4G通信系統關鍵技術

摘要　本文首先提出了3G系統目前存在的局限性，由此概括介紹了4G的引入及概念，并分別對其可能采用的新技術及網絡構架的變動進行了簡要介紹。最后列我國即將進行的3G通信系統建設與4G通信系統的關系進行闡述，并對4G的未來做出展望。

1　引言

隨著近年來3GPP各版本標準的逐一制定完成，特別是R99版本已相對成熟，3G網絡的建設呈現出一觸即發的勢頭，而3G牌照的發放將極有可能成為我國3G建設的觸發點。然而，由于3G系統本身所具有的局限性已經引起人們的注意，因此世界通信業界的專家們已將目光更遠的放向了“后3G技術”(IMT-2OOO Beyond)，也可以稱為4G甚至是5G技術。

3G的局限性主要體現在以下的幾個方面。

(1)難以達到較高的通信速率。3G采用的是CDMA技術，CDMA本身是一個自擾系統，所有的移動用戶都占用相同的帶寬和頻率，因此在系統容量有限的情況下，用戶數越多，越難達到較高的通信速率，不能夠滿足用戶對高速多媒體業務的要求；

(2)難以提供動態范圍多速率業務。由于3G空中接口標準對核心網有所限制，因此3G將難以提供具有多種QoS及性能的各種速率的業務；

(3)難以實現不同頻段的不同業務環境間的無縫漫游。由于采用不同頻段的不同業務環境，需要移動終端配置有相應不同的軟、硬件模塊，而3G移動終端目前尚不能夠實現多業務環境的不同配置。

基于以上3G系統的一些局限性，人們希望能夠通過“后3G技術”來解決它們，并在未來能夠真正實現“任何人在任何地點以任何形式接入網絡”的夢想。

本文主要對4G的相關技術進行介紹，并對3G與4G的關系，以及因4G技術的發展而可能對我國3G網絡建設帶來的影響闡述個人的觀點。

2　4G的產生及概念

自移動通信誕生之日起，其主流業務一直是人與人之間的語音業務。隨著Internet及多媒體技術的快速發展，用戶越來越不滿足僅僅通過語音進行溝通的單一通信方式，以及人與人的單一通信對象。人們希望移動通信系統能夠提供更廣泛的業務種類，例如因特網接入、圖像傳送、視頻點播、數據互傳、甚至實時的觀看電視節目等數據或多媒體業務。同時也希望能夠從目前的人與人之間的通信發展到人與機器、甚至機器與機器之間的通信。此外，對于運營商來說，則更希望下一代的通信系統能夠更易于加載各類新業務及融合新技術，而無需頻繁的進行系統變動。這些需求將會使得移動通信模式發生較大的變化。

移動通信系統從2G到3G的發展實現了從單純的語音通信向數據通信的跨越，但因為前面所述的種種原因，3G對無線多媒體業務的提供能力及質量將注定不夠理想，并且網絡的智能化仍有待提高，再加之信息時代的迅猛發展，這一切無疑推動了業界對下一代通信系統的研發工作。2000年10月6日國際電信聯盟(ITU) 在加拿大蒙特利爾市成立了“IMT 2000 and Beyond”工作組，歐洲、日本、韓國對4G的研究也陸續展開，我國在2002年3月也正式宣布啟動對4G通信系統的研究工作。在2002年5月ITU 召開的“IMT 2000 and Systems Beyond”研討會上，mITF系統子委員會主席Watanabe先生將未來的通信系統描述為具備以下特征的系統。

(1)用戶可以在任何地點、任何時間以任何方式不受限的接入網絡中來；

(2)移動終端可以是任何類型的；

(3)用戶可以自由的選擇業務、應用和網絡；

(4)可以實現非常先進的移動電子商務；

(5)新的技術可以非常容易的被引入到系統和業務中來。

根據他的描述，未來的4G系統則至少具備以下5個基本條件。

(1)具有很高的傳輸速率和傳輸質量。未來的移動通信系統應該能夠承載大量的多媒體信息，因此要具備50-100Mbit/s的最大傳輸速率、非對稱的上下行鏈路速率、地區的連續覆蓋、QoS機制、很低的比特開銷等功能；

(2)靈活多樣的業務功能。未來的移動通信網絡應能使各類媒體、通信主機及網絡之間進行“無縫”連接，使得用戶能夠自由的在各種網絡環境間無縫漫游，并覺察不到業務質量上的變化，因此新的通信系統要具備媒體轉換、網間移動管理及鑒權、Ad hoc網絡(自組網)、代理等功能；

(3)開放的平臺。未來的移動通信系統應在移動終端、業務節點及移動網絡機制上具有“開放性”，使得用戶能夠自由的選擇協議、應用和網絡。讓應用業務提供商(ASP)及內容提供商能夠提供獨立于操作的業務及內容。使定位信息和計費信息能夠在各個網絡和各類應用之間共享。改良的安全機制能夠作用于廣泛的功能范圍；

(4)高度智能化的網絡。未來的移動通信網將是一個高度自治、自適應的網絡，具有很好的重構性、可變性、自組織性等，以便于滿足不同用戶在不同環境下的通信需求；

(5)高度可靠的鑒權及安全機制。未來的移動通信網將是一個基于分組數據網絡，如何保證數據的安全可靠性將直接影響到整個網絡的生存力，也會影響到用戶對整個網絡的信任程度。

目前業界對4G的定義從不同的角度給出了很多種提法，以下是普遍認可的一種解釋，4G的概念可稱為廣帶接入和分布網絡，具有非對稱的和超過2Mbit/s的數據傳輸能力。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統和互操作的廣播網絡(基于地面和衛星系統)。此外，4G將是多功能集成的寬帶移動通信系統，也是寬帶接入IP系統。其主要技術指標如下。

(1)數據速率達到上行速率30Mbit/s、下行速率100Mbit/s。終端移動速率從步行提高到車速甚至更高；

(2)頻譜寬度：帶寬達到1.2-1.7GHz；

(3)頻帶：5GHz。

為了達到上述的技術指標及實現各項功能，在4G系統中勢必將引入新的技術手段，下面本文將對4G系統中可能將采用的主要新技術進行簡單介紹。