浅析4G移动通信技术的要点和发展趋势

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摘要：网络通信技术的显著特点之一就是技术发展速度和更新速度较快，而移动通信技术作为网络通信技术的重要组成部分，高速发展意识和前瞻性意识是移动通信技术的重要发展思想。我国3G移动通信技术的发展方兴未艾，而针对第四代移动通信技术4G移动通信技术已经提上了研发和推广的日程。4G移动通信技术作为3G技术的升级，能够实现更高的网络传输速度和更科学、人性化的智能升级系统必将成为未来几年内移动通信技术发展的主流和趋势。本文介绍了4G移动通信技术的概念、4G移动通信技术在我国的发展现状、4G移动通信技术中存在的问题和对4G移动通信技术的展望。关键词:4G移动通信技术;智能网络;网络结构;关键技术;发展趋势引言相对于第一代、第二代无线通信技术，3G通信系统的发展给用户带来了前所未有的体验，也给用户带来了丰富的应用，但3G通信系统的无线传输模式CDMA模式的传输速率和数据格式的限制制约了无线通信技术的发展，尤其是可视化的无线通信技术能够给用户带来更多的信息和更直观的通信体验，因此未来的无线通信的发展趋势更多呈现出的可视化通信和视频通信，显然日前的3G通信技术不能满足未来无线通信发展的需求，因此人们提出了第四代无线通信技术，也就是4G技术。4G技术是对当前3G技术的一次全新的革新和发展，它融合了3G通信技术的诸多优点，同时提供了更为高速的信息传输速度，为用户的多媒体业务和可视化通信提供了可能，同时4G无线通信技术有更好的安全性和保密性，通话质量更高，移动通信应用更加多元化。2、4G通信技术我们所谓的4G是指下一代移动通信技术，只是一个通用的名称，4G通信技术井不是横空出世的，而是在传统通信技术的基础上不断实践、不断演变而成，通过新的通信技术来不断优化移动通信网络，为用户提供更好的体验，是集3G与WLAN于一体井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，可以不依靠电缆直接建立起超高速信息公路，4G网络的下行速率能达到100Mbps，比拨号上网快2000倍，比3G快20倍，上传的速度也能达到20Mbps，这种速率能满足几乎所有用户对于无线服务的要求。有人曾这样比较3G和4G的网速，3G的网速相当于“高速公路”，4G的网速相当于“磁悬浮”。2012年1月18日下午17时，在日内瓦举行的国际电联2012年无线电通信全体会议上，WirelessMAN-Advanced(802.16m)和LTE-Advanced技术规范通过审议，正式被确立为IMT-Advanced（俗称“4G”）国际标准。我国主导制定的TD-LTE-Advanced同时成为IMT-Advanced国际标准。这是在继TD-SCDMA自主研发成为关于第四代通信技术，一般定义为分布网络和广带接入，它的非对称数据传输速率2Mb/s，且能自动进行速率切换，影像传输速率可达150Mb/s，并将实现高质量的三维图像传输。它是集成了多种功能的宽带接入IP技术和宽带移动通信技术，它不同于无线通信模式的集成，用户能从一个标准自由地漫游到另一标准，其网络结构如图1所示。图一4G网络结构4G系统的网络体系分为接入层(物理层)、承载层(技术层)和应用层。其中接入层负责提供选路、接入功能；承载层负责提供有源网络、安全管理、即插即用、地址转换、QoS映射。开放式IP接口由承载层与物理层共同提供。承载层与应用层之间也为开放式接口，应用层主要用于新业务的提供和第三方软件的开发。3、4G移动通信技术的现状任何技术的发展都不可能一蹴而就，都需要一个发展的过程，从目前的3G移动技术发展到4G技术同样也需要一个演变的过程，甚至即便4G技术已经成熟，仍然会与上一代通信技术同时存在。欧美4G技术现状目前全球移动通信手机制造商中包括诺基亚、西门子、爱立信等都来自欧洲，几乎控制全球绝大部分的移动通信市场。根据英国网络测试公司OpenSignal在早前发表的报告指出，在2009年全球首个推出4GLTE网络的瑞典，是目前全球4GLTE网络速度最快的国家，瑞典4G网络的平均下载速度为22.1Mbps，而全球4GLTE网络的平均下载速度为10.4Mbps，技术仍然领先全球。美国的移动通信行业近十几年来一直处于高速发展阶段，全美的移动电话普及率达到50%以上，作为全球第二个推出商用LTE网络的国家，因其主要移动运营商Verizon和AT&T使用的20MHz频谱资源，与大多数运营商采用的40MHz频谱配置不同，使美国的LTE网络的平均下载速度仅为9.6Mbps，排在全球第八名。亚太地区4G移动通信技术现状亚太地区，特别是以韩国、日本为代表的研发，应该说在国际上起步就较早，日本在4G移动通信技术方面的开发一直走在世界前列，日本的DoCoMo公司也一直在致力于4G移动通信的研究，也得到日本财政的大力支持，特别制定了E-Japan发展计划，由日本总务省(MIC)统一部署，各负其责，有条不紊地开展4G的研究、标准化、试验及国际合作等工作，为了抢占未来移动通信市场的先机，日本近几年的财政预算都包括对4G研究与开发的投入，而韩国一度被称为是“通信门外汉”，但在4G的研发和投入方面也下了大功夫，通过十几年的追赶，2006年韩国已对外发布了4G移动服务，因此这些国家在一些关键技术上也取得了一些重要的突破，特别是点到点传输方面的创新。在我国香港地区，4G网速就有19.6Mbps，在全球排名第二，并且香港大部分网络已推出4G服务。在国内4G技术的布局也成了三家电信运营巨失争抢的头号蛋糕。今年7月国务院常务会议就首次明确提出“推动年内发放4G牌照”，可知4G离我们已经越来越近，成为了可触的现实。因为访问速度将达到3G的10倍，因此4G得到了各运营商的空前重视，但去年下半年以来，微信等OTT业务给通信运营商带来了巨大的冲击，挑战了传统的移动通信模式，造成传统收入的锐减，怎样面对这些挑战也成为了各运营商在争夺4G的同时面临的大问题，但辩证的来看这也可能成为我国移动通信发展的一个方向，用户上网兴趣加大，所产生的流量消费激增，将会给运营商直接带来流量收入的大幅增加，工业和信息化部发布的2013年1-6月累计接入流量57704.3万G，比上年同期增长62.6%，因此各大运营商都在加紧向4G迈进。4、4G通信系统的特点4G通信系统主要具有以下五方面特点：(1)容量、速率更高。最低数据传输速率为2Mb/s，最高可达100Mb/s；(2)兼容性更好。4G系统开放了接口，能实现与各种网络的互联，同时能与二代、三代手机兼容。它能在不同系统间进行无缝切换，并提供多媒体高速传送业务；(3)数据处理更灵活。智能技术在4G系统中的应用，能自适应地分配资源。智能信号处理技术将实现任何信道条件下的信号收发；(4)用户共存。4G系统会根据信道条件、网络状况自动进行处理，实现高速用户、低速用户、用户设备的互通与并存；(5)自适应网络。针对系统结构，4G系统将实现自适应管理，它可根据用户业务，进行动态调整，从而满足最大程度地满足用户需求。5、第四代移动通信技术应用存在的问题第四代移动通信技术的核心技术需要在实际应用中逐步完善和改进，需要一定的磨合和试运营周期。目前在研究和推广第四代移动通信技术的过程中，还有一些实际存在的问题制约了第四代移动通信技术的发展和应用，其主要表现在移动通信中的网络IP问题、4G网络通信标准协议问题，针对我国庞大的3G或2G网络，如何实施对传统移动通信基础设施的改造和更新换代工作等是摆在我们面前的最现实的问题。6、对4G移动通信技术的展望据统计，全球的移动通信用户终端数量高达45亿，占地球上总人口的四分之三，移动通信技术实现了人与人的互联，未来的4G移动通信技术将实现人与互联网、移动通信与互联网的互联。3G移动通信技术推动了智能手机和掌上电脑的发展，应用手机和PDA等终端设备上网已经成为用户的基本需求，而未来的4G移动通信技术将改变现状用计算机上网的习惯，基于4G网络的高速数据传输效率，未来的移动通信中可视化、多媒体化将成为趋势，更丰富的4G移动通信应用将改变未来人与人、人与物、人与网络之间的联通关系，人类将真正进入无线互联时代。7、4G移动通信技术的发展趋势综合目前各国在4G移动通信领域的突破来看，日本具有领先优势，日本在2001年开始着手4G技术研究，在2005年初步形成规模，2007年通过外场试验并开始商用，传输速度为5.3Mbps。美国以高通为代表的电信运营商主要研发HMMX和DMMX技术来达到4G标准，并在收购Flarion公司后，得到其三百多项正交频分复用技术方面专利，使其在4G相关领域领先其他公司，主要关注无线网在4G中的重要作用。随着3G在我国大面积普及，用户在体验3G带来的方便的同时，也意识到其存在的缺陷和不足，虽然目前面临着，如频率资源争夺激烈、移动容量紧张、网络安全面临挑战等多方面问题，但因其本身所具有的优势，使得各大运营商加大了对4G的追逐，因为用户的需求无法满足，也因此推动了4G技术的发展，从目前移动通信技术的发展趋势来看，国家对移动通信产业投入增加以及我国本身具备的良好市场需求环境，我国的4G发展空间很大，未来我国将会加快4G网络的建设，而抓住机遇占领市场是我国通信行业的共识，三大移动运营商都早已着手4G移动通信技术的研究和开发，并且取得了一系列的突破，从技术上已能够实现图形影像、视频、语音的高速传输。我国中长期科技发展规划所制订的16个重大专项，宽带无线通信就是其中之一，今年中国移动预计将建成20万个4G基站，投资总额约1800亿，4G终端采购量增幅将超10倍以上，而中国电信早在2010年上海世博会就开始部署相关网络，成为中国第一个覆盖世博园区的FDD-LIE网络。2012年7月，在工业和信息化部主办的信息化与工业融合成就展上，中国电信展现了其在4G上的一系列研发成果“蓝极光”计划，该计划旨在大幅度提高下一代4G移动通信系统的效率。在未来的发展中，4G移动通信技术不仅仅是速度的提升，会涉及更广泛的领域，包括频谱、资源调配、资源管理和无线传输技术等等，相信4G技术的发展将会给我们的生活产生巨大的变化，4G移动通信技术具有数据通信速度和通话质量等优势，4G的分布网络具有比3G更高速、安全、稳定的传输能力，且由于技术的突破，未来4G的通信费率也将降低。移动互联网将“让世界无时无刻不掌握在你手中”，现在随时随地连接网络上网浏览信息，获取信息已成为当代人们的生活习惯，未来4G的目标也就是实现真正的“移动办公”，这个领域也将成为全球各大手机厂商竞争的主要目标，目前已有部分手机厂商正在积极研究，随着移动通信带宽的提升，手机的数据流量、数据安全将