4G是第四代移动通信及其技术的简称.docx
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4G是第四代移动通信及其技术的简称
4G是第四代移动通信及其技术的简称
4G时代的发展
4G是第四代移动通信及其技术的简称,是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。
4G系统能够以100Mbps的速度下载,比拨号上网快2000倍,上传的速度也能达到20Mbps,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。
而在用户最为关注的价格方面,4G与固定宽带网络在价格方面不相上下,而且计费方式更加灵活机动,用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。
此外,4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。
很明显,4G有着不可比拟的优越性。
通信技术日新月异,给人们带来不少享受。
随着数据通信与多媒体业务需求的发展,适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起,因此有理由期待这种第四代移动通信技术给人们带来更加美好的未来。
所有技术的发展都不可能在一夜之间实现,从GSM、GPRS到第4代,需要不断演进,而且这些技术可以同时存在。
人们都知道最早的移动通信电话用的模拟蜂窝通信技术,这种技术只能提供区域性语音业务,而且通话效果差、保密性能也不好,用户的接听范围也是很有限。
随着移动电话迅猛发展,用户增长迅速,传统的通信模式已经不能满足人们通信的需求,在这种情况下就出现了GSM通信技术,该技术用的是窄带TDMA,允许在一个射频(即‘蜂窝’)同时进行8组通话。
它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900~1800MHz之间的数字移动电话系统,频率为1800MHz的系统也被美国采纳。
GSM是1991年开始投入使用的。
到1997年底,已经在100多个国家运营,成为欧洲和亚洲实际上的标准。
GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性,音质清晰,通话稳定,并具备容量大,频率资源利用率高,接口开放,功能强大等优点。
不过它能提供的数据传输率仅为9.6kbit/s,和五、六年前用固定电话拨号上网的速度相当,而当时的internet几乎只提供纯文本的信息。
而时下正流行的数字移动通信手机是第二代(2G),一般采用GSM或CDMA技术。
第二代手机除了可提供所谓“全球通”话音业务外,已经可以提供低速的数据业务了,也就是收发短消息之类。
虽然从理论上讲,2G手机用户在全球范围都可以进行移动通信,但是由于没有统一的国际标准,各种移动通信系统彼此互不兼容,给手机用户带来诸多不便。
针对GSM通信出现的缺陷,人们在2000年又推出了一种新的通信技术GPRS,该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。
GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步,GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。
在这之后,通信运营商们又要推出EDGE技术,这种通信技术是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术,因此也有人称它为“二代半”技术,它有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准,它允许高达384KbPs的数据传输速率,可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。
EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案,从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备,在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。
在新兴通信技术的不断推动之下,象征着3G通信的标志技术WCDMA也可能成为未来通信技术的主流。
该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率,在这样的条件下,计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。
WCDMA通过有效的利用宽频带,不仅能顺畅的处理声音、图像数据还能与互联网快速连接;此外WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。
人们之间沟通的瓶颈会由网络传输速率转变为各种新型应用的提供:
如何让无线网络更好的为人们服务而不是给人们带来骚扰,如何让每个人都能从信息的海洋中快速的得到自己需要的信息,如何能够方便的携带、使用各种终端设备,各种终端设备之间如何更好的自动协同工作等等。
在上述通信技术的基础之上,无线通信技术最终可能迈向4G通信技术时代。
编辑本段概念介绍 就在3G通信技术正处于酝酿之中时,更高的技术应用已经在实验室进行研发。
因此在人们期待第三代移动通信系统所带来的优质服务的同时,第四代移动通信系统的最新技术也在实验室悄然进行当中。
那么到底什么是4G通信呢?
到2009年为止人们还无法对4G通信进行精确地定义,有人说4G通信的概念来自其他无线服务的技术,从无线应用协定、全球袖珍型无线服务到3G;有人说4G通信是一个超越2010年以外的研究主题,4G通信是系统中的系统,可利用各种不同的无线技术;但不管人们对4G通信怎样进行定义,有一点人们能够肯定的是4G通信可能是一个比3G通信更完美的新无线世界,它可创造出许多消费者难以想象的应用。
4G最大的数据传输速率超过100Mbit/s,这个速率是移动电话数据传输速率的1万倍,也是3G移动电话速率的50倍。
4G手机可以提供高性能的汇流媒体内容,并通过ID应用程序成为个人身份鉴定设备。
它也可以接受高分辨率的电影和电视节目,从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。
此外,4G的无线即时连接等某些服务费用会比3G便宜。
还有,4G有望集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信,移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。
4G通信技术并没有脱离以前的通信技术,而是以传统通信技术为基础,并利用了一些新的通信技术,来不断提高无线通信的网络效率和功能的。
如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话,那么4G通信会是一种超高速无线网络,一种不需要电缆的信息超级高速公路,这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。
与传统的通信技术相比,4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。
然而,在通话品质方面,移动电话消费者还是能接受的。
随着技术的发展与应用,现有移动电话网中手机的通话质量还在进一步提高。
数据通信速度的高速化的确是一个很大优点,它的最大数据传输速率达到100Mbit/s,简直是不可思议的事情。
另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少,未来的4G通信费用也要比2009年通信费用低。
4G通信技术是继第三代以后的又一次无线通信技术演进,其开发更加具有明确的目标性:
提高移动装置无线访问互联网的速度--据3G市场分三个阶段走的的发展计划,3G的多媒体服务在10年后进入第三个发展阶段,此时覆盖全球的3G网络已经基本建成,全球25%以上人口使用第三代移动通信系统。
在发达国家,3G服务的普及率更超过60%,那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。
为了充分利用4G通信给人们带来的先进服务,人们还必须借助各种各样的4G终端才能实现,而不少通信营运商正是看到了未来通信的巨大市场潜力,他们已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上,例如生产具有高速分组通信功能的小型终端、生产对应配备摄像机的可
络架构。
由于利用了几项不同的技术,所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。
按照最乐观的情况估计,这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情,而且做这些事情的时候速度相当快。
研究人员说,下载速率有可能达到5Mbps到10Mbps。
通信费用更加便宜
由于4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问题,让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信,而且4G通信引入了许多尖端的通信技术,这些技术保证了4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式,因此相对其他技术来说,4G通信部署起来就容易迅速得多;同时在建设4G通信网络系统时,通信营运商们会考虑直接在3G通信网络的基础设施之上,采用逐步引入的方法,这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。
据研究人员宣称,4G通信的无线即时连接等某些服务费用会比3G通信更加便宜。
编辑本段4G技术标准比较 2012.1.20ITU正式审议通过的的4G(IMT-Advanced)标准[7]:
LTE-Advanced:
LTE(LongTermEvolution,长期演进)的后续研究标准;WirelessMAN-Advanced(802.16m):
WiMAX的后续研究标准.而TD-LTE作为LTE-Advanced标准分支之一入选;这是由我国主要提出的。
LTE
LTE(LongTermEvolution,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+-->FDD-LTE长期演进 GSM:
9K-->GPRS:
42K-->EDGE:
172K-->WCDMA:
364k-->HSDPA/HSUPA:
14.4M-->HSDPA+/HSUPA+:
42M-->FDD-LTE:
300M 由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到FDD-LTE这一状态,包括中国自主的TD-SCDMA网络也将绕过HSPA直接向TD-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。
LTE终端设备当前有耗电太大和价格昂贵的缺点,按照摩尔定律测算,估计至少还要6年后,才能达到当前3G终端的量产成本。
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FurtherAdvancementsforE-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。
WiMax
WiMax:
WiMax(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess),即全球微波互联接入,WiMAX的另一个名字是IEEE802.16。
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IEEE802.16m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,严格地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IEEE802.11m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IEEE802.16m这一技术,我们将留在最后作详细的阐述。
Wimax当前全球使用用户大约800万,其中60%在美国。
Wimax其实是最早的4G通信标准,大约出现于2000年。
WirelessMAN
WirelessMAN-Advanced:
WirelessMAN-Advanced事实上就是WiMax的升级版,即IEEE802.16m标准,802.16系列标准在IEEE正式称为WirelessMAN,而WirelessMAN-Advanced极为IEEE802.16m。
其中,802.16m最高可以提供1Gbps无线传输速率,还将兼容未来的4G无线网络。
802.16m可在“漫游”模式或高效率/强信号模式下提供1Gbps的下行速率。
该标准还支持“高移动”模式,能够提供1Gbps速率。
其优势如下:
1.提高网络覆盖,改建链路预算; 2.提高频谱效率; 3.提高数据和VOIP容量; 4.低时延&QoS增强; 5.功耗节省; 目前的WirelessMAN-Advanced有5种网络数据规格,其中极低速率为16kbps,低数率数据及低速多媒体为144kbps,中速多媒体为2Mbps,高速多媒体为30Mbps超高速多媒体则达到了30Mbps--1Gbps。
但是该标准可能会被率先被军方所采用,IEEE方面表示军方的介入将能够促使WirelessMAN-Advanced更快的成熟和完善,而且军方的今天就是民用的明天。
不论怎样,WirelessMAN-Advanced得到ITU的认可并成为4G标准的可能性极大。
编辑本段4G国际标准 2012年1月18日下午5时,国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上,正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准,中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际标准[8]。
4G国际标准工作历时三年。
从2009年初开始,ITU在全世界范围内征集IMT-Advanced候选技术。
2009年10月,ITU共计征集到了六个候选技术,分别来自北美标准化组织IEEE的802.16m、日本(两项分别基于LTE-A和802.16m)、3GPP的LTE-A、韩国(基于802.16m)和中国(TD-LTE-Advanced)、欧洲标准化组织3GPP(LTE-A)。
这六个技术基本上可以分为两大类,一是基于3GPP的LTE的技术,中国国提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分。
另外一类是基于IEEE802.16m的技术[9]。
ITU在收到候选技术以后,组织世界各国和国际组织进行了技术评估。
在2010年10月份,在中国重庆,ITU-R下属的WP5D工作组最终确定了IMT-Advanced的两大关键技术,即LTE-Advanced和802.16m。
中国提交的候选技术作为LTE-Advanced的一个组成部分,也包含在其中。
在确定了关键技术以后,WP5D工作组继续完成了电联建议的编写工作,以及各个标准化组织的确认工作。
此后WP5D将文件提交上一级机构审核,SG5审核通过以后,再提交给全会讨论通过。
在此次会议上,TD-LTE正式被确定为4G国际标准,也标志着中国在移动通信标准制定领域再次走到了世界前列,为TD-LTE产业的后续发展及国际化提供了重要基础。
目前,日本软银、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西skyBrazil、波兰Aero2等众多国际运营商已经开始商用或者预商用TD-LTE网络。
印度Augere预计2012年2月开始预商用。
审议通过后,将有利于TD-LTE技术进一步在全球推广。
同时,国际主流的电信设备制造商基本全部支持TD-LTE,而在芯片领域,TD-LTE已吸引17家厂商加入,其中不乏高通等国际芯片市场的领导者。
编辑本段存在缺陷 对于人们来说,未来的4G通信的确显得很神秘,不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来发明的最复杂的技术系统,的确第四代无线通信网络在具体实施的过程中出现大量令人头痛的技术问题,大概一点也不会使人们感到意外和奇怪,第四代无线通信网络存在的技术问题多和互联网有关,并且需要花费好几年的时间才能解决。
总的来说,要顺利、全面地实施4G通信,可能遇到下面的一些困难:
标准难以统一
虽然从理论上讲,3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信,但是由于没有统一的国际标准,各种移动通信系统彼此互不兼容,给手机用户带来诸多不便。
因此,开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题,而世界各大通信厂商会对此一直在争论不休。
技术难以实现
尽管未来的4G通信能够给人带来美好的明天,现已研究出来,但并未普及。
据研究这项技术的开发人员而言,要实现4G通信的下载速度还面临着一系列技术问题。
例如,如何保证楼区、山区,及其它有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题。
日本DoCoMo公司表示,为了解决这一问题,公司会对不同编码技术和传输技术进行测试。
另外在移交方面存在的技术问题,使手机很容易在从一个基站的覆盖区域进入另一个基站的覆盖区域时和网络失去联系。
由于第四代无线通信网络的架构相当复杂,这一问题显得格外突出。
不过,行业专家们表示,他们相信这一问题可以得到解决,但需要一定的时间。
容量受到限制
人们对未来的4G通信的印象最深的莫过于它的通信传输速度会得到极大提升,从理论上说其所谓的每秒100MB的宽带速度,比2009年最新手机信息传输速度每秒10KB要快1万多倍,但手机的速度会受到通信系统容量的限制,如系统容量有限,手机用户越多,速度就越慢。
据有关行家分析,4G手机会很难达到其理论速度。
如果速度上不去,4G手机就要大打折扣。
市场难以消化
有专家预测在10年以后,第三代移动通信的多媒体服务会进入第三个发展阶段,此时覆盖全球的3G网络已经基本建成,全球25%以上人口使用第三代移动通信系统,第三代技术仍然在缓慢地进入市场,到那时整个行业正在消化吸收第三代技术,对于第四代移动通信系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。
另外,在过渡过程中,如果4G通信因为系统或终端的短缺而导致延迟的话,那么号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划,此时4G漫长的投资回收和赢利计划会变得异常的脆弱。
设施难以更新
在部署4G通信网络系统之前,覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系统建立的,如果要向第四代通信技术转移的话,那么全球的许多无线基础设施都需要经历着大量的变化和更新,这种变化和更新势必减缓4G通信技术全面进入市场、占领市场的速度。
而且到那时,还必须要求3G通信终端升级到能进行更高速数据传输及支持4G通信各项数据业务的4G终端,也就是说4G通信终端要能在4G通信网络建成后及时提供,不能让通信终端的生产滞后于网络建设。
但根据某些事实来看,在4G通信技术全面进入商用之日算起的二三年后,消费者才有望用上性能稳定的4G通信手机。
其他相关困难
因为手机的功能越来越强大,而无线通信网络也变得越来越复杂,同样4G通信在功能日益增多的同时,它的建设和开发也会遇到比以前系统建设更多的困难和麻烦。
例如每一种新的设备和技术推出时,其后的软件设计和开发必须及时能跟上步伐,才能使新的设备和技术得到很快推广和应用,但遗憾的是4G通信还只处于研究和开发阶段,具体的设备和用到的技术还没有完全成型,因此对应的软件开发也会遇到困难;另外费率和计费方式对于4G通信的移动数据市场的发展尤为重要,例如WAP手机推出后,用户花了很多的连接时间才能获得信息,而按时间及信息内容的收费方式使用户难以承受,因此必须及早慎重研究基于4G通信的收费系统,以利于市场发展。
发展展望
Clearwire公司09年1月表示,会把波特兰改造为美国西部无线网络速度最快的城市,以及全球四大4GWiMAX无线宽带服务之一——Clear的使用基地。
借助Clear,波特兰的消费者和企业会以真正的宽带速度实现对互联网的无线访问,在家庭、办公场所和地铁等地畅游网络。
Clearwire首席执行官BenjaminG.Wolff表示:
“Clearwire把互联网的速度和移动性完美融合,令无线网的面貌焕然一新。
人们以提高客户工作效率和生活品质为导向,致力于为服务区内的每一位客户提供优质服务。
”
英特尔公司执行副总裁兼销售与市场营销事业部总经理马宏升表示:
“作为新一代无线技术,WiMAX为消费者带来了真正的平民化移动互联网体验。
英特尔会携手Clearwire及其合作伙伴,让消费者以前所未有的方式,随时在更多地点与互联网进行交互。
”
显著的差异
Clear的服务价格低廉、部署简便,可满足用户在家庭、办公场所或旅途中的上网需求。
无论是那些既要赶时间,又要接孩子放学的上班族家长,还是在办公室内外都希望保持高效的小企业主,抑或是经济拮据、却需要使用宽带网络的大学生们,Clear都是以最少投资获得最大收效的理想之选。
Clear采用简单新颖的定价策略,能够灵活满足不同客户的不同需要。
Clear提供的移动、住宅和商务计划既可以按日付费,也可以包月订购,且无需签订冗长的服务合同。
家庭互联网服务计划和移动互联网计划的每月最低收费分别为20美元和30美元。
此外,客户也可以购买10美元的日卡。
如果客户同时订购家庭和移动互联网服务,或者一次签订两年的服务协议,还能享受其它优惠。
区别于其它无线服务,Clear还提供一项名为“真正的宽带”的特色体验,为住宅用户和移动互联网用户分别提供高达6Mbps和4Mbps的下载速度。
无线宽带,一插即行
为了方便客户,Clear专门提供了几种简单的宽带连接方式。
移动用户只需把Clear提供的支持移动WiMAX的小型USB调制解调器插入笔记本电脑,即可立即接入无线网络。
当住宅用户需要上网时,只需把Clear提供的无线高速调制解调器(小开本书大小)连接到普通电源和电脑主机。
该款无线高速调制解调器同样由摩托罗拉公司出品,客户和企业无需提前预约,也不必穿墙布线,完全可以在不中断日常工作的情况下轻松获取高速互联网服务。
宏基、华硕、戴尔、富士通、联想、松下、三星和东芝等电脑厂商纷纷宣布计划在2009年上半年推出基于英特尔迅驰2处理器技术并嵌入WiM
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