4G 发展动态

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1、4G 发展动态信息产业部电信研究院通信信息研究所 庾志成一、对4G发展趋势的探讨 好象GSM等第二代移动通信系统正式投入市场的同时，业界就开始第三代移动通信的研究一样，在3G系统还没有在全球全面铺开的现在，4G的研究已经开始了好几年了。和当初的情况不同的是，目前3G所面临的困难使人们更加关注4G研究的进展情况。甚至有人宣称，我们应该跨过3G而直接进入4G。这些各式各样的大政方针式的言论我们暂且把它放在一边，在这篇文章里，我们来看一看，人们对4G的设想是什么，现在全球对4G的研究已经走到了哪一步。4G的提出本来应该是针对3G系统在使用中无法克服的困难，现在3G的商用还没有全面展开，4G就被炒得沸

2、沸扬扬的事实说明了一个问题，那就是人们从一开始就对3G不那么满意。显而易见，当初ITU制定IMT2000标准的时候，希望是一个能够提供高速数据接入的全球统一的标准。但是各方在自身利益的驱动下，争执不下，最后折中成了以WCDMA和CDMA2000系列为首的5个大标准，立即产生了相互之间的漫游的问题。此外，用户在使用中的速率要求也没有得到很好的满足。IMT2000要求3G用户在慢速移动和静止状态下的数据接收速率在2M以上，而现有3G系统的实际接收速率只有几百K。此外，手机问题、与原有网络的兼容问题等等，所有这些都增加了人们对3G的不满，和对4G的期待。那么4G是什么呢？用一句不那么精确的话来解释，

3、4G就是能够解决上面3G系统不足的下一代系统。由此，尽管有人说4G和超3G有一些区别，我们在这里还是把它混为一谈。关于4G（超3G），ITUR的WP8F工作组已经给出了一个定义，以供大家参考。1999年成立的ITU-R的WP8F工作组的主要任务是负责3G未来发展和超3G的研究。在2001年10月日本举行的第六次会议上讨论提出了 “IMT-2000未来发展及超IMT-2000的远景框架及总目标（IMT-VIS）”。该文件定义的目标数据传输速率为：IMT-2000的未来发展在2005年左右实现最高约30 Mbps的速率，而超3G在2010年左右在高速移动环境支持最高约100 Mbps的速率，在低速

4、移动环境达到1Gbps速率。WP8F提出的超3G系统的要求主要包括：l 高速数据传输，根据移动速度支持各种传输速度（3公里小时100Mbps，60公里小时20Mbps，250公里小时2Mbps，500公里小时xMbps）；l 以IP为基础的无线接续，支持QOS；l 各系统（IMT-2000、WLAN、BWA、卫星、广播）之间无缝的业务支持，并支持全球漫游。l 支持多重模式、支持对称非对称业务。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，不断提高无线通信的网络效率和功能。与传统的通信技术相比，4G通信技术的优势在于通话质量及数据通信速度。另外，由于技术的先进性确保了投资成本的

5、大大减少，未来的4G通信费用也要比目前低。为了充分利用4G通信带来的先进服务，人们还必须借助各种各样的4G终端才能实现，而不少通信制造商已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上。 4G通信的特征 目前正在构思中的4G通信具有下面的特征： 1. 通信速度更快 由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。专家预估，第四代移动通信系统的速度可以达到10M20Mbps，最高可以达到100Mbps。 2. 网络频谱更宽 要想使4G通信达到100Mbps的传输速度，通信运营商必须在3G通信网络的基础上进行大

6、幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网络的20倍。 3. 通信更加灵活 从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划归“电话机”的范畴，因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想像的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。4. 智能性能更高 第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多难以想像的功能，例如，4G手机将能根据环境、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人

7、。 5. 兼容性能更平滑 要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。 6. 实现更高质量的多媒体通信 4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“多媒体移动通信”。 7. 通信费用更加便宜 由于4G通信不仅解决了与3G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通信技术，因此，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易迅速得多。

8、同时在建设4G通信网络系统时，通信运营商们将考虑直接在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营成本。 ITU Beyond 3G的看法，超3G是ITU定义的“Systems Beyond IMT-2000”简称，意为超越3G的系统，或称Beyond 3G、超IMT-2000等，目前有些国家所称的第4代移动通信(4G)实际上就是指ITU提出的超3G系统。负责第3代移动通信研究的ITU-R TG8/1组早在1999年6月就已经开始酝酿超3G的研究课题，在1999年11月TG8/1第18次会议上，也就是确定IMT-2000的五大技术标准(RSPC)的会议上，超IMT-

9、2000的课题也相应通过，至此TG8/1组在经过长达十几年的努力之后完成了其历史使命，确定了3G的标准，提出了3G的未来发展和超3G的研究课题，起到了承上启下的作用。在2000年5月的ITU-R无线电全会(RA-2000)上，3G的技术规范建议(M.1457建议)和超3G的课题也同时获得通过，超3G在ITU-R正式的课题号为Q.229/8，课题的全称为“IMT-2000未来发展及超IMT-2000(Future Development of IMT-2000 and Systems Beyond IMT-2000)”。该课题分为两部分：A部分IMT-2000未来发展(Future Develo

10、pment of IMT-2000)，即IMT-2000增强型；B部分超IMT-2000(Systems Beyond IMT-2000)。继TG8/1之后，新成立的ITU-R WP8F组承担了3G未来发展和超3G的研究，WP8F在1999年11月正式成立，并于2000年3月开始活动。WP8F的主要任务是负责3G未来发展和超3G有关的频谱研究以及远景、业务和无线技术的研究，负责更新3G技术规范建议M.1457，同时与负责核心网研究的ITU-T SSG(IMT-2000特别研究组)和负责移动卫星研究的WP8D组进行协调。在超3G的研究方面，WP8F将在2002年10月召开的第9次会议完成建议草案

11、“IMT-2000未来发展及超IMT-2000的远景框架及总目标”(PDNR IMT-VIS)，该建议将明确超3G的概念、研究目标及涉及的主要内容，并初步提出时间表等。2 超3G在国际上的研究进展2.1 超3G在ITU的研究进展虽然WP8F在2000年就已经启动超3G的研究，但直到2001年下半年才逐渐被广泛关注，并逐步达成共识。经过多次会议讨论之后，在2002年6月WP8F的第8次会议上，超3G的概念、研究目标及时间表已经比较稳定。超3G的概念涵盖了现有的3G、3G增强型技术，以及新定义的两部分新能力，即新的移动接入和新的游牧/本地接入系统，前者一般是指蜂窝移动通信系统，后者一般由无线接入/

12、无线局域网(WLAN)演变而来。IMT-VIS定义的目标数据速率为：IMT-2000的未来发展在2005年左右实现最高约30 Mbit/s的数据速率，而超3G在2010年左右在高速移动环境支持最高约100 Mbit/s的速率，在低速移动环境，如游牧/本地无线接入环境达到最高约1 Gbit/s速率。超3G的概念还强调不同系统之间的互通和关联，包括3G、超3G系统与其他无线系统之间的协同工作等。超3G的示意图见图1，初步定义的时间表见图2。图1 IMT-2000及超IMT-2000的能力示意图图2 ITM-2000与超ITM-2000的发展阶级及可能的时间表WP8F也初步制订了超3G的研究计划，这

13、些计划主要是围绕着世界无线电大会(WRC)制订的。WRC主要由各个国家的主管部门参加，规划和协调各种无线系统和国际及区域无线电频谱的重要会议。围绕着WRC-03(2003年WRC会议)和WRC-06两次会议，超3G的研究基本分成3个阶段：WRC-03会议之前：将完成IMT.VIS和CPM TEXT，目标是在2003年WRC会议上，通过一个关于超IMT-2000频谱的议程。WRC-03到WRC-06之前：将主要完成超IMT-2000的频谱计算方法IMT.METH、业务IMT.SERV报告、频谱需求量IMT.HOWMUCH、频谱规划IMT.SPEC、CPM TEXT和无线技术研究报告IMT.RAD

14、IO等，最主要的目的是在2006年WRC会议上确认超IMT-2000的频谱。WRC-06之后：重点将放在业务IMT.SERV、无线接口技术要求IMT.RADIO、无线接口标准IMT.GCS的完成。当然，在今后的会议中还会继续讨论，预计在2002年10月结束的第9次会议上应该形成较为定型的工作计划。从下次会议开始，WP8F的工作重点将全面转向超3G的研究，包括业务、频谱和无线技术等。图 4G无线通信系统方案设想新兴的MBS系统（Mobile Broadband Systems，移动宽带系统）能够提供高达150Mbps的数据传输速率，以对3G的补充向超3G迈进。MBS与3G的典型代表-UMTS的比

15、较如附表所示，从对比中超3G的发展趋势可见一斑二、4G中可能的核心技术1.OFDM技术第三代移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而第四代移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目， OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。由于OFDM 技术能够克服DS_CDMA 在支持高速率数据传输时符号间干扰增大的问题,并且有频谱效率高,硬件实施简单等优点,因此OFDM 被看作是第四代移动通信系统中的核心技术。OFDM 技术的主要的技术难点是系统中的频率和时间同步,基于导频符号辅助的信道估计,峰平比问题和多普勒频偏的影响以及基于OFDM、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。2软件无线电技术软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平