4G通信网络

4G通信网络 4G 4G 首先是第一代移动通信技术，就是所谓的1G，是模拟技术和频分多址技术，受传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能 是区域性通信。 在这种通信无法满足人们的时候就出现了第二代移动通信技术， 例如GSM。用的是数字的时分多址、码分多址。不过它数据传输率 太小，后来又出现了CDMA，这个技术本是军用技术，后来民用化 了，在中国，被联通率先使用，近期被卖给了中国电信。这些都是 2G。 但是，2G同样已经难以满足人们需求。针对这些缺陷，一种过渡 型的技术GPRS出现了。 GPRS盛行的同时，WCDMA也出现了，这个所谓的3G近期在 中国商界登陆。资料显示，该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数 据传输速率，现在计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的 传递。3G将有更宽的带宽，够用来做高速数据传输和宽带多媒体服 务，这是3G主要特点。但3G通信仍是基于地面、不统一的区 域性的。 3G可以比现有传输率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通 信需求。与此同时，国家为了填补我国这方面技术空白就在很早之前 开始研发的4G技术已经初露头角了，在上海首先进行室外试验，我 国通信技术最前沿终将迈向4G。 在此前，美国已出现了4G进入商业化，至今，已经有两个城市在使用。人们通过USB接上终端使用4G。 4G 1. 第四代移动通信系统可称为广带（Broadband）接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力，数据率超过UMTS，是支持高速数据率（2～20Mb/s）连接的理想模式，上网速度从2Mb/s提高到100Mb/s，具有不同速率间的自动切换能力。抗信号衰落性能 更好，其最大的传输速度将是目前“i-mode”服务的10000倍。在容量方面，可在FDMA、TDMA、CDMA的基础上引入空分多址（SDMA），容量达到3G的5～10倍。”（这是网络上的定义） 4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为 基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率 和功能的。 2. 4G移动系统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，它们由无线和核心 网的结合格式完成。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。这一服务能自适应多个无线标 准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。 3. 4G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。它主要是以正交频分复用为技术核心。通过对最适 合的可用网络提供用户所需求的最佳服务，能应付基于因特网通信所 期望的增长，增添新的频段，使频谱资源大扩展，提供不同类型的通 信接口，运用路由技术为主的网络架构，以傅利叶变换来发展硬件架 构实现第四代网络架构。 4. 4GOFDMA 在4G无线网络的早期发展过程中，系统开发者开始考虑哪种方 案最适合WiMAX以及其它基于OFDMA的设备。在许多方面，对早期无线应用的一般考虑同样适用于OFDMA：高计算性能、低功耗、编程灵活性、集成的高速外设、完善的软件平台及全面的开发工具。 可满足这些需求的DSP供应商将能提供最适合4G网络的。 4G网络的更快速度和分组传输将使高质量多媒体无处不在。实 现这种高水平服务的关键就是新的无线接口——OFDMA，而使其得以实现的关键则是新一代DSP的高性能。通过将特定频谱分成多个 子载波，OFDMA可提供需要相对较低功率的强劲信号，并可高效利 用带宽。利用OFDMA，运营商可从更大的灵活性中受益，因为在相 同的频谱下，它们可提供更多信道(包括高带宽信道)及更多种服务。 就4G标准而言，两个主要的3G标准组织——第三代合作伙伴(3GPP)和第三代合作伙伴计划第二组(3GPP2)已指出，正交频分多址(OFDMA)是它们选用的物理层传输技术。 OFDM OFDMA以正交频分复用(OFDM)为基础。OFDM技术出现已有段时间了，且已用在ADSL、Wi-Fi(802.11a/g)、DVB-H及其它高速数字传输系统中。因而OFDM在蜂窝无线领域的最初实现是定点接入 的WiMAX802.16d也就不足为奇了。该无线技术已被用于提供高速 因特网接入——既可作为诸如ADSL或有线等其它接入技术的替代， 又可在其它接入技术没覆盖的地区提供服务。 在OFDM中，采用快速傅立叶变换(FFT)将可用带宽分成数学上 正交的许多小带宽。而频带的重构是由快速傅立叶反变换(IFFT)完成的。FFT和IFFT都是定义得很完善的算法，当大小为2的整数倍时，可被非常高效地实现。OFDM系统的典型FFT大小是512、1024和2048，而较小的128和256也是可能的。可支持5、10和20MHz 带宽。该技术的一个优异特性是易于改用其它带宽。即便整个可用带 宽改变了，较小的带宽单元也可维持不变。 在OFDM系统中，可用带宽分割成许多子载波 为得到更高数据速率，OFDM系统必须比CDMA系统更有效地利用频宽。每单位赫兹的位数称为频谱效率。采用高阶调制是实现更高 效率的之一。调制是指每一子载波发送的位数。例如，在正交振 幅调制(QAM)中，每载频发送2位。在16QAM和64QAM中，每个子载波分别发送4和6位。在4G系统，因预期会采用64QAM，所以其频谱效率很高。 OFDM的另一个好处是采用了先进的多天线信号处理技术。多输 入多输出(MIMO)和波束成形(通常指AAS)是两种最常用的技术。 OFDMA OFDMA是为将OFDM技术从定点接入无线系统扩展为具有移动 能力的真正蜂窝系统而开发出来的。其底层技术是相同的，更多灵活 性是通过系统工作定义实现的。在OFDMA，子载波被组合成称为副 信道的更大单元，这些副信道进一步被组合成可分配给无线用户的 “突簇(burst)”。每个突簇分配可在帧间及该调制等级内改变，从而允 许基站根据目前的系统需求动态调整带宽用法。 4G3G2G1G 资料显示，4G 有如下优势： 1. 费用更少 4G和传统2G、3G不一样的。4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问，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的通信技术，这些技术保证了4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式，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通信网络系统时，通信营 运商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的 方法。 2、兼容性能更平滑 要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑的它的功能强大外， 还应该考虑到现有通信的基础，以便让更多的现有通信用户在投资最 少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看， 未来的第四代移动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第二代平稳过渡等特点。 3、网络频谱更宽 要想使4G通信达到100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的基础上，进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。 3、通信速度更快 华为无线产品负责人万彪说：“4G带宽将是3G网络的10多倍。我们将这种产品应用将2G、3G、4G网络合而为一，这样能为我们的 运营商节省大量的运营成本。” 与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。 4、实现更高质量的多媒体通信 尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，但未来的4G通信能满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造 价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要，第四代移动通信 系统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，为此未来的第四代移动通信系统也称为 “多媒体移动通信”。 张凯辉 国软空信