4G移动通信关键技术及特征

1、我国4G进展程度

2001年,“国家863计划”启动了面向后三代/四代(B3G/4G)的移动通信发展研究计划——未来通用无线环境研究计划(简称FuTURE计划)。其主要目标是面向未来10年无线通信领域的发展趋势与需求,重点突破新一代移动通信系统关键技术,逐步建立一个集大范围蜂窝移动通信、区域性宽带无线接入和短程无线连接为一体的通用无线电环境,为中国未来无线与移动通信产业的跨越式发展创造条件。

2001年“国家863计划”启动以来,截止到2006年已经取得了相当多的科研成果,在国内外申请移动通信技术发明专利100余项;FuTURE计划实施5年来,累计培养了近千名移动通信超前研发人才,显著增强了我国移动通信可持续发展能力。B3G/4G研究并不只是一个科研项目,更是一个推动我国未来通信产业发展的试验系统,涉及知识产权、专利、国际合作等问题,并且能为我国在下一代移动通信标准化上打下基础。在B3G/4G研究上,中国与国际同步,而B3G/4G外场技术演示和示范则在世界范围内处于领先地位。在3G技术的研究方面,我国比国外晚了8~10年,而4G技术的研究已经实现了与国际同步,这为我们拥有一个更好的发展前景奠定了基础。

我国启动4G研发以来,国内十余家大学、企业和研究所均参与其中。在FuTURE计划一期课题的支持下,北京邮电大学等国内六所高校,分别与华为、三星等国内外企业开展合作,经过一年多的艰苦努力,完成了六种无线传输链路方案的设计,并初步研究了无线资源管理方案和上层协议,基本完成了基带电路核心硬件和软件的设计和测试,并完成了支持分布式多天线接入的射频系统的设计;取得了一系列创新性研究成果,申请了30余项国家发明专利,为进一步凝炼面向“十五”末期的超3代总体技术方案打下了良好的基础。在此基础之上,国家“863”FuTURE计划于2003年11月启动了第二阶段研究开发计划。本课题研究开发的总体目标是:面向超3代移动通信在传输速率、业务支持、系统容量等方面的应用需求,在超3G移动通信系统网络结构、空中接口等各个方面,进一步开展深入系统的研究,重点突破,形成完善的超3代总体技术方案,构建具有超3代移动通信主要技术特征的试验系统,具备向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准建议的技术基础。国家“863”项目“超3代蜂窝移动通信无线网络实验系统研究与开发”子课题——“TDD系统OFDM上行链路设计与实现及TDD技术集成”由北京邮电大学无线新技术研究所承担,具体负责该课题的实施和集成。该子课题于2003年11月启动,2004年7月完成了链路方案验收,至2006年6月完成了上下行链路以及整个系统的联调工作,在2006年6月17日进行了正式验收。验收结果表明该系统已达到了国际领先水平,这标志着我国在下一代移动通信系统的研究中取得了突破性进展。

2007年1月28日,在上海快速移动的测试车上,基于IPV6的高清电视等业务的演示十分流畅。工作人员在上海延安西路高架做了2km长的覆盖,车辆在真实的路况中以50km/h的时速行驶,获得的下行速率为20Mbps~90Mbps,上行最高也可达80Mbps。这标志着我国第一个4G试验网已经正式进入第三阶段,即外场试验和预商用计划。该实验系统由三个无线覆盖小区、六个接入站点和六个移动终端组成,提供多小区、多用户模拟网络集成测试环境,验证室内、开阔地、城市热点,高架路等多种无线场景适用性,其集成测试平台提供从链路空口质量到业务承载质量、从静止模拟信道环境到实时高速移动环境下的多种测试手段。

4G由技术向产品转移,经过系统集成、产品开发等环节之后,才能进入产业化研发阶段,根据预测还要经历至少5年,也就是2012年才能实现相关产品的商用试验。

2、4G的定义

4G集3G与WLAN于一体,并能够传输高质量视频图像,图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载,比目前的拨号上网快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。

目前4G有来自ITU定义、WiMAX、4GMF和通播网等几个观点,但都尚未定论。

ITU的定义,在2005年10月18日结束的ITU-RWP8F第17次会议上,ITU给了B3G技术一个正式的名称IMT-Advanced。国际电信联盟定义为:IMT-2000技术和IMT-Advanced技术拥有一个共同的前缀“IMT”,表示移动通信;当前的WCDMA、HSDPA等技术统称为IMT-2000技术;未来的新的空中接口技术叫做IMT-Advanced技术。IMT-Advanced与IMT-2000是并列的,都是IMT的一个分支。从这个意义上讲,IMT-Advanced是3G的新发展,而不是4G。之所以称为B3G,而不是4G,是因为未来系统及标准必须继续依赖3G标准组织已发展的多项新定标准加以延伸,如IP核心网、开放业务架构及IPv6。同时,其规划又必须满足整体系统架构能够由3G系统演进到未来B3G架构的需求。按照ITU对IMT-Advanced的定义,当用户处于静止或者低速移动时,IMT-Advanced应当能够支持1000Mbps的数据业务速率;当用户处于高速移动状态时,IMT-Advanced应当能够支持100Mbps的数据业务速率。与B3G技术相比,IMT-Advanced技术的性能要高一个数量级。与此相对应,IMT-Advanced的商用时间也将在2010年以后,即在B3G技术商用以后。目前,虽然国际上正积极开展IMT-Advanced技术的预研工作,但是,对究竟采用什么样的技术才能达到预定目标方面,各个国家都还没有一个明确的认识。在系统架构上,B3G的终端设备将可以利用单一或少数的无线接口、软件无线电、智能型天线,并以最符合频宽需求或具经济可行性的方式,选择通信时的接口及协议。其可选择的接口包括WLAN、2G、2.5G、3G接口,以及B3G新规划的高速无线接口。B3G技术的发展,不仅仅包括移动通信领域的技术,也就是3GPP和3GPP2国际标准组织定义的接入技术标准发展演进路线,还包括宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的技术。

WiMAX的定义,4G是从WiMAX演进而来,是基于IP的、能覆盖广大地区的移动无线城域网,主要用于移动传送高速数据而不是语音。既是WiFi的竞争者,又是XDSL,技术的无线替代技术,构成支持高速移动和实时在线的公共无线宽带接入网。目前WiMAX是宽频无线接入(BWA)中最受关注的技术。BWA是指以无线传输方式向用户提供连接到宽带固定网络的接入技术。韩国运营商是最早商用WiMAX的运营商之一,WiBro是韩国提出的宽带无线接入标准,可以看作是802.16e标准的子集,其下行速率18.4Mbps,上行速率6.1Mbps。韩国的KT、SK都已经建立了Wibro商用网络。目前,WiMAX向4G演进的工作正在有条不紊的进行中。2006年11月,IEEE802委员会成立了新的工作组“P802.16m”,其瞄准的目标即是4G。在2008年ITU确定4G标准时,P802.16m希望能被IMT-Advanced所采纳。P802.16m的特点是能够确保与移动WiMAX的兼容,除了采用与移动WiMAX同样的“OFDMA”接驳方式外,还将实现基站的共用等功能。以WiMAX.为代表的宽带无线接入技术和以LTE、AIE为代表的移动通信技术已经非常相似,两者之间界线变得模糊。出现这样的局面,究其原因是不同的产业领域从不同方向向同一市场渗透的结果。

4GMF的定义,4G技术的重点是融合无线接入技术、移动技术和宽带技术于一体。4G的主要特征将是开放的无线结构,而不是高速无线传输技术,开放的无线结构实现多网合一。其应用将不局限于电信行业,也将广泛应用于汽车通信业、民航通信业、广播电视业、国防、政府、教育、医疗和金融系统等领域。

尽管业界的描述各有不同,但有几点是大家公认的,即4G将实现移动化、宽带化、IP化。移动化将人们从地理的限制上解脱出来,实现无时不在、无所不在的信息传递。宽带化是满足用户对视频业务、流媒体等业务带宽的需求。而下一代网络将是全IP网,从核心网到用户设备均支持IP协议。随着向4G演进,趋势将是不同的无线技术在NGN架构下融合、共存,发挥各自的优势,形成多层次的无线网络环境。


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