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4G网络通信新技术研究

会直播，高速移动上网……多种移动宽带服务，不仅实现了对5.28平方公里的世博园区的完整覆盖，而且还实现了黄浦江水面以及信息通信馆、世博中心等11个重要场馆室内覆盖。

在这个全球首个“准4G”TD—LTE规模演示网获得成功之后，中国移动又计划下半年在国内三个城市进行扩大规模的实验试用。引人注目的是，TD—LTE已聚集了大批中外企业，如大唐、华为、中兴、上海贝尔、摩托罗拉，以及创毅视讯、海思等国内外网络设备商与芯片厂商。

种种迹象表明，3G尚在发力，4G已悄然逼近，且伸手可及。

由于目前 3G采用很多先进性的技术, 将来4G在很大程度上进一步融合 3G现有的技术。比如,智能天线,软件无线电,联合检测,功率控制等。虽然4G继承了3G的许多技术,但是在指标和技术方面有诸多区别。

4.2技术指标方面

3G提供了高速数据,在图象传输上,其静止传输速率达到2Mbps,高速移动时的传输速率达到114Kbps,慢速移动时的传输速率达到384kbps, 带宽可以达到5MHz以上UMT采用WCDMA技术,利用正教码区分用户,有FDD和TDD两种双工方式。

4G的性能指标是:

a) 数据速率从2Mbps到100Mpbs

b) 容量达到第 3 代系统的 5～10 倍 ,传输质量相当于甚至优于第 3 代系统。广带局域网应能与宽带综合业务数据网 (B - ISDN)和异步传送模式 (ATM)兼容 ,实现广带多媒体通信 ,形成综合广带通信网

c) 条件相同时小区覆盖范围等于或大于第 3 代系统。 d) 具有不同速率间的自动切换能力 ,以保证通信质量。 e) 网络的每比特成本要比第 3 代低。

4.3技术方面

a) 3G的关键技术是CDMA技术,而4G采用的是OFDM技术。OFDM可以提高频谱利用率,能够克服 CDMA 在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题。

b) 在软件无线电方面,4G对3G中的软件无线电技术进行升级,满足4G中无线接入多样化要求,使得3G中无线接入标准不统一的问题得以解决。同时在4G中,

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实现软切换和硬切换相结合,对3G中的软件无线电基础上通过增加相应的硬件模块 ,对相应的软件进行升级使他们最终都融合到一起 ,成为一个统一的标准 , 实现各种需求的功能。

c) 3G 网络采用的主要是蜂窝组网,4G采用全数字全IP技术,支持分组交换,将WLAN,Bluetooth 等局域网融入广域网中。在4G中提高智能天线的的处理速度和效率。在TD-SCDMA采用智能天线的基础上,对相关的软件和算法加以升级,增加一些接口协议来满足4G的要求。

d) 4G系统也使用了许多新技术 , 包括超链接 (ultra2connectivity)和特定无线网络技术、动态自适应网络技术、智能频谱动态分配技术以及软件无线电技术 ,等等。

e) 在功率控制上 ,4G比 3G要求更加严格 ,其目的是为了满足高速通信的要求。不仅频率资源限制移动用户信号的传输速率 ,而且基站和终端的发射功率也限制了用户信号的传输速率。在 3G中 ,采用切换技术来减少对其它小区的干扰 ,提高话音质量 ,不过在 4G中 ,切换技术的应用更加广阔 ,并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展[3]。

4.4速度方面

通信委员会的最新研究显示，在使用同样数量频谱(在客户手机于互联网之间传送信息的无线电波)的情况下，下一代移动技术的数据传输能力将是现有3G技术的两倍以上。

传输能力的增强对满足英国迅速增加的移动数据流量来说至关重要，而移动数据流量的增加主要受智能手机和移动宽带数据服务(如流媒体、电子邮件、信息服务、地图服务和社交网络等)增长的带动。

英国计划从2013年开始采用4G移动通信技术，届时，移动宽带服务的速度将显著提高——接近目前的ADSL家庭宽带速度。这一目标有望通过4G技术更为有效地利用频谱而得以部分地实现。

相关部门在对现有理论预测和实地部署试验进行审核与分析的基础上，进行了上述研究，而这项研究的目的是希望了解在引入4G技术后，频谱效率可能提高的程度。这些信息为通信办公室的战略频谱管理工作的提供了重要依据。

这项研究分析了多种4G技术，其中包括长期演进(LTE)及LTE后续技术(仍在

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开发中)，如LTEAdvanced。研究还探讨了新出现的和后继的WiMAX无线技术，这种技术与Wi-Fi类似，但其覆盖范围更大，可达数公里。

这项研究显示，尽管通过采用4G技术提高了频谱效率，进而增加了4G网络的容量，但这并不足以满足用户对移动数据的需求预期增长。出了更为有效地利用现有的频谱，还需要更多的频谱，其中部分将通过2012年拍卖800MHz和2.6GHz新频谱获得。2012将的拍卖将是英国有史以来为移动服务分派额外频谱而举行的规模最大单次拍卖活动，预计拍卖的频谱数量相当于目前所使用的移动频谱总量的四分之三。

此外，移动网络还需要巧妙的设计，以确保频谱能够得到最有效地利用。该研究预计，为了满足特定地区的用户需求，更多小基站将会大展身手。

第五章 5大4G标准

国际电信联盟(ITU)已经将WiMax、HSPA+、LTE正式纳入到4G标准里，加上之前就已经确定的LTE-Advanced 和WirelessMAN-Advanced这两种标准，目前4G标准已经达到了5种。

5.1 LTE

LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。主要特点是 在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。并且这一标准也是3GPP长期演进(LTE)项目，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下：

GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->LTE长期演进

GSM：9K -->GPRS:42K--> EDGE:172K -->WCDMA：364k -->HSDPA/HSUPA:14.4M -->HSDPA+/HSUPA+:42M -->LTE:300M

由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到LTE这一状态，

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包括中国自主的TD-SCDMA网络也将绕过HSPA直接向LTE演进，所以这一4G标准获得了最大的支持，也将是未来4G标准的主流。该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度，网络浏览速度大大提升。

5.2 LTE-Advanced

LTE-Advanced： 从字面上看，LTE-Advanced就是LTE技术的升级版，那么为何两种标准都能够成为4G标准呢？LTE-Advanced的正式名称为 Further Advancements for E-UTRA，它满足 ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。LTE-Advanced是 一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命，相当于HSPA和WCDMA这样的关系。LTE-Advanced的相关特性如下： 带宽：100MHz

峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps 峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz 针对室内环境进行优化 有效支持新频段和大带宽应用

峰值速率大幅提高，频谱效率有限的改进

如果严格的讲，LTE作为3.9G移动互联网技术，那么LTE-Advanced作为4G标准更加确切一些。LTE-Advanced的入围，包含 TDD和FDD两种制式，其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式，而WCDMA网络能够进化到FDD制式。移动主导的TD-SCDMA网络期望能够 直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。

5.3 WiMax

WiMax：WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互联接入，WiMAX的另一个名字是IEEE 802.16。WiMAX的技术起点较高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高，这也是未来移动世界和固定网络的融合趋势。

802.16工作的频段采用的是无需授权频段，范围在2GHz至66GHz之间，而

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802.16a则是一种采用2G至11GHz无需授权频段的宽带无线接入系统，其频道带宽可根据需求在1.5M至20MHz范围进行调整，目前具有更好高速移动下无缝切换的IEEE 802.16m的技术正在研发。因此，802.16所使用的频谱可能比其它任何无线技术更丰富，WiMax具有以下优点：

(1)对于已知的干扰，窄的信道带宽有利于避开干扰，而且有利于节省频谱资源。

(2)灵活的带宽调整能力，有利于运营商或用户协调频谱资源。

(3)WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，能够使无线网络的覆盖面积大大提升。

不过WiMax网络在网络覆盖面积和网络的带宽上优势巨大，但是其移动性却有着先天的缺陷，无法满足高速(≧50km/h)下的网络的无缝链接，从这个意义上讲，WiMax还无法达到3G网络的水平，严格的说并不能算作移动通信技术，而仅仅是无线局域网的技术。但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技术上，将能够有效的解决这些问题，也正是因为有中国移动、因特尔、Sprint各大厂商的积极参与，WiMax成为呼声仅次于LTE的4G网络手机。关于IEEE 802.16m这一技术，我们将留在最后作详细的阐述。

5.4 HSPA+：高速下行链路分组接入技术

HSPA+：高速下行链路分组接入技术(High Speed Downlink Packet Access)，而HSUPA即为高速上行链路分组接入技术，两者合称为HSPA技术，HSPA+是HSPA的衍生版，能够在HSPA网络上进行改造而升级到该网络，是一种经济而高效的4G网络。

从上文我们也可以了解到，HSPA+符合LTE的长期演化规范，将作为4G网络标准与其它的4G网络同时存在，它将很有利于目前全世界范围的WCDMA 网络和HSPA网络的升级与过度，成本上的优势很明显。对比HSPA网络，HSPA+在室内吞吐量约提高12.58% ，室外小区吞吐量约提高32.4%，能够适应高速网络下的数据处理，将是短期内4G标准的理想选择。目前联通已经在着手相关的规划，T-Mobile也开 通了这个4G网络，但是由于4G标准并没有被ITU完全确定下来，所以动作并不大。

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