4G技术发展趋势分析

4G技术发展趋势分析
 
(一)
 
      业界关于下一代移动通信网络技术的叫法很多,4G只是一个通用的名称,除此之外,还有B3G、BeyondIMT-2000、IMT-Advanced技术等名称。不同组织在对4G技术的设想上存在着很大的差异。
ITU统一4G概念
      此前,世界很多组织给4G下了不同的定义,而ITU代表了传统移动蜂窝运营商对4G的看法,认为4G是基于IP协议的高速蜂窝移动网,现有的各种无线通信技术从现有3G演进,并在3GLTE阶段完成标准统一。ITU4G要求传输速率比现有网络高1000倍,达到100Mbit/s。
      在2005年10月的ITU-RWP8F第17次会议上,ITU给了4G技术一个正式的名称IMT-Advanced。按照ITU的定义,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标准继续依赖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4G架构的需求。
     总之,4G是3G技术的进一步演化,是在传统通信网络和技术的基础上不断提高无线通信的网络效率和功能。同时,它包含的不仅仅是一项技术,而是多种技术的融合。不仅仅包括传统移动通信领域的技术,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。
4G核心技术
      4G通信系统的这些特点,决定了它将采用一些不同于3G的技术。对于4G中将使用的核心技术,业界并没有太大的分歧。总结起来,有以下几种。
1.正交频分复用(OFDM)技术
      OFDM是一种无线环境下的高速传输技术,其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。尽管总的信道是非平坦的,即具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰,对多径衰落和多普勒频移不敏感,提高了频谱利用率,可实现低成本的单波段接收机。
2.软件无线电
      软件无线电的基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现,使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说,是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。
3.智能天线技术
      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,是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。
4.多输入多输出(MIMO)技术
      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,能够有效地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,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。
5.基于IP的核心网
      4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构,能允许各种空中接口接入核心网;同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后,所采用的无线接入方式和协议与核心网络 (CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。
世界各国对4G的研发进展
      国际电信联盟(ITU)为4G制定了明确的时间表:2006年至2007年完成频谱规划,2010年左右完成全球统一的标准化工作,2010年之后开始商用。其中,4G技术提案将从2008年开始征集。
      目前,全球范围内许多国家和地区都在加紧对4G的研究,各国组织了如无线世界研究论坛WWRF、欧盟第六框架项目、日本的移动IT论坛mITF、韩国的下一代移动通信委员会NGMC以及我国的“FuTURE论坛”等多个论坛和联合体,致力于在4G的正式标准化组织成立之前,联合更多的力量,推广自己的技术标准,以便在4G时代获得更多的利益。
 
 
4G技术发展趋势分析
 
 
1.欧洲积极完善4G研究体系
欧洲较为著名4G的研究工作包括欧盟第六框架的WINNER研究计划和WWRF组织。
WINNER项目组对于4G移动和无线通信系统技术研究课题的目标是实现“随时随地的最优化接入”。WINNER项目组已经把4G系统认定为一个综合的通信系统。
WINNER项目组第一阶段已于2005年底完成,主要是就各种4G关键技术进行了广泛的调研,形成系统化的研究结论;目前正在进行的是第二阶段4G的系统设计和性能评估过程,形成完善的技术方案;2008年开始第三阶段,主要进行演示系统的开发和实验。
世界无线研究论坛(WWRF)于2001年8月成立,由欧洲的4家移动设备生产商?阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子组成。该论坛以3G以后的发展为研究方向,预计4G技术将在2010年开始投入应用。
2.日本提前规划技术标准
2001年5月,日本政府宣布,政府和主要的移动通信企业已为4G技术制定了基础发展计划,4G技术将于2005年成形。同时日本总务省与 NTTDoCoMo等日本移动通信业巨头在4G移动通信技术的基础性能要求方面达成共识。目前日本的4G研究是以mITF为主来进行的,近几年已经进行了很多项课题研究。
到目前为止,mITF已经完成了4G技术的愿景(Vision)、系统要求和技术分析三个文档。目前正在进行的是系统和技术标准的制定,预计将在2007年底之前完成。
以mITF的研究工作为基础,日本的企业也在进行着积极的研究,如NTTDoCoMo和KDDI等运营商都确定了4G的演进目标和发展思路。
3.韩国4G系统的技术规范略具雏形
韩国的情报通信部(MIC)已经将4G列入政府的研究开发课题,并制定了中长期的发展计划,分两个阶段进行4G的研发活动。第一阶段的研究是以韩国电子通信研究院ETRI为主导,从2002年1月开始启动,到2007年研发出4G移动通信的主要核心技术和试验系统。
韩国信息通信部MIC于2003年9月成立了下一代移动通信委员会NGMC来专门进行4G通信系统方面的研究。目前,韩国的各大企业和研究机构在MIC计划的指导下,各自制定了自己的4G发展计划,并积极开展4G技术的试验。2006年8月,韩国三星电子公司对自己开发的4G移动通信技术进行了公开试验并取得预期效果,所展示的4G终端在移动环境下实现了静止时以1Gbit/s级的速度和移动时以100Mbit/s级的传输速度连续无停顿传输数据。
4.美国看好WLAN在4G中的作用
到目前为止,北美地区在政府层面对4G还没有什么具体行动,主要是在IEEE中有一些相应的研究工作,主要集中在WiMAX的802.16m标准上。
按照IEEE802.16工作组的规划,IEEE将于2009年年底完成802.16m标准的制定。其目标是形成一个具有竞争性和突破性的宽带无线接入技术,符合ITU-RIMT-Advanced中对4G技术的要求,同时保持与现有移动WiMAX标准的互用性。802.16m的传输速率目标为固定状态下达到1Gbit/s,移动状态下达到100Mbit/s,频谱利用率将最高达到10bit/s/Hz,并将提高广播、多媒体以及VoIP业务的性能。
总的来说,北美的通信厂商和欧洲部分通信厂商的观点是存在差异的,其大部分厂商认为4G应该从WiMAX开始演进,同时WLAN应该在4G中发挥更大的作用。此外,美国一些大的通信企业也正在进行相关的试验,积极为4G时代的到来做准备。
5.中国稳步推进4G发展
2001年,国家“863”计划启动了面向B3G/4G的移动通信发展研究计划?FuTURE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。
我国已经启动4G研发有5年的时间了,国内十余家大学、企业和研究所均参与其中。“FuTURE计划”发展计划如下:
●2001年~2003年为FuTURE计划的第一阶段(关键技术攻关);
●2003年~2006年为第二阶段(系统和应用演示);
●2006年~2010年为第三阶段(外场试验和预商用)。
2006年10月31日,4G外场试验系统在上海通过了现场验收,正式将FuTRUE计划带入了第三阶段。这是全球进行的首次关于4G技术的应用测试,也是目前为止全世界最大的4G实验系统:共包括6个节点,3个信道,6个终端,并引入了如IPv6核心网络、IPTV高清晰度业务与移动通信切换等技术。实验系统频点3.5GHz、带宽20MHz,采用协同分布式无线电蜂窝构架、混合FDD/TDD双工方式、GMC/OFDM多址技术。
FuTURE计划在新一代移动通信无线组网、传输与多址等基础技术方面进行了一系列创新。并已申请了186项国际、国内发明专利,向3GPP和3GPP2 和CCSA等国内外标准化组织提交了100余项标准化提案,一批核心技术已被国际标准化组织所采纳,带动了包括TD-SCDMA在内的3G演进技术的发展。
FuTURE计划实施的过程中,工作组先后与欧盟、韩国、日本等政府以及一批跨国公司与研究机构签署了双边合作协议,并已成为世界范围内推动新一代移动通信技术发展的重要组成部分。我国目前已决定,将在更多地区进行4G系统的测试工作,且要赶在2010年前对其进行商业化测试。
4G发展预期
1.市场规模
(1)设备
为了达到4G网络所需要达到的速率要求,现在的移动运营商必须部署更多的基站。有人粗略地计算过,为达到10倍于3G的速率,4G至少需要3倍于现有基站的数量。
(2)用户市场
由于4G是多种技术的融合,能提供较高速率的数据流量,4G的下载速度将比以往的系统性能有着较大飞跃。因此,可以说,4G技术支持的终端必将是多模式、多频段、支持多业务的智能终端,融合和共存是其发展趋势,因此,可以预测,4G将拥有庞大的用户市场。
2.商用时间
此前韩国、日本都表示,约在2010年左右实现4G商用;日本在第18届WP8F大会上建议4G技术规范出台时间在2010年。我国也表示,要在2010 年前完成4G的商业化测试。从目前的通信技术发展特点来看,4G的商用时间也将在2010年以后,即在E3G技术商用以后。按照移动通信技术每10年产生一代新体制的发展规律,2010年是4G商用具有里程碑式意义的一年。
 
 

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