G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一.4G通信技術(shù)的概念

4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。

二.4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。1)物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能。2)中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等。3)物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的,使發(fā)展和提供新的服務(wù)變得更容易,提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù),并運行于多個頻帶,這一服務(wù)能自適應(yīng)于多個無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端,跨越多個運營商和服務(wù)商,提供更大范圍服務(wù)。三.4G通信的關(guān)鍵技術(shù)1.正交頻分復(fù)用（OFDM）

OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，因此可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM還可以在不同的子信道上自適應(yīng)地分配傳輸負(fù)荷，這樣可優(yōu)化總的傳輸速率。OFDM技術(shù)還能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在OFDM系統(tǒng)中由于各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。OFDM與FDM對比2.智能天線(SA)與多入多出天線(MIMO)技術(shù)智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)想要的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量，其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相關(guān)無線收發(fā)信機來實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射。同時通過基帶數(shù)字信號處理器，對各個天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實現(xiàn)上行波束賦形。目前智能天線的工作方式主要有兩種：全自適應(yīng)方式和基于多波束的波束切換方式。多入多出天線(MIMO)技術(shù)該技術(shù)最早是由馬克尼（GuglielmoMarconi）于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系統(tǒng)，MIMO還可以包括SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系統(tǒng)和MISO(Multiple-InputSingle-Output)系統(tǒng)3.軟件無線電技術(shù)軟件無線電是利用數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)無線功能的技術(shù)，能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。其優(yōu)點是：（1）通過軟件方式，靈活完成硬件功能；（2）具有良好的靈活性及可編程性；（3）可代替昂貴的硬件電路，實現(xiàn)復(fù)雜的功能；（4）對環(huán)境的適應(yīng)性好，不會老化；（5）便于系統(tǒng)升級，降低用戶設(shè)備費用。軟件無線電基本結(jié)構(gòu)

軟件無線電技術(shù)被認(rèn)為是可以將不同形式的通信技術(shù)有效聯(lián)系在一起的惟一技術(shù)。在4G移動通信系統(tǒng)中，軟件將會變得非常繁雜。4.基于IP的的核心網(wǎng)4G移動通通信系統(tǒng)的的核心網(wǎng)是是一個基于于全I(xiàn)P的的網(wǎng)絡(luò),可可以實現(xiàn)不不同網(wǎng)絡(luò)間間的無縫互互聯(lián)。核心心網(wǎng)獨立于于各種具體體的無線接接入方案,能提供端端到端的IP業(yè)務(wù),能同已有有的核心網(wǎng)網(wǎng)和PSTN兼容。。核心網(wǎng)具具有開放的的結(jié)構(gòu),能能允許各種種空中接口口接入核心心網(wǎng);同時時核心網(wǎng)能能把業(yè)務(wù)、、控制和傳傳輸?shù)确珠_開。IP與與多種無線線接入?yún)f(xié)議議相兼容,因此在設(shè)設(shè)計核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時具有有很大的靈靈活性,不不需要考慮慮無線接入入究竟采用用何種方式式和協(xié)議。。四.4G網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的的五大標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（1）LTELTE(LongTermEvolution,長長期演進(jìn))項目是3G的演進(jìn)進(jìn)，它改進(jìn)進(jìn)并增強了了3G的空空中接入技技術(shù)，采用用OFDM和MIMO作為其其無線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)演進(jìn)的唯唯一標(biāo)準(zhǔn)。。主要特點點是在20MHz頻譜帶寬寬下能夠提提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的的峰值速率率，相對于于3G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)大大的提提高了小區(qū)區(qū)的容量，，同時將網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延遲大大大降低：：內(nèi)部單向向傳輸時延延低于5ms，控制制平面從睡睡眠狀態(tài)到到激活狀態(tài)態(tài)遷移時間間低于50ms，從從駐留狀態(tài)態(tài)到激活狀狀態(tài)的遷移移時間小于于100ms。并且且這一標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)也是3GPP長期期演進(jìn)(LTE)項項目，是近近兩年來3GPP啟啟動的最大大的新技術(shù)術(shù)研發(fā)項目目，其演進(jìn)進(jìn)的歷史如如下：GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->LTE長期演進(jìn)進(jìn)GSM：9K-->GPRS:42K-->EDGE:172K-->WCDMA：：364k-->HSDPA/HSUPA:14.4M-->HSDPA+/HSUPA+:42M-->LTE:300M（2）LTE-AdvancedLTE-Advanced的的正式名稱稱為FurtherAdvancementsforE-UTRA，它滿滿足ITU-R的的IMT-Advanced技術(shù)征集集的需求，，是3GPP形成歐歐洲IMT-Advanced技術(shù)提提案的一個個重要來源源。LTE-Advanced是一一個后向兼兼容的技術(shù)術(shù)，完全兼兼容LTE，是演進(jìn)進(jìn)而不是革革命，相當(dāng)當(dāng)于HSPA和WCDMA這這樣的關(guān)系系。LTE-Advanced的相關(guān)關(guān)特性如下下：帶寬：100MHz峰值速率：：下行1Gbps，，上行500Mbps峰值頻譜效效率：下行行30bps/Hz，上行15bps/Hz（3）WiMaxWiMax：WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，，即全球微微波互聯(lián)接接入，WiMAX的的另一個名名字是IEEE802.16。WiMAX的的技術(shù)起點點較高，WiMax所能提供供的最高接接入速度是是70M，，這個速度度是3G所所能提供的的寬帶速度度的30倍倍。對無線線網(wǎng)絡(luò)來說說，這的確確是一個驚驚人的進(jìn)步步。WiMAX逐步步實現(xiàn)寬帶帶業(yè)務(wù)的移移動化，而而3G則實實現(xiàn)移動業(yè)業(yè)務(wù)的寬帶帶化，兩種種網(wǎng)絡(luò)的融融合程度會會越來越高高，這也是是未來移動動世界和固固定網(wǎng)絡(luò)的的融合趨勢勢。（4）HSPA+：高速下下行鏈路分分組接入技技術(shù)HSPA+符合LTE的長期期演化規(guī)范范，將作為為4G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與其其它的4G網(wǎng)絡(luò)同時時存在，它它將很有利利于目前全全世界范圍圍的WCDMA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和HSPA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的升級與與過度，成成本上的優(yōu)優(yōu)勢很明顯顯。對比HSPA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，HSPA+在在室內(nèi)吞吐吐量約提高高12.58%，，室外小區(qū)區(qū)吞吐量約約提高32.4%，，能夠適應(yīng)應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)絡(luò)下的數(shù)據(jù)據(jù)處理，將將是短期內(nèi)內(nèi)4G標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的理想選選擇。目前前聯(lián)通已經(jīng)經(jīng)在著手相相關(guān)的規(guī)劃劃，T-Mobile也開通通了這個個4G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，但是由由于4G標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)并沒有有被ITU完全確定定下來，所所以動作并并不大。（5）WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced：：WirelessMAN-Advanced事實上上就是WiMax的的升級版，，即IEEE802.11m標(biāo)準(zhǔn)，，802.16系列列標(biāo)準(zhǔn)在IEEE正正式稱為WirelessMAN，，而WirelessMAN-Advanced極為IEEE802.16m。。其中，802.16m最高高可以提供供1Gbps無線傳傳輸速率，，還將兼容容未來的4G無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。802.16m可在在“漫游””模式或高高效率/強強信號模式式下提供1Gbps的下行速速率。該標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)還支持持“高移動動”模式，，能夠提供供1Gbps速率。。其優(yōu)勢如如下：1、提高網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，，改建鏈路路預(yù)算；2、提高頻頻譜效率；；3、提高數(shù)數(shù)據(jù)和VOIP容量量；4、低時延延&QoS增強；5、功耗節(jié)節(jié)省；五.4G對對3G網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信的優(yōu)優(yōu)勢（1）４Ｇ通信速速度更快第一代模擬擬式僅提供供語音服務(wù)務(wù)；第二代代數(shù)位式移移動通信系系統(tǒng)傳輸速速率也只有有9.6Kbps，，最高可達(dá)達(dá)32Kbps，如如PHS；；而第三代代移動通信信系統(tǒng)數(shù)據(jù)據(jù)傳輸速率率可達(dá)到2Mbps；專家則則預(yù)估，第第四代移動動通信系統(tǒng)統(tǒng)可以達(dá)到到10Mbps至20Mbps，甚至至最高可以以達(dá)到每秒秒高達(dá)100Mbps速度傳傳輸無線信信息，這種種速度會相相當(dāng)于現(xiàn)階階段最新手手機的傳輸輸速度的1萬倍左右右。（2）通信更加靈靈活人們可以想想象的是，，眼鏡、手手表、化妝妝盒、旅游游鞋，以方方便和個性性為前提，，任何一件件能看到的的物品都有有可能成為為4G終端端，只是人人們還不知知應(yīng)該怎么么稱呼它。。未來的4G通信使使人們不僅僅可以隨時時隨地通信信，更可以以雙向下載載傳遞資料料、圖畫、、影像，當(dāng)當(dāng)然更可以以和從未謀謀面的陌生生人網(wǎng)上聯(lián)聯(lián)線對打游游戲。也許許有被網(wǎng)上上定位系統(tǒng)統(tǒng)永遠(yuǎn)鎖定定無處遁形形的苦惱，，但是與它它據(jù)此提供供的地圖帶帶來的便利利和安全相相比，這簡簡直可以忽忽略不計。。（3）智能性能更更高第四代移動動通信的智智能性更高高，不僅表表現(xiàn)于4G通信的終終端設(shè)備的的設(shè)計和操操作具有智智能化，例例如對菜單單和滾動操操作的依賴賴程度會大大大降低，，更重要的的4G手機機可以實現(xiàn)現(xiàn)許多難以以想象的功功能。例如如4G手機機能根據(jù)環(huán)環(huán)境、時間間以及其他他設(shè)定的因因素來適時時地提醒手手機的主人人此時該做做什么事，，或者不該該做什么事事，4G手手機可以把把電影院票票房資料，，直接下載載到PDA之上，這這些資料能能夠把售票票情況、座座位情況顯顯示得清清清楚楚，大大家可以根根據(jù)這些信信息來進(jìn)行行在線購買買自己滿意意的電影票票；4G手手機可以被被看作是一一臺手提電電視，用來來看體育比比賽之類的的各種現(xiàn)場場直播。（4）兼容容性能更平平滑要使4G通通信盡快地地被人們接接受，不但但考慮的它它的功能強強大外，還還應(yīng)該考慮慮到現(xiàn)有通通信的基礎(chǔ)礎(chǔ)，以便讓讓更多的現(xiàn)現(xiàn)有通信用用戶在投資資最少的情情況下就能能很輕易地地過渡到4G通信。。因此，從從這個角度度來看，未未來的第四四代移動通通信系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)當(dāng)具備全全球漫游，，接口開放放，能跟多多種網(wǎng)絡(luò)互互聯(lián)，終端端多樣化以以及能從第第二代平穩(wěn)穩(wěn)過渡等特特點。（5）實現(xiàn)更高質(zhì)質(zhì)量的多媒媒體通信盡管第三代代移動通信信系統(tǒng)也能能實現(xiàn)各種種多媒體通通信，但未未來的4G通信能滿滿足第三代代移動通信信尚不能達(dá)達(dá)到的在覆覆蓋范圍、、通信質(zhì)量量、造價上上支持的高高速數(shù)據(jù)和和高分辨率率多媒體服服務(wù)的需要要，第四代代移動通信信系統(tǒng)提供供的無線多多媒體通信信服務(wù)包括括語音、數(shù)數(shù)據(jù)、影像像等大量信信息透過寬寬頻的信道道傳送出去去，為此未未來的第四四代移動通通信系統(tǒng)也也稱為“多多媒體移動動通信”。。第四代移移動通信不不僅僅是為為了因應(yīng)用用戶數(shù)的增增加，更重重要的是，，必須要因因應(yīng)多媒體體的傳輸需需求，當(dāng)然然還包括通通信品質(zhì)的的要求?？偪偨Y(jié)來說，，首先必須須可以容納納市場龐大大的用戶數(shù)數(shù)、改善現(xiàn)現(xiàn)有通信品品質(zhì)不良，，以及達(dá)到到高速數(shù)據(jù)據(jù)傳輸?shù)囊?。?）通信費用更更加便宜由于4G通通信不僅解解決了與3G通信的的兼容性問問題，讓更更多的現(xiàn)有有通信用戶戶能輕易地地升級到4G通信，，而且4G通信引入入了許多尖尖端的通信信技術(shù)，這這些技術(shù)保保證了4G通信能提提供一種靈靈活性非常常高的系統(tǒng)統(tǒng)操作方式式，因此相相對其他技技術(shù)來說，，4G通信信部署起來來就容易迅迅速得多；；同時在建建設(shè)4G通通信網(wǎng)絡(luò)系系統(tǒng)時，通通信營運商商們會考慮慮直接在3G通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)施之上上，采用逐逐步引入的的方法，這這樣就能夠夠有效地降降低運行者者和用戶的的費用。據(jù)據(jù)研究人員員宣稱，4G通信的的無線即時時連接等某某些服務(wù)費費用會比3G通信更更加便宜。。六.4G網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信面面臨的挑戰(zhàn)戰(zhàn)（1）標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)統(tǒng)一雖然從理論論上講，3G手機用用戶在全球球范圍都可可以進(jìn)行移移動通信，，但是由于于沒有統(tǒng)一一的國際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，各種種移動通信信系統(tǒng)彼此此互不兼容容，給手機機用戶帶來來諸多不便便。因此，，開發(fā)第四四代移動通通信系統(tǒng)必必須首先解解決通信制制式等需要要全球統(tǒng)一一的標(biāo)準(zhǔn)化化問題，而而世界各大大通信廠商商將會對此此一直在爭爭論不休。。（2）容量受到限限制人們對未來來的4G通通信的印象象最深的莫莫過于它的的通信傳輸輸速度將會會得到極大大提升，從從理論上說說其所謂的的每秒100MB的的寬帶速度度，比目前前手機信息息傳輸速度度每秒10KB要快快1萬多倍倍，但手機機的速度將將受到通信信系統(tǒng)容量量的限制，，如系統(tǒng)容容量有限，，手機用戶戶越多，速速度就越慢慢。據(jù)有關(guān)關(guān)行家分析析，4G手手機將很難難達(dá)到其理理論速度。。如果速度度上不去，，4G手機機就要大打打折扣。（3）市場難以消消化有專家預(yù)測測在10年年以后，第第三代移動動通信的多多媒體服務(wù)務(wù)會進(jìn)入第第三個發(fā)展展階段，此此時覆蓋全全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)經(jīng)基本建成成，全球25%以上上人口使用用第三代移移動通信系系統(tǒng)，第三三代技術(shù)仍仍然在緩慢慢地進(jìn)入市市場，到那那時整個行行業(yè)正在消消化吸收第第三代技術(shù)術(shù)，對于第第四代移動動通信系統(tǒng)統(tǒng)的接受還還需要一個個逐步過渡渡的過程。。另外，在在過渡過程程中，如果果4G通信信因為系統(tǒng)統(tǒng)或終端的的短缺而導(dǎo)導(dǎo)致延遲的的話，那么么號稱5G的技術(shù)隨隨時都有可可能威脅到到4G的贏贏利計劃，，此時4G漫長的投投資回收和和贏利計劃劃會變得異異常的脆弱弱。（4））設(shè)施施難難以以更更新新在部部署署4G通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)系系統(tǒng)統(tǒng)之之前前，，覆覆蓋蓋全全球球的的大大部部分分無無線線基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)施施都都是是基基于于第第三三代代移移動動通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)建建立立的的，，如如果果要要向向第第四四代代通通信信技技術(shù)術(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移的的話話，，那那么么全全球球的的許許多多無無線線基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)施施都都需需要要經(jīng)經(jīng)歷歷著著大大量量的的變變化化和和更更新新，，這這種種變變化化和和更更新新勢勢必必減減緩緩4G通通信信技技術(shù)術(shù)全全面面進(jìn)進(jìn)入入市市場場、、占占領(lǐng)領(lǐng)市市場場的的速速度度。。而而且