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關鍵詞: 移動通信 4G IMT-2000 正交頻分復用技術(OFDM)
[Abstract] This paper introduced the research situation of the forth generation mobile communication system , and debated emphatically the key technique of it, finally discussed the trend of the forth generation mobile communication system.
Key words: mobile communication 4G IMT-2000 Orthogonal Freqency Division Multiplexer(OFDM)
一、引言
隨著人們的生活空間、活動空間和參與領域在不斷地擴大，對手機的功能要求，也不僅僅是對話和通訊，還有許許多多其他方面的功能。要實現(xiàn)這些功能，就必須要有新型的通信技術來作保證，在這種情況下各種新興的通信技術就應運而生了，但是，因為各個通信商家的利益得不到很好的協(xié)調，這些新興的通信技術如今被分化成了三大陣營。然而，統(tǒng)一的呼聲在業(yè)界仍然留存，希望在未來能夠統(tǒng)一。目前相互兼容移動通信技術的第四代移動通信標準(亦有稱后三代移動通信標準)正在業(yè)界萌動。
二、第四代移動通信鳥瞰
第四代與第三代移動通信系統(tǒng)都是為未來無線通信服務的，將多媒體包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，我們暫且將第四代移動通信系統(tǒng)稱之為“多媒體移動通信(Multi-Mobile Communication)”。第四代移動通信不僅僅是為了因應用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應多媒體的傳輸需求，當然還包括通信品質的要求。總結來說，首先必須可以容納市場龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質不良，以及達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?
從移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式僅提供語音服務；第二代數(shù)位式移動通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6Kbps，最高可達32Kbps，如PHS；而第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達到2Mbps；專家則預估，第四代移動通信系統(tǒng)可以達到10Mbps至20Mbps，這些議題未來也將會逐漸在電信標準組織中提出來討論。雖然第三代移動通信可以比現(xiàn)有傳輸速率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求，第四代移動通信系統(tǒng)的提出便是希望能滿足提供更大的頻寬需求。
第四代移動通信到底會是如何呢？
——首先，它應該比第三代移動通信更接近于個人通信。即在任何人、任何時間和任何地點的基礎上實現(xiàn)任何形式的通信。這就要求通信的內容除話音外，其他多種媒體的通信均能很好的實現(xiàn)。
——其次，在技術上應比第三代上更高的臺階。例如，在無線技術方面，蜂窩組網(wǎng)的概念將被突破，以達到更完美的覆蓋；在容量方面，將可能在FDMA、TDMA、CDMA的基礎上引入空分多址(SDMA)。這里的空分多址將會采取自適應波束，如同無線電波一樣連接到每一個用戶，從而使無線系統(tǒng)容量比現(xiàn)在提高1-2個數(shù)量級；核心網(wǎng)將全面采用分組交換(信元交換)，使得網(wǎng)絡根據(jù)用戶的需要分配帶寬。
——第三，在應用上，第四代移動通信的終端將不僅僅是手機，甚至不只是用來“聽”、“說”和“看”，還可以用作諸如定位、告警等。更有甚者，移動終端很可能成為人們身體的一部分，用于監(jiān)測體溫、心跳、血壓等等。
三、ITU開始制訂4G標準
2000年10月6日在加拿大蒙特利爾市成立了IMT-2000 and beyond工作組, 這是由國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)起的、旨在統(tǒng)一全球移動電話標準的最新的工作組。
第三代移動通信標準的競爭異常激烈，目前ITU 承認的、在全球已有相當規(guī)模的移動通信標準共有GSM、CDMA和TDMA三大分支,每個分支都在搶占市場。這3大分支,取消哪個也不可能,看來只有通過第四代移動通信標準的制定解決兼容問題。
據(jù)ITU電信標準局官員日前透露,第三代通信標準的討論只是近兩年的事情。兩三年以后，大家不會再就這個問題進行爭論了,ITU目前已經開始研究制訂第四代移動通信標準。國際電信聯(lián)盟的前身是國際電報電話咨詢委員會(CCITT), 是世界上最早成立的一個國際組織,1947年被并做聯(lián)合國的專門機構。它的決策層由秘書長、副秘書長以及電信標準局、無線電委員會和發(fā)展委員會的3個主任構成。ITU電信標準局直接決定世界電信的各項運行標準。
目前我國國內所說的"全球通",實際上并不是真正意義上的全球通。例如,在中國國內往歐洲打電話,可能會由于兩地所用的標準不一樣或不兼容,無法接通電話。而ITU電信標準局目前正在研究制訂的第四代移動通信標準, 正是希望統(tǒng)一所有的移動通信標準,形成全球性的統(tǒng)一標準,并且可以與Internet直接聯(lián)系在一起組成一個統(tǒng)一的全球性通信網(wǎng)絡。第四代移動通信標準將比第三代標準具有更多功能, 而且速率更快。第三代標準只是在第二代基礎上速率和能力的提高，而正在開始研制的第四代移動通信標準, 將會對世界各地所有的移動通信標準的統(tǒng)一做出貢獻, 亦將會有利于發(fā)展中國家振興民族通信產業(yè),從而加速世界移動通信業(yè)的發(fā)展。
四、第四代移動通信網(wǎng)絡結構
下一代移動通信的網(wǎng)絡結構可以用圖1所示，核心網(wǎng)絡不是專門用作移動通信，而是作為一種統(tǒng)一的網(wǎng)絡，支持有線及無線的接入，它就像具有移動管理功能的固定網(wǎng)絡，其接入點可以是有線或無線。無線接入點可以是蜂窩系統(tǒng)的基站、WLAN(無線局域網(wǎng))或尋呼機站等。不論何種接入方式，均具有統(tǒng)一的信令結構。信息的格式可以是ATM信元或IP分組(或包)。這里需要指出的是，無線用戶可在不同點接入，以及在通信時可以改變接入點。這樣核心網(wǎng)絡必須能登記用戶的位置，核查用戶身份的鑒別以及在通信中的切換等。
五、第四代移動通信中的關鍵技術
若以技術層面來看，第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術，第四代移動通信系統(tǒng)技術則以正交頻分復用技術(Orthogonal Freqency Division Multiplexer;OFDM)最受矚目，特別是有不少專家學者針對OFDM技術在移動通信技術上的應用，提出相關的理論基礎。例如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等，都將在未來采用OFDM技術，而第四代移動通信系統(tǒng)則計劃以OFDM為核心技術，提供增值服務。
對于電信產業(yè)而言，OFDM仍有許多問題待解決，不過部份標準化制訂的工作已經接近尾聲而即將商用化(如數(shù)字音訊廣播)，但若要應用在移動通信領域仍需些時日。而選擇OFDM作為第四代移動通信的核心技術，其主要理由包括無線電頻率使用效益高、抗噪聲能力相當強、適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫蛩�，因而受到無線通信專家的青睞。
在時代交替之際，舊有系統(tǒng)之整合與升級是產業(yè)關心的話題，目前大家談的是GSM如何升級到第三代移動通信系統(tǒng)；而未來則是CDMA如何與OFDM技術相結合�？梢灶A計，CDMA絕對不會在第四代移動通信系統(tǒng)中消失，而是成為其應用技術的一部份，或許未來也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產生，前文所提到的數(shù)字音訊廣播，其實它真正運用的技術是OFDM/FDMA的整合技術，同樣是利用兩種技術的結合。因此未來以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統(tǒng)，也將會結合兩項技術的優(yōu)點，一部份將是以CDMA的延伸技術。
目前第一、第二、第三代移動通信基礎架構均是交換層架構(Switching Hierarchy)，而第四代不僅要考慮到交換層級技術，還必須涵蓋不同類型的通信接口，也就是說第四代主要是運用路由技術(Routing)為主的網(wǎng)絡架構。
除此之外，另一項技術就是網(wǎng)絡化(Networking)。在第四代移動通信系統(tǒng)中，交換網(wǎng)絡將會被取代，而射頻(RF)、線性放大器與信道的控制(Channel Control)均是相當重要的組件。至于其硬件上如何實現(xiàn)第四代網(wǎng)絡架構，則是以傅利葉變換(Fourier Transform)來發(fā)展硬件架構。
六、架設通向4G之橋
在第三代移動通信系統(tǒng)中，軟件將會變得非常繁雜。為此， 專家們提議引入軟件無線電技術，將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信之橋。
軟件無線電技術能夠將模擬信號的數(shù)字化過程盡可能地接近天線，即將 A/D和D/A轉換器盡可能地靠近RF前端，利用DSP進行信道分離、調制解調和信道編譯碼等工作。軟件無線電技術可以為2G系統(tǒng)向3G系統(tǒng)的過渡提供無縫隙解決方案，它旨在建立一個無線電通信平臺，在平臺上運行各種軟件系統(tǒng)，以實現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無線通信。
全球著名的電信廠商目前都在盡力架設起通向未來的4G之橋，為新一代的通信標準終端提供全面智能的解決方案。許多廠商對未來的第四代移動通信充滿信心，而廣大用戶則翹首以待移動通信更輝煌的明天早日到來。
