跨层的通信和配置)的控制层.另外 PEP 通常 在最后一跳使用,所以多跳通信的出现带来了另外的要求,就是 PEP 能够在多跳 网络中使用.

52、 (6) .位置发现和用户喜好 未来的服务和应用将根据用户及环境来采取不同的行为, 用户的定位是基本 功能.典型应用的例子很多,如允许环境敏感型服务的建立;到达机场的时候, 在 PDA 上获取计划表以及飞行时间表; 在观光时, 获得地点和纪念物的实时信息. 如果用户身边有各种不同的设备,而且将计算任务分布到这些设备上执行,为了 使这种想法成为现实, 未来的设备应该能够为应用提供一系列接口来很容易地获 取周围有什么和它可以做什么等信息.另一方面是先进的智能卡技术可 以用来开发控制板.新的无线个人用户识别模块(WPSIM)可以通过智能卡提供 通用的和个性化的用户,访问,账单,配置和安全等信息. 1

53、0.4, 10.4,体系结构 .4 有必要提供一个通用的平台来保证信息在不同协议层和实体之间传送. PACWOMAN 已经将这个平台命名为 PAN 和 CAN 优化层(PCOL) 6HOP 称它为无线 , 适应框架(WAF) .PCOL 是一种为 PAN 和 CAN 提出的特定解决方案,而 WAF 更适 用于多跳环境的无线网络.图 1 中给出了 PCOL 和 WAF 的体系结构. 10.5,结论 10.5, .5 新的 4G 无线网络是以用户为中心,异构的,自动配置和自适应的网络.为 了达到这些目标,需要对协议栈的不同层以及 WPN 体系结构设计进行大量的研 究.通过对目前工作的研究,本文得出

54、的主要结论是对于重组和重新配置的可能 性不断增长的需求,使得需要解决可伸缩性,ad hoc 路由性能提高,体系间通 信,IP 协议栈扩展以及安全性,位置透明性和用户体验等所带来的挑战.另外, 需要定义控制板,接口以及体系结构的概念. 影响 WPN 发展的关键因素是通用的无线接口技术,高复杂度,单纯 ad hoc 路由 协议的不完善以及安全性问题. 多跳网络中的 TCP 协议的低性能以及吞吐量的不 稳定性也是所关心的问题.这些课题必须在未来的研究中解决.IST 项目只是局 部解决方案的第一步,要使 WPN 得到普遍应用,还有许多课题需要研究解决. 11,我国第四代移动通信的发展 11,我国第四代

55、移动通信的发展 当中国自主知识产权的 3G 标准 TD-SCDMA 产业化的进程越来越快,大规模 使用近在咫尺的时候,国家有关部门已经在密切关注下一代通信技术(4G)的最 新进展,并积极参与有关技术的研发和标准的制定,期望在 4G 上夺得先机. 1 月中旬,信产部副部长奚国华等人到广东省进行调研,并参观了华为,中 兴等通信企业.知情人士透露,在 1 月 11 日的有关会议上,奚国华提出希望华 为,中兴能积极参与到下一代标准的制定,并组建4G 标准联盟 . 11.1,以 3G 的战略发展 4G .1, 来自广东省通信管理局的消息显示,奚国华在座谈会上对华为,中兴提出要 求, 密切跟踪新技术的发展

56、动态和市场应用,加大对下一代标准的研究,加强 自主创新的力度. 有参会知情人士表示,政府的态度是希望4G 按照 3G 的思 路发展 . 按照我国目前 TD 的发展思路,1998 年,大唐提出 TD 标准并提交国际电信 联盟(ITU) ,2000 年 TD 被国际电联定为 3G 候选标准;2002 年在国家多个部委 的支持下, 国内八大企业联合成立了 TD 产业联盟, 开始了 TD 的产业化推进工作; 2006 年 1 月,TD 被信产部定为国内 3G 的行业标准,也就是国家标准. 从标准的制定到产业化的推进,TD 经历了漫长的等待.上述会议知情人士 表示,在 1G 时代,我国根本没有自主专利,

57、2G 我国基本是从产业末端介入,3G 则是从技术标准制定末端介入.由于现在国内的 4G 研究主要由高校组织,政府 希望能吸取 3G 产业化的经验和教训,从一开始就发动企业参与其中,共同推进 4G 的研发. 据第一财经日报了解,在 3G 走向商用的同时,国外有关 4G 的研究已经 小有成果,欧盟,日本,韩国都启动了相关计划,三星,西门子,摩托罗拉等企 业以及运营商 NTT DoCoMo 都在研究方面相对领先. 据国家 863 计划通信领域专家组成员, 清华信息科学与技术国家实验室副主 任王京介绍,4G 国际标准现在还未确定,20072008 年,国际电信联盟将会征集 4G 标准.国家 863 计划组教授郭强表示,在 4G 上,不可能有任何一个国家或者 企业可以掌握全部核心技术,而是各国都有知识产权,中国已经计划在 2007 年 后向国际电联提交 4G 标准. TD 的产业化大概用了 8 年,4G 的产业化也将是一个漫长的过程. 王京表 示. 根据国际电