4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)及特征

1、我國4G進(jìn)展程度

2001年，“國家863計(jì)劃”啟動(dòng)了面向后三代/四代（B3G/4G）的移動(dòng)通信發(fā)展研究計(jì)劃——未來通用無線環(huán)境研究計(jì)劃（簡稱FuTURE計(jì)劃）。其主要目標(biāo)是面向未來10年無線通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與需求，重點(diǎn)突破新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，逐步建立一個(gè)集大范圍蜂窩移動(dòng)通信、區(qū)域性寬帶無線接入和短程無線連接為一體的通用無線電環(huán)境，為中國未來無線與移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展創(chuàng)造條件。

2001年“國家863計(jì)劃”啟動(dòng)以來，截止到2006年已經(jīng)取得了相當(dāng)多的科研成果，在國內(nèi)外申請移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)明專利100余項(xiàng)；FuTURE計(jì)劃實(shí)施5年來，累計(jì)培養(yǎng)了近千名移動(dòng)通信超前研發(fā)人才，顯著增強(qiáng)了我國移動(dòng)通信可持續(xù)發(fā)展能力。B3G/4G研究并不只是一個(gè)科研項(xiàng)目，更是一個(gè)推動(dòng)我國未來通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的試驗(yàn)系統(tǒng)，涉及知識產(chǎn)權(quán)、專利、國際合作等問題，并且能為我國在下一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化上打下基礎(chǔ)。在B3G/4G研究上，中國與國際同步，而B3G/4G外場技術(shù)演示和示范則在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在3G技術(shù)的研究方面，我國比國外晚了8～10年，而4G技術(shù)的研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與國際同步，這為我們擁有一個(gè)更好的發(fā)展前景奠定了基礎(chǔ)。

我國啟動(dòng)4G研發(fā)以來，國內(nèi)十余家大學(xué)、企業(yè)和研究所均參與其中。在FuTURE計(jì)劃一期課題的支持下，北京郵電大學(xué)等國內(nèi)六所高校，分別與華為、三星等國內(nèi)外企業(yè)開展合作，經(jīng)過一年多的艱苦努力，完成了六種無線傳輸鏈路方案的設(shè)計(jì)，并初步研究了無線資源管理方案和上層協(xié)議，基本完成了基帶電路核心硬件和軟件的設(shè)計(jì)和測試，并完成了支持分布式多天線接入的射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，申請了30余項(xiàng)國家發(fā)明專利，為進(jìn)一步凝煉面向“十五”末期的超3代總體技術(shù)方案打下了良好的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上，國家“863”FuTURE計(jì)劃于2003年11月啟動(dòng)了第二階段研究開發(fā)計(jì)劃。本課題研究開發(fā)的總體目標(biāo)是：面向超3代移動(dòng)通信在傳輸速率、業(yè)務(wù)支持、系統(tǒng)容量等方面的應(yīng)用需求，在超3G移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、空中接口等各個(gè)方面，進(jìn)一步開展深入系統(tǒng)的研究，重點(diǎn)突破，形成完善的超3代總體技術(shù)方案，構(gòu)建具有超3代移動(dòng)通信主要技術(shù)特征的試驗(yàn)系統(tǒng)，具備向ITU提交初步的新一代無線通信體制標(biāo)準(zhǔn)建議的技術(shù)基礎(chǔ)。國家“863”項(xiàng)目“超3代蜂窩移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究與開發(fā)”子課題——“TDD系統(tǒng)OFDM上行鏈路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及TDD技術(shù)集成”由北京郵電大學(xué)無線新技術(shù)研究所承擔(dān)，具體負(fù)責(zé)該課題的實(shí)施和集成。該子課題于2003年11月啟動(dòng)，2004年7月完成了鏈路方案驗(yàn)收，至2006年6月完成了上下行鏈路以及整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)工作，在2006年6月17日進(jìn)行了正式驗(yàn)收。驗(yàn)收結(jié)果表明該系統(tǒng)已達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，這標(biāo)志著我國在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究中取得了突破性進(jìn)展。

2007年1月28日，在上海快速移動(dòng)的測試車上，基于IPV6的高清電視等業(yè)務(wù)的演示十分流暢。工作人員在上海延安西路高架做了2km長的覆蓋，車輛在真實(shí)的路況中以50km/h的時(shí)速行駛，獲得的下行速率為20Mbps～90Mbps，上行最高也可達(dá)80Mbps。這標(biāo)志著我國第一個(gè)4G試驗(yàn)網(wǎng)已經(jīng)正式進(jìn)入第三階段，即外場試驗(yàn)和預(yù)商用計(jì)劃。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由三個(gè)無線覆蓋小區(qū)、六個(gè)接入站點(diǎn)和六個(gè)移動(dòng)終端組成，提供多小區(qū)、多用戶模擬網(wǎng)絡(luò)集成測試環(huán)境，驗(yàn)證室內(nèi)、開闊地、城市熱點(diǎn)，高架路等多種無線場景適用性，其集成測試平臺提供從鏈路空口質(zhì)量到業(yè)務(wù)承載質(zhì)量、從靜止模擬信道環(huán)境到實(shí)時(shí)高速移動(dòng)環(huán)境下的多種測試手段。

4G由技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)移，經(jīng)過系統(tǒng)集成、產(chǎn)品開發(fā)等環(huán)節(jié)之后，才能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化研發(fā)階段，根據(jù)預(yù)測還要經(jīng)歷至少5年，也就是2012年才能實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的商用試驗(yàn)。

2、4G的定義

4G集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號上網(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。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動(dòng)，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。

目前4G有來自ITU定義、WiMAX、4GMF和通播網(wǎng)等幾個(gè)觀點(diǎn)，但都尚未定論。

ITU的定義，在2005年10月18日結(jié)束的ITU-RWP8F第17次會議上，ITU給了B3G技術(shù)一個(gè)正式的名稱IMT-Advanced。國際電信聯(lián)盟定義為：IMT-2000技術(shù)和IMT-Advanced技術(shù)擁有一個(gè)共同的前綴“IMT”，表示移動(dòng)通信；當(dāng)前的WCDMA、HSDPA等技術(shù)統(tǒng)稱為IMT-2000技術(shù)；未來的新的空中接口技術(shù)叫做IMT-Advanced技術(shù)。IMT-Advanced與IMT-2000是并列的，都是IMT的一個(gè)分支。從這個(gè)意義上講，IMT-Advanced是3G的新發(fā)展，而不是4G。之所以稱為B3G，而不是4G，是因?yàn)槲磥硐到y(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)必須繼續(xù)依賴3G標(biāo)準(zhǔn)組織已發(fā)展的多項(xiàng)新定標(biāo)準(zhǔn)加以延伸，如IP核心網(wǎng)、開放業(yè)務(wù)架構(gòu)及IPv6。同時(shí)，其規(guī)劃又必須滿足整體系統(tǒng)架構(gòu)能夠由3G系統(tǒng)演進(jìn)到未來B3G架構(gòu)的需求。按照ITU對IMT-Advanced的定義，當(dāng)用戶處于靜止或者低速移動(dòng)時(shí)，IMT-Advanced應(yīng)當(dāng)能夠支持1000Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率；當(dāng)用戶處于高速移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，IMT-Advanced應(yīng)當(dāng)能夠支持100Mbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率。與B3G技術(shù)相比，IMT-Advanced技術(shù)的性能要高一個(gè)數(shù)量級。與此相對應(yīng)，IMT-Advanced的商用時(shí)間也將在2010年以后，即在B3G技術(shù)商用以后。目前，雖然國際上正積極開展IMT-Advanced技術(shù)的預(yù)研工作，但是，對究竟采用什么樣的技術(shù)才能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)方面，各個(gè)國家都還沒有一個(gè)明確的認(rèn)識。在系統(tǒng)架構(gòu)上，B3G的終端設(shè)備將可以利用單一或少數(shù)的無線接口、軟件無線電、智能型天線，并以最符合頻寬需求或具經(jīng)濟(jì)可行性的方式，選擇通信時(shí)的接口及協(xié)議。其可選擇的接口包括WLAN、2G、2.5G、3G接口，以及B3G新規(guī)劃的高速無線接口。B3G技術(shù)的發(fā)展，不僅僅包括移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)，也就是3GPP和3GPP2國際標(biāo)準(zhǔn)組織定義的接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展演進(jìn)路線，還包括寬帶無線接入領(lǐng)域的新技術(shù)及廣播電視領(lǐng)域的技術(shù)。

WiMAX的定義，4G是從WiMAX演進(jìn)而來，是基于IP的、能覆蓋廣大地區(qū)的移動(dòng)無線城域網(wǎng)，主要用于移動(dòng)傳送高速數(shù)據(jù)而不是語音。既是WiFi的競爭者，又是XDSL，技術(shù)的無線替代技術(shù)，構(gòu)成支持高速移動(dòng)和實(shí)時(shí)在線的公共無線寬帶接入網(wǎng)。目前WiMAX是寬頻無線接入（BWA）中最受關(guān)注的技術(shù)。BWA是指以無線傳輸方式向用戶提供連接到寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的接入技術(shù)。韓國運(yùn)營商是最早商用WiMAX的運(yùn)營商之一，WiBro是韓國提出的寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)，可以看作是802.16e標(biāo)準(zhǔn)的子集，其下行速率18.4Mbps，上行速率6.1Mbps。韓國的KT、SK都已經(jīng)建立了Wibro商用網(wǎng)絡(luò)。目前，WiMAX向4G演進(jìn)的工作正在有條不紊的進(jìn)行中。2006年11月，IEEE802委員會成立了新的工作組“P802.16m”，其瞄準(zhǔn)的目標(biāo)即是4G。在2008年ITU確定4G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，P802.16m希望能被IMT-Advanced所采納。P802.16m的特點(diǎn)是能夠確保與移動(dòng)WiMAX的兼容，除了采用與移動(dòng)WiMAX同樣的“OFDMA”接駁方式外，還將實(shí)現(xiàn)基站的共用等功能。以WiMAX.為代表的寬帶無線接入技術(shù)和以LTE、AIE為代表的移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)非常相似，兩者之間界線變得模糊。出現(xiàn)這樣的局面，究其原因是不同的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域從不同方向向同一市場滲透的結(jié)果。

4GMF的定義，4G技術(shù)的重點(diǎn)是融合無線接入技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)和寬帶技術(shù)于一體。4G的主要特征將是開放的無線結(jié)構(gòu)，而不是高速無線傳輸技術(shù)，開放的無線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一。其應(yīng)用將不局限于電信行業(yè)，也將廣泛應(yīng)用于汽車通信業(yè)、民航通信業(yè)、廣播電視業(yè)、國防、政府、教育、醫(yī)療和金融系統(tǒng)等領(lǐng)域。

盡管業(yè)界的描述各有不同，但有幾點(diǎn)是大家公認(rèn)的，即4G將實(shí)現(xiàn)移動(dòng)化、寬帶化、IP化。移動(dòng)化將人們從地理的限制上解脫出來，實(shí)現(xiàn)無時(shí)不在、無所不在的信息傳遞。寬帶化是滿足用戶對視頻業(yè)務(wù)、流媒體等業(yè)務(wù)帶寬的需求。而下一代網(wǎng)絡(luò)將是全I(xiàn)P網(wǎng)，從核心網(wǎng)到用戶設(shè)備均支持IP協(xié)議。隨著向4G演進(jìn)，趨勢將是不同的無線技術(shù)在NGN架構(gòu)下融合、共存，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成多層次的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。