全球4G通信系統發(fā)展研究論文

　　摘要：本文首先對移動(dòng)通信系統3G和4G進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較，指出3G系統的局限性以及4G系統的優(yōu)勢。接下來(lái)論述了中、美、日三國4G通信系統發(fā)展研究進(jìn)展情況，最后對移動(dòng)通信系統未來(lái)發(fā)展做出了展望。

　　關(guān)鍵詞：3G;4G;TD-LTE-Advanced;Wimax

　　自2009年1月7日，中國工業(yè)和信息化部向中國移動(dòng)、中國電信和中國聯(lián)通分別頒發(fā)3G牌照以來(lái)，中國的3G用戶(hù)數在新增移動(dòng)用戶(hù)數中的占比已超過(guò)半數，進(jìn)入規模發(fā)展階段。

　　雖然與2G系統相比，3G系統能夠提供較高的數據速率(快速移動(dòng)環(huán)境下，最高速率為144kb/s;室外到室內或步行環(huán)境下，最高速率為384kb/s;室內環(huán)境，最高速率為2Mb/s)，能支持多媒體業(yè)務(wù)，但它依然存在一些局限性：a.通信速率不能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對高速多媒體業(yè)務(wù)的需求;

　　b.難以提供具有多種QoS的各種速率的業(yè)務(wù);

　　c.難以時(shí)限不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無(wú)縫漫游;

　　d.通信費用與2G相比并未降低，甚至更高。

　　鑒于3G系統的局限性，各國已在積極進(jìn)行后3G通信系統(IMT-Advanced)的科研與實(shí)驗。與3G系統相比，IMT-Advanced具備以下優(yōu)勢：a.更高的通信速率(1000Mbps)，更寬的網(wǎng)絡(luò )頻譜能夠更好的滿(mǎn)足用戶(hù)對高速多媒體業(yè)務(wù)的需求，可傳輸高質(zhì)量視頻圖像，其圖像傳輸質(zhì)量堪與高清晰度電視相比;

　　b.終端更加多樣化、智能化;

　　c.可提供更多類(lèi)型，具有多種QoS的各種速率的增值業(yè)務(wù)，如無(wú)線(xiàn)區域環(huán)路(WLL)、數字視頻廣播(DVB)、數字音訊廣播(DAB)等;

　　d.通信成本的降低帶來(lái)通信費用的降低。計費方式更加靈活，用戶(hù)可以根據自己的實(shí)際情況定制所需服務(wù)。

　　那么，4G通信系統在世界上的研發(fā)進(jìn)展如何呢?下面，我們就通過(guò)中國、美國和日本三國的4G研發(fā)進(jìn)展情況來(lái)對此了解一二。

　　1中國

　　1.1研發(fā)方面2001年，中國“國家863計劃”啟動(dòng)了面向后三代/四代(B3G/4G)的移動(dòng)通信發(fā)展研究計劃———未來(lái)通用無(wú)線(xiàn)環(huán)境研究計劃(簡(jiǎn)稱(chēng)Future計劃)。Future計劃一期，完成了六種無(wú)線(xiàn)傳輸鏈路方案的設計，完成了支持分布式多天線(xiàn)接入的射頻系統的設計，初步研究了無(wú)線(xiàn)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計和測試。Future計劃二期，“TDD系統OFDM上行鏈路設計與實(shí)現及TDD技術(shù)集成”在2006年6月17日進(jìn)行了正式驗收。該系統采用寬帶TDD OFDM MIMO技術(shù)，兼容TD-SCDMA，峰值速率可達122Mbit/s，頻譜利用率為7.1bit/s/Hz，支持高清晰視頻點(diǎn)播、FTP高速下載、Internet、語(yǔ)音等業(yè)務(wù)。驗收結果表明該系統已達到了國際領(lǐng)先水平，這標志著(zhù)我國在下一代移動(dòng)通信系統的研究中取得了突破性進(jìn)展。由武漢漢網(wǎng)、華中科技大學(xué)和上海交通大學(xué)聯(lián)手開(kāi)發(fā)出的全IP移動(dòng)通信技術(shù)，傳輸速度比3G快50倍，是國際公認的4G技術(shù)核心。

　　1.2外場(chǎng)技術(shù)演示和示范

　　2007年1月28日，在上�？焖僖苿�(dòng)的測試車(chē)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(cháng)的覆蓋，車(chē)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20～90Mbps，上行最高也可達80Mbps。這標志著(zhù)我國第一個(gè)4G試驗網(wǎng)已經(jīng)正式進(jìn)入第三階段，即外場(chǎng)試驗和預商用計劃。

　　2009年10月5日至9日，日內瓦舉行國際電信聯(lián)盟主辦的“2009年世界電信展”。中國移動(dòng)、中興、大唐等中國公司展示了TD長(cháng)期演進(jìn)(TD-LTE)技術(shù)應用的最新產(chǎn)品。中國移動(dòng)公司展臺，一個(gè)大屏幕實(shí)時(shí)播放遠在萬(wàn)里之外的上海黃埔江的畫(huà)面。另外，還設置了模擬車(chē)廂，展示這項技術(shù)在行進(jìn)列車(chē)中的應用，乘客通過(guò)面前的大屏幕可與遠方客人進(jìn)行視頻對話(huà)。

　　2010年上海世博會(huì )，中國移動(dòng)搭建的準4G網(wǎng)絡(luò )TD-LTE演示網(wǎng)覆蓋至黃浦江兩岸9個(gè)場(chǎng)館以及江面游船。為觀(guān)博者提供世博園區內陸上和水上移動(dòng)狀態(tài)下高清視頻監控、導航、視頻會(huì )議等服務(wù);高科技機器人“天線(xiàn)海寶”還能為游客帶來(lái)歌舞表演、測量體溫、發(fā)放禮品券等。

　　1.3與其他國家的合作態(tài)勢

　　原中國信息產(chǎn)業(yè)部(現工業(yè)信息化部)與他國的4G合作研發(fā)始于2003年，當時(shí)與日本NTTDoCoMo簽訂了合作意向書(shū)，共同探討和研發(fā)4G技術(shù);2004年10月，又與韓國達成協(xié)議，擴大技術(shù)合作范圍，共同支持對4G無(wú)線(xiàn)通信系統的研發(fā)。在Future計劃的支持下，一批中國研究機構作為合作伙伴參與了歐盟第六框架WINNER、MaGnet、MOCCA等國際上有關(guān)未來(lái)移動(dòng)通信研究項目，并與一批跨國企業(yè)設立了一系列聯(lián)合研發(fā)項目。中科院計算所移動(dòng)通信技術(shù)研發(fā)中心(MCR)與瑞薩科技公司合作，在上海張江高科技園建立移動(dòng)通信聯(lián)合實(shí)驗室，共同開(kāi)發(fā)4G手機平臺，并解決未來(lái)手機技術(shù)應用方案;上海無(wú)線(xiàn)通信研究中心與37家歐洲知名廠(chǎng)商和研發(fā)機構結盟，加入歐盟最大的B3G項目“未來(lái)全球個(gè)人移動(dòng)通信系統”的開(kāi)發(fā)。2006年3月，中國、韓國和日本就進(jìn)一步聯(lián)合研發(fā)4G移動(dòng)通信標準一事達成共識。

　　1.4標準研發(fā)進(jìn)展

　　2004年，中國在標準化組織3GPP提出了第三代移動(dòng)通信TD-SCDMA的后續演進(jìn)技術(shù)TD-LTE。2009年，在TD-LTE基礎上形成了TD-LTE-Advanced技術(shù)方案。TD-LTE-Advanced是中國繼TD-SCDMA之后，提出的具有自主知識產(chǎn)權的新一代移動(dòng)通信技術(shù)。它吸納了TD-SCDMA的主要技術(shù)元素，但它將提供更寬的帶寬，可以進(jìn)行更多的數據業(yè)務(wù)，它充分體現了我國通信產(chǎn)業(yè)界在寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信領(lǐng)域的最新自主創(chuàng )新成果。

　　目前，TD-LTE-Advanced已獲得歐洲標準化組織3GPP和亞太地區通信企業(yè)的廣泛認可和支持。

　　2美國

　　新一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在美國及日本等發(fā)達國家已經(jīng)進(jìn)入密集的研發(fā)和市場(chǎng)化階段。據美國電氣電子工程學(xué)會(huì )(IEEE)最新公布的802.16無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)草案文本，該機構目前正在研究一項無(wú)線(xiàn)傳輸新標準802.16m兼容WiMAX和4G。802.16m標準在快速移動(dòng)狀態(tài)下的傳輸速率可達100Mbit/s。

　　美國AT&T早在2000年就推出了4GAccess網(wǎng)絡(luò )，它能配合EDGE技術(shù)進(jìn)行上傳，并利用寬帶OFDM技術(shù)進(jìn)行下載。AT&T的4GAccess網(wǎng)絡(luò )升級計劃分為兩個(gè)階段，第一階段是移動(dòng)電話(huà)基地臺的軟件構建，第二階段則進(jìn)行智能型天線(xiàn)的硬件構建。2004年2月，美國手機服務(wù)提供商Nextel通信公司與思科、北電網(wǎng)絡(luò )和IBM在北卡羅來(lái)納州羅利-達拉姆(RaleiGh Durham)地區試驗“4G”無(wú)線(xiàn)服務(wù)，這次“4G”試驗采用Flarion技術(shù)公司提供的每秒鐘下載速度達1.5Mb的設備，這項服務(wù)向臺式電腦、筆記本電腦、掌上電腦以及其他設備提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。

　　2009年1月6日，美國俄勒岡州波特蘭市正式開(kāi)通4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，波特蘭因此成為美國西部首個(gè)邁入4G時(shí)代的城市。

　　推出這一業(yè)務(wù)的美國Clearwire公司稱(chēng)，在波特蘭開(kāi)通的4G網(wǎng)絡(luò )采用了WiMAX標準。這也是美國迄今第二個(gè)開(kāi)通采用該標準4G網(wǎng)絡(luò )的城市。

　　美國東部巴爾的摩市去年10月曾開(kāi)通類(lèi)似網(wǎng)絡(luò )。據悉，通過(guò)這一網(wǎng)絡(luò )移動(dòng)上網(wǎng)最快下載速度可達每秒4M字節。當地《俄勒岡人報》科技記者羅格韋在其博客中說(shuō)，他的實(shí)地測評表明，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )上網(wǎng)速度比利用蘋(píng)果iPhone手機通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )上網(wǎng)平均快4倍以上。

　　3日本

　　日本早在21世紀初就為4G的研發(fā)工作制定了詳細的發(fā)展計劃，并作為e-Japan計劃的一部分，提升到了國家戰略的高度。

　　2002年3月，日本最大通信運營(yíng)商NTT DoCoMo公司在東京郊區的試驗室中建立一個(gè)下一代移動(dòng)通信試驗網(wǎng)絡(luò )，該網(wǎng)絡(luò )的空中接口采用了基于可變擴展因子技術(shù)的正交頻率和碼分復用技術(shù)(VSF/OFCDM)。同年10月，NTT DoCoMo表示，該公司已成功完成第四代(4G)移動(dòng)通信的傳輸實(shí)驗。此實(shí)驗是在室內進(jìn)行，下傳和上傳速率分別可達到100Mb/s和20Mb/s。2003年5月28日，NTT DoCoMo宣布進(jìn)行第四代移動(dòng)通信系統(4G)的無(wú)線(xiàn)接入系統的戶(hù)外試驗。

　　此次試驗中，日本NTTDoCoMo公司已經(jīng)通過(guò)4+4和6+6天線(xiàn)MIMO技術(shù)在100MHz帶寬下分別驗證了1Gbit/s(室外試驗)和2.5Gbit/s的峰值傳輸速度。

　　2006年12月25日，NTTDoCoMo表示，公司已經(jīng)成功地以接近5Gbit/s的數據傳輸速度向一個(gè)移動(dòng)速度為每小時(shí)10公里的接收裝置傳輸了數據。2007年9月，NTT DoCoMo展示了一項試驗，在e-UTRA數據速率為200Mbit/s的情況下，功耗低于100mW。

　　2009年5月，日本總務(wù)省向NTT Docomo、軟銀移動(dòng)、KDDI和e-Mobiel公司頒發(fā)了LTE牌照。按照日本政府為4G研發(fā)設定的目標，到2010年日本將實(shí)現比現有傳輸速率快100倍的移動(dòng)通信系統。

　　綜上所述，4G移動(dòng)通信系統無(wú)論在技術(shù)研究、標準化進(jìn)程、產(chǎn)品試驗方面都有了很大的發(fā)展，其發(fā)展前景是相當可觀(guān)的。當然，4G系統要真正投入商用并非易事，會(huì )遇到技術(shù)、市場(chǎng)方面的各種困難。

　　4G網(wǎng)絡(luò )以IP為基礎，具有靈活的多媒體接入方式，將給產(chǎn)業(yè)鏈上的通信運營(yíng)商、通信設備商、內容提供商帶來(lái)巨大的商機，也能為用戶(hù)提供隨時(shí)隨地、簡(jiǎn)單易用的通信服務(wù)，在不久的未來(lái)必然會(huì )登上舞臺，使未來(lái)的通信生活更加豐富。

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