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第四代移动通信指日可待
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[摘要]本文介绍了第四代(4G)移动通信系统的研究现状，着重讨论第四代移动通信的关键技术，最后探讨了第四代移动通信系统的发展趋势。
关键词: 移动通信 4G IMT-2000 正交频分复用技术(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
随着人们的生活空间、活动空间和参与领域在不断地扩大，对手机的功能要求，也不仅仅是对话和通讯，还有许许多多其他方面的功能。要实现这些功能，就必须要有新型的通信技术来作保证，在这种情况下各种新兴的通信技术就应运而生了，但是，因为各个通信商家的利益得不到很好的协调，这些新兴的通信技术如今被分化成了三大阵营。然而，统一的呼声在业界仍然留存，希望在未来能够统一。目前相互兼容移动通信技术的第四代移动通信标准(亦有称后三代移动通信标准)正在业界萌动。
二、第四代移动通信鸟瞰
第四代与第三代移动通信系统都是为未来无线通信服务的，将多媒体包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去，我们暂且将第四代移动通信系统称之为“多媒体移动通信(Multi-Mobile Communication)”。第四代移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加，更重要的是，必须要因应多媒体的传输需求，当然还包括通信品质的要求。总结来说，首先必须可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良，以及达到高速数据传输的要求。
从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；专家则预估，第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，这些议题未来也将会逐渐在电信标准组织中提出来讨论。虽然第三代移动通信可以比现有传输速率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通信需求，第四代移动通信系统的提出便是希望能满足提供更大的频宽需求。
第四代移动通信到底会是如何呢？
——首先，它应该比第三代移动通信更接近于个人通信。即在任何人、任何时间和任何地点的基础上实现任何形式的通信。这就要求通信的内容除话音外，其他多种媒体的通信均能很好的实现。
——其次，在技术上应比第三代上更高的台阶。例如，在无线技术方面，蜂窝组网的概念将被突破，以达到更完美的覆盖；在容量方面，将可能在FDMA、TDMA、CDMA的基础上引入空分多址(SDMA)。这里的空分多址将会采取自适应波束，如同无线电波一样连接到每一个用户，从而使无线系统容量比现在提高1-2个数量级；核心网将全面采用分组交换(信元交换)，使得网络根据用户的需要分配带宽。
——第三，在应用上，第四代移动通信的终端将不仅仅是手机，甚至不只是用来“听”、“说”和“看”，还可以用作诸如定位、告警等。更有甚者，移动终端很可能成为人们身体的一部分，用于监测体温、心跳、血压等等。
三、ITU开始制订4G标准
2000年10月6日在加拿大蒙特利尔市成立了IMT-2000 and beyond工作组, 这是由国际电信联盟(ITU)发起的、旨在统一全球移动电话标准的最新的工作组。
第三代移动通信标准的竞争异常激烈，目前ITU 承认的、在全球已有相当规模的移动通信标准共有GSM、CDMA和TDMA三大分支,每个分支都在抢占市场。这3大分支,取消哪个也不可能,看来只有通过第四代移动通信标准的制定解决兼容问题。
据ITU电信标准局官员日前透露,第三代通信标准的讨论只是近两年的事情。两三年以后，大家不会再就这个问题进行争论了,ITU目前已经开始研究制订第四代移动通信标准。国际电信联盟的前身是国际电报电话咨询委员会(CCITT), 是世界上最早成立的一个国际组织,1947年被并做联合国的专门机构。它的决策层由秘书长、副秘书长以及电信标准局、无线电委员会和发展委员会的3个主任构成。ITU电信标准局直接决定世界电信的各项运行标准。
目前我国国内所说的"全球通",实际上并不是真正意义上的全球通。例如,在中国国内往欧洲打电话,可能会由于两地所用的标准不一样或不兼容,无法接通电话。而ITU电信标准局目前正在研究制订的第四代移动通信标准, 正是希望统一所有的移动通信标准,形成全球性的统一标准,并且可以与Internet直接联系在一起组成一个统一的全球性通信网络。第四代移动通信标准将比第三代标准具有更多功能, 而且速率更快。第三代标准只是在第二代基础上速率和能力的提高，而正在开始研制的第四代移动通信标准, 将会对世界各地所有的移动通信标准的统一做出贡献, 亦将会有利于发展中国家振兴民族通信产业,从而加速世界移动通信业的发展。
四、第四代移动通信网络结构
下一代移动通信的网络结构可以用图1所示，核心网络不是专门用作移动通信，而是作为一种统一的网络，支持有线及无线的接入，它就像具有移动管理功能的固定网络，其接入点可以是有线或无线。无线接入点可以是蜂窝系统的基站、WLAN(无线局域网)或寻呼机站等。不论何种接入方式，均具有统一的信令结构。信息的格式可以是ATM信元或IP分组(或包)。这里需要指出的是，无线用户可在不同点接入，以及在通信时可以改变接入点。这样核心网络必须能登记用户的位置，核查用户身份的鉴别以及在通信中的切换等。
图1 “下一代”移动通信的网络结构
五、第四代移动通信中的关键技术
若以技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，第四代移动通信系统技术则以正交频分复用技术(Orthogonal Freqency Division Multiplexer;OFDM)最受瞩目，特别是有不少专家学者针对OFDM技术在移动通信技术上的应用，提出相关的理论基础。例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等，都将在未来采用OFDM技术，而第四代移动通信系统则计划以OFDM为核心技术，提供增值服务。
对于电信产业而言，OFDM仍有许多问题待解决，不过部份标准化制订的工作已经接近尾声而即将商用化(如数字音讯广播)，但若要应用在移动通信领域仍需些时日。而选择OFDM作为第四代移动通信的核心技术，其主要理由包括无线电频率使用效益高、抗噪声能力相当强、适合高速数据传输等因素，因而受到无线通信专家的青睐。
在时代交替之际，旧有系统之整合与升级是产业关心的话题，目前大家谈的是GSM如何升级到第三代移动通信系统；而未来则是CDMA如何与OFDM技术相结合。可以预计，CDMA绝对不会在第四代移动通信系统中消失，而是成为其应用技术的一部份，或许未来也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到的数字音讯广播，其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术，同样是利用两种技术的结合。因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也将会结合两项技术的优点，一部份将是以CDMA的延伸技术。
目前第一、第二、第三代移动通信基础架构均是交换层架构(Switching Hierarchy)，而第四代不仅要考虑到交换层级技术，还必须涵盖不同类型的通信接口，也就是说第四代主要是运用路由技术(Routing)为主的网络架构。
除此之外，另一项技术就是网络化(Networking)。在第四代移动通信系统中，交换网络将会被取代，而射频(RF)、线性放大器与信道的控制(Channel Control)均是相当重要的组件。至于其硬件上如何实现第四代网络架构，则是以傅利叶变换(Fourier Transform)来发展硬件架构。
六、架设通向4G之桥
在第三代移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂。为此， 专家们提议引入软件无线电技术，将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信之桥。
软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将 A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端，利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。软件无线电技术可以为2G系统向3G系统的过渡提供无缝隙解决方案，它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。
全球著名的电信厂商目前都在尽力架设起通向未来的4G之桥，为新一代的通信标准终端提供全面智能的解决方案。许多厂商对未来的第四代移动通信充满信心，而广大用户则翘首以待移动通信更辉煌的明天早日到来。 作者：李波 杨家玮 来源：新浪科技
关键词: 移动通信 4G IMT-2000 正交频分复用技术(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
随着人们的生活空间、活动空间和参与领域在不断地扩大，对手机的功能要求，也不仅仅是对话和通讯，还有许许多多其他方面的功能。要实现这些功能，就必须要有新型的通信技术来作保证，在这种情况下各种新兴的通信技术就应运而生了，但是，因为各个通信商家的利益得不到很好的协调，这些新兴的通信技术如今被分化成了三大阵营。然而，统一的呼声在业界仍然留存，希望在未来能够统一。目前相互兼容移动通信技术的第四代移动通信标准(亦有称后三代移动通信标准)正在业界萌动。
二、第四代移动通信鸟瞰
第四代与第三代移动通信系统都是为未来无线通信服务的，将多媒体包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去，我们暂且将第四代移动通信系统称之为“多媒体移动通信(Multi-Mobile Communication)”。第四代移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加，更重要的是，必须要因应多媒体的传输需求，当然还包括通信品质的要求。总结来说，首先必须可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良，以及达到高速数据传输的要求。
从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；而第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；专家则预估，第四代移动通信系统可以达到10Mbps至20Mbps，这些议题未来也将会逐渐在电信标准组织中提出来讨论。虽然第三代移动通信可以比现有传输速率快上千倍，但是未来仍无法满足多媒体的通信需求，第四代移动通信系统的提出便是希望能满足提供更大的频宽需求。
第四代移动通信到底会是如何呢？
——首先，它应该比第三代移动通信更接近于个人通信。即在任何人、任何时间和任何地点的基础上实现任何形式的通信。这就要求通信的内容除话音外，其他多种媒体的通信均能很好的实现。
——其次，在技术上应比第三代上更高的台阶。例如，在无线技术方面，蜂窝组网的概念将被突破，以达到更完美的覆盖；在容量方面，将可能在FDMA、TDMA、CDMA的基础上引入空分多址(SDMA)。这里的空分多址将会采取自适应波束，如同无线电波一样连接到每一个用户，从而使无线系统容量比现在提高1-2个数量级；核心网将全面采用分组交换(信元交换)，使得网络根据用户的需要分配带宽。
——第三，在应用上，第四代移动通信的终端将不仅仅是手机，甚至不只是用来“听”、“说”和“看”，还可以用作诸如定位、告警等。更有甚者，移动终端很可能成为人们身体的一部分，用于监测体温、心跳、血压等等。
三、ITU开始制订4G标准
2000年10月6日在加拿大蒙特利尔市成立了IMT-2000 and beyond工作组, 这是由国际电信联盟(ITU)发起的、旨在统一全球移动电话标准的最新的工作组。
第三代移动通信标准的竞争异常激烈，目前ITU 承认的、在全球已有相当规模的移动通信标准共有GSM、CDMA和TDMA三大分支,每个分支都在抢占市场。这3大分支,取消哪个也不可能,看来只有通过第四代移动通信标准的制定解决兼容问题。
据ITU电信标准局官员日前透露,第三代通信标准的讨论只是近两年的事情。两三年以后，大家不会再就这个问题进行争论了,ITU目前已经开始研究制订第四代移动通信标准。国际电信联盟的前身是国际电报电话咨询委员会(CCITT), 是世界上最早成立的一个国际组织,1947年被并做联合国的专门机构。它的决策层由秘书长、副秘书长以及电信标准局、无线电委员会和发展委员会的3个主任构成。ITU电信标准局直接决定世界电信的各项运行标准。
目前我国国内所说的"全球通",实际上并不是真正意义上的全球通。例如,在中国国内往欧洲打电话,可能会由于两地所用的标准不一样或不兼容,无法接通电话。而ITU电信标准局目前正在研究制订的第四代移动通信标准, 正是希望统一所有的移动通信标准,形成全球性的统一标准,并且可以与Internet直接联系在一起组成一个统一的全球性通信网络。第四代移动通信标准将比第三代标准具有更多功能, 而且速率更快。第三代标准只是在第二代基础上速率和能力的提高，而正在开始研制的第四代移动通信标准, 将会对世界各地所有的移动通信标准的统一做出贡献, 亦将会有利于发展中国家振兴民族通信产业,从而加速世界移动通信业的发展。
四、第四代移动通信网络结构
下一代移动通信的网络结构可以用图1所示，核心网络不是专门用作移动通信，而是作为一种统一的网络，支持有线及无线的接入，它就像具有移动管理功能的固定网络，其接入点可以是有线或无线。无线接入点可以是蜂窝系统的基站、WLAN(无线局域网)或寻呼机站等。不论何种接入方式，均具有统一的信令结构。信息的格式可以是ATM信元或IP分组(或包)。这里需要指出的是，无线用户可在不同点接入，以及在通信时可以改变接入点。这样核心网络必须能登记用户的位置，核查用户身份的鉴别以及在通信中的切换等。
五、第四代移动通信中的关键技术
若以技术层面来看，第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，第四代移动通信系统技术则以正交频分复用技术(Orthogonal Freqency Division Multiplexer;OFDM)最受瞩目，特别是有不少专家学者针对OFDM技术在移动通信技术上的应用，提出相关的理论基础。例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等，都将在未来采用OFDM技术，而第四代移动通信系统则计划以OFDM为核心技术，提供增值服务。
对于电信产业而言，OFDM仍有许多问题待解决，不过部份标准化制订的工作已经接近尾声而即将商用化(如数字音讯广播)，但若要应用在移动通信领域仍需些时日。而选择OFDM作为第四代移动通信的核心技术，其主要理由包括无线电频率使用效益高、抗噪声能力相当强、适合高速数据传输等因素，因而受到无线通信专家的青睐。
在时代交替之际，旧有系统之整合与升级是产业关心的话题，目前大家谈的是GSM如何升级到第三代移动通信系统；而未来则是CDMA如何与OFDM技术相结合。可以预计，CDMA绝对不会在第四代移动通信系统中消失，而是成为其应用技术的一部份，或许未来也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到的数字音讯广播，其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术，同样是利用两种技术的结合。因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也将会结合两项技术的优点，一部份将是以CDMA的延伸技术。
目前第一、第二、第三代移动通信基础架构均是交换层架构(Switching Hierarchy)，而第四代不仅要考虑到交换层级技术，还必须涵盖不同类型的通信接口，也就是说第四代主要是运用路由技术(Routing)为主的网络架构。
除此之外，另一项技术就是网络化(Networking)。在第四代移动通信系统中，交换网络将会被取代，而射频(RF)、线性放大器与信道的控制(Channel Control)均是相当重要的组件。至于其硬件上如何实现第四代网络架构，则是以傅利叶变换(Fourier Transform)来发展硬件架构。
六、架设通向4G之桥
在第三代移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂。为此， 专家们提议引入软件无线电技术，将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信之桥。
软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将 A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端，利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。软件无线电技术可以为2G系统向3G系统的过渡提供无缝隙解决方案，它旨在建立一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通路、多层次和多模式的无线通信。
全球著名的电信厂商目前都在尽力架设起通向未来的4G之桥，为新一代的通信标准终端提供全面智能的解决方案。许多厂商对未来的第四代移动通信充满信心，而广大用户则翘首以待移动通信更辉煌的明天早日到来。 作者：李波 杨家玮 来源：新浪科技
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