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  • 4G網絡

    第四代移動電話行動通信標準,指的是第四代移動通信技術,外語縮寫4G。該技術包括TD-LTEFDD-LTE兩種制式(嚴格意義上來講,LTE只是3.9G,盡管被宣傳為4G無線標準,但它其實并未被3GPP認可為國際電信聯盟所描述的下一代無線通訊標準IMT-Advanced,因此在嚴格意義上其還未達到4G的標準。只有升級版的LTE Advanced才滿足國際電信聯盟對4G的要求)。4G是集3GWLAN于一體,并能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載,比目前的家用寬帶ADSL(4兆)快25倍,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。此外,4G可以在DSL有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署,然后再擴展到整個地區。很明顯,4G有著不可比擬的優越性。

    編輯摘要

    基本信息 編輯信息模塊

    中文名: 第四代移動通信技術 英文名: the 4th Generation mobile communication technology
    類 別: TD-LTEFDD-LTE 運營商: 中國移動、中國聯通、中國電信
    別 稱: 第四階段 中文縮寫: 第四代
    外語縮寫: 4G
    公车上被猛烈的进出

    目錄

    基本資料/4G網絡 編輯

    4G移動系統網絡結構可分為三層:物理網絡層、中間環境層、應用網絡層。

    物理網絡層提供接入和路由選擇功能,它們由無線和核心網的結合格式完成。中間環境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。

    4G網絡4G網絡
    物理網絡層與中間環境層及其應用環境之間的接口是開放的,它使發展和提供新的應用及服務變得更為容易,提供無縫高數據率的無線服務,并運行于多個頻帶。這一服務能自適應多個無線標準及多模終端能力,跨越多個運營者和服務,提供大范圍服務。第四代移動通信系統關鍵技術包括信道傳輸;抗干擾性強的高速接入技術、調制和信息傳輸技術;高性能、小型化和低成本的自適應陣列智能天線;大容量、低成本的無線接口和光接口;系統管理資源;軟件無線電、網絡結構協議等。第四代移動通信系統主要是以正交頻分復用(OFDM)為技術核心。OFDM技術的特點是網絡結構高度可擴展,具有良好的抗噪聲性能和抗多信道干擾能力,可以提供比目前無線數據技術質量更高(速率高、時延?。┑姆蘸透玫男阅軆r格比,能為4G無線網提供更好的方案。例如無線區域環路(WLL)、數字音訊廣播(DAB)等,都將采用OFDM技術。4G移動通信對加速增長的廣帶無線連接的要求提供技術上的回應,對跨越公眾的和專用的、室內和室外的多種無線系統和網絡保證提供無縫的服務。通過對最適合的可用網絡提供用戶所需求的最佳服務,能應付基于因特網通信所期望的增長,增添新的頻段,使頻譜資源大擴展,提供不同類型的通信接口,運用路由技術為主的網絡架構,以傅利葉變換來發展硬件架構實現第四代網絡架構,移動通信將向數據化,高速化、寬帶化、頻段更高化方向發展,移動數據、移動IP將成為未來移動網的主流業務。

    發展背景/4G網絡 編輯

    通信技術日新月異,給人們帶來不少享受。隨著數據通信與多媒體業務需求的發展,適應移動數據、移動計算及移動多媒體運作需要的第四代移動通信開始興起,因此有理由期待這種第四代移動通信技術給人們帶來更加美好的未來?!?

    4G4G
    所有技術的發展都不可能在一夜之間實現,從GSM、GPRS到第4代,需要不斷演進,而且這些技術可以同時存在。人們都知道最早的移動通信電話用的模擬蜂窩通信技術,這種技術只能提供區域性語音業務,而且通話效果差、保密性能也不好,用戶的接聽范圍也是很有限。隨著移動電話迅猛發展,用戶增長迅速,傳統的通信模式已經不能滿足人們通信的需求,在這種情況下就出現了GSM通信技術,該技術用的是窄帶TDMA,允許在一個射頻(即‘蜂窩’)同時進行8組通話。它是根據歐洲標準而確定的頻率范圍在900~1800MHz之間的數字移動電話系統,頻率為1800MHz的系統也被美國采納。GSM是1991年開始投入使用的。到1997年底,已經在100多個國家運營,成為歐洲和亞洲實際上的標準。GSM數字網也具有較強的保密性和抗干擾性,音質清晰,通話穩定,并具備容量大,頻率資源利用率高,接口開放,功能強大等優點。不過它能提供的數據傳輸率僅為9.6kbit/s,和五、六年前用固定電話撥號上網的速度相當,而當時的internet幾乎只提供純文本的信息。而時下正流行的數字移動通信手機是第二代(2G),一般采用GSM或CDMA技術。第二代手機除了可提供所謂“全球通”話音業務外,已經可以提供低速的數據業務了,也就是收發短消息之類。雖然從理論上講,2G手機用戶在全球范圍都可以進行移動通信,但是由于沒有統一的國際標準,各種移動通信系統彼此互不兼容,給手機用戶帶來諸多不便。  

    針對GSM通信出現的缺陷,人們在2000年又推出了一種新的通信技術GPRS,該技術是在GSM的基礎上的一種過渡技術。GPRS的推出標志著人們在GSM的發展史上邁出了意義最重大的一步,GPRS在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接,給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數據接入服務?!≡谶@之后,通信運營商們又要推出EDGE技術,這種通信技術是一種介于現有的第二代移動網絡與第三代移動網絡之間的過渡技術,因此也有人稱它為“二代半”技術,它有效提高了GPRS信道編碼效率的高速移動數據標準,它允許高達384KbPs的數據傳輸速率,可以充分滿足未來無線多媒體應用的帶寬需求。EDGE提供了一個從GPRS到第三代移動通信的過渡性方案,從而使現有的網絡運營商可以最大限度地利用現有的無線網絡設備,在第三代移動網絡商業化之前提前為用戶提供個人多媒體通信業務。

    在新興通信技術的不斷推動之下,象征著3G通信的標志技術WCDMA也可能成為未來通信技術的主流。該技術能為用戶帶來了最高2Mbit/s的數據傳輸速率,在這樣的條件下,計算機中應用的任何媒體都能通過無線網絡輕松的傳遞。WCDMA通過有效的利用寬頻帶,不僅能順暢的處理聲音、圖像數據、與互聯網快速連接;此外WCDMA和MPEG-4技術結合起來還可以處理真實的動態圖像。人們之間溝通的瓶頸會由網絡傳輸速率轉變為各種新型應用的提供:如何讓無線網絡更好的為人們服務而不是給人們帶來騷擾,如何讓每個人都能從信息的海洋中快速的得到自己需要的信息,如何能夠方便的攜帶、使用各種終端設備,各種終端設備之間如何更好的自動協同工作等等。在上述通信技術的基礎之上,無線通信技術最終可能邁向4G通信技術時代?!?

    從無線通信系統的發展歷程來看,第一代移動通信系統的任務已經達成,而現階段是第二代移動通信系統的時代,今后十年會是3G移動通信系統正興的時期,或許到了十年以后會是第四代移動通信的天下。但人們不難發現每一個不同的移動通信系統均會有重復性的時間點,大約每十年就有一項技術更新,不過隨著通信科技的日新月異,或許轉變會更快、時間也會更短。對于移動通信服務業者、系統設備供貨商或其他相關產業來說,必須隨時注意移動通信技術的變化,以適應市場需求。

    發展歷史/4G網絡 編輯

    研發階段

    2001年12月~2003年12月,開展Beyond 3G/4G蜂窩通信空中接口技術研究,完成Beyond 3G/4G系統無線傳輸系統的核心硬、軟件研制工作,開展相關傳輸實驗,向ITU提交有關建議;
    2004年1月~2005年12月,使Beyond 3G/4G空中接口技術研究達到相對成熟的水平,進行與之相關的系統總體技術研究(包括與無線自組織網絡、游牧無線接入網絡的互聯互通技術研究等),完成聯網試驗和演示業務的開發,建成具有Beyond 3G/4G技術特征的演示系統,向ITU提交初步的新一代無線通信體制標準;
    2006年1月~2010年12月,設立有關重大專項,完成通用無線環境的體制標準研究及其系統實用化研究,開展較大規模的現場試驗。 

    運行階段

    4G4G
    2010年是海外主流運營商規模建設4G的元年,多數機構預計海外4G投資時間還將持續3年左右。
    2012年國家工業和信息化部部長苗圩表示:4G的腳步越來越近,4G牌照在一年左右時間中就會下發。
    2013年,"谷歌光纖概念"開始在全球發酵,在美國國內成功推行的同時,谷歌光纖開始向非洲、東南亞等地推廣,給全球4G網絡建設再次添柴加火。同年8月,國務院總理李克強日前主持召開國務院常務會議,要求提升3G網絡覆蓋和服務質量,推動年內發放4G牌照。12月4日正式向三大運營商發布4G牌照,中國移動、中國電信和中國聯通均獲得TD-LTE牌照,不過中國聯通和中國電信熱切期待的FDD-LTE牌照,暫未發放。    
    2013年12月18日,中國移動在廣州宣布,將建成全球最大4G網絡。2013年年底前,北京、上海、廣州、深圳等16個城市可享受4G服務;預計到2014年年底,4G網絡將覆蓋超過340個城市。 
    2014年1月,京津城際高鐵作為全國首條實現移動4G網絡全覆蓋的鐵路,實現了300公里時速高鐵場景下的數據業務高速下載,一部2G大小的電影只需要幾分鐘。原有的3G信號也得到增強。 
    2014年1月20日,中國聯通已在珠江三角洲及深圳等十余個城市和地區開通42M,實現全網升級,升級后的3G網絡均可以達到42M標準,同時將在今年年內完成全國360多個城市和大部分地區3G網絡的42M升級。 
    2014年7月21日中國移動在召開的新聞發布會上又提出包括持續加強4G網絡建設、實施清晰透明的訂購收費、大力治理垃圾信息等六項服務承諾。中移動表示,將繼續降低4G資費門檻。

    發展展望/4G網絡 編輯

    在新一代技術剛推出市場之后,更高的技術應用已經在實驗室進行研發。目前日本的NTT DoCoMo公司已經表示,4G通信的試驗網絡已經部署在公司的橫須賀研發園內,該網絡集結了試驗基站和移動終端,同時NTT DoCoMo公司還表示,4G通信服務將于2010年推出,網絡的下載速度可以達到100Mbps,上載速度為20Mbps。美國AT&T公司推出的4G通信網絡的試驗,據說可以配合目前的EDGE進行無線上傳,并通過OFDM技術達到快速下載的目的。美國AT&T公司聲稱大約還需要五年,這項技術才能發布;再有十年左右的時間,4G才能真正投入到商用階段。在去年二月份,歐洲的四家移動設備生產商——阿爾卡特、愛立信、諾基亞和西門子組成了世界無線研究論壇(WWRF),以研究3G以后的發展方向。WWRF預計4G技術將在2010年開始投入應用。這一代通信技術可以將不同的無線局域網絡和通信標準,手機信號,無線電通信和電視廣播以及衛星通信結合起來,這樣手機用戶就可以隨心所欲的漫游了。目前在歐洲地區,無線區域回路與數字音訊廣播已針對其室內(Indoor)應用而進行相關的研發,測試項目包括10Mbps與MPEG影像傳輸應用,而第四代移動通信技術則將會是現有兩項研發技術的延伸,先從室內技術開始,再逐漸擴展到室外的移動通信網路。愛立信公司的一位高級官員表示,該公司在經濟不景氣的情況下不會減少研發第四代無線通訊技術的預算的,該公司的負責人同時表示,該公司的研發工作具有3-10年的前瞻性,暫時的需求不振不會使該公司放慢研究的速度。
    國際電信聯盟無線電通信部也已經達成共識,將把移動通信系統同其他系統結合起來,在2010年之前是數據傳輸數率達到100Mbps。對于更高級的3G系統,ITU決定同時發展IMT-2000的兩個標準——提高數據包和聲音文件的傳輸速率——被日本NTT DoCoMo和J-Phone兩家公司采用的WCDMA將能最大達到8Mbps的下載速率,而CDMA2000系統也將達到2.4Mbps的速率。同時ITU對外發表聲明說目前第四代移動通信的頻段尚未被討論與制訂,不過原則上將會是以高頻段頻譜為主,另外也將會使用到微波相關的技術與頻段。

     核心技術/4G網絡 編輯

    接入方式和多址方案

    4G 4G
    (正交頻分復用)是一種無線環境下的高速傳輸技術,其主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道,在每個子信道上使用一個子載波進行調制,各子載波并行傳輸。盡管總的信道是非平坦的,即具有頻率選擇性,但是每個子信道是相對平坦的,在每個子信道上進行的是窄帶傳輸,信號帶寬小于信道的相應帶寬。OFDM技術的優點是可以消除或減小信號波形間的干擾,對多徑衰落和多普勒頻移不敏感,提高了頻譜利用率,可實現低成本的單波段接收機。OFDM的主要缺點是功率效率不高。

    調制與編碼技術

    4G移動通信系統采用新的調制技術,如多載波正交頻分復用調制技術以及單載波自適應均衡技術等調制方式,以保證頻譜利用率和延長用戶終端電池的壽命。4G移動通信系統采用更高級的信道編碼方案(如Turbo碼、級連碼和LDPC等)、自動重發請求(ARQ)技術和分集接收技術等,從而在低Eb/N0條件下保證系統足夠的性能。

    高性能的接收機

    4G移動通信系統對接收機提出了很高的要求。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實現容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。按照Shannon定理,可以計算出,對于3G系統如果信道帶寬為5MHz,數據速率為2Mb/s,所需的SNR為l.2dB;而對于4G系統,要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數據,則所需要的SNR為12dB??梢妼τ?G系統,由于速率很高,對接收機的性能要求也要高得多。

    智能天線技術

    智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能,被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線應用數字信號處理技術,產生空間定向波束,使天線主波束對準用戶信號到達方向,旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向,達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。
    MIMO技術
    (多輸入多輸出)技術是指利用多發射、多接收天線進行空間分集的技術,它采用的是分立式多天線,能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道,從而大大提高容量。信息論已經證明,當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時,MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能,從而獲得巨大的容量。例如:當接收天線和發送天線數目都為8根,且平均信噪比為20dB時,鏈路容量可以高達42bps/Hz,這是單天線系統所能達到容量的40多倍。因此,在功率帶寬受限的無線信道中,MIMO技術是實現高數據速率、提高系統容量、提高傳輸質量的空間分集技術。在無線頻譜資源相對匱乏的今天, MIMO系統已經體現出其優越性,也會在4G移動通信系統中繼續應用。

    軟件無線電技術

    軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實現各種類型的無線電通信系統的一種具有開放式結構的新技術。軟件無線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器,并盡可能多地用軟件來定義無線功能,各種功能和信號處理都盡可能用軟件實現。其軟件系統包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調制解調算法軟件等。軟件無線電使得系統具有靈活性和適應性,能夠適應不同的網絡和空中接口。軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站,能實現各種應用的可變QoS。

    基于IP的核心網

    移動通信系統的核心網是一個基于全IP的網絡,同已有的移動網絡相比具有根本性的優點,即:可以實現不同網絡間的無縫互聯。核心網獨立于各種具體的無線接入方案,能提供端到端的IP業務,能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構,能允許各種空中接口接入核心網;同時核心網能把業務、控制和傳輸等分開。采用IP后,所采用的無線接入方式和協議與核心網絡(CN)協議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入協議相兼容,因此在設計核心網絡時具有很大的靈活性,不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協議。

    多用戶檢測技術

    多用戶檢測是寬帶通信系統中抗干擾的關鍵技術。在實際的CDMA通信系統中,各個用戶信號之間存在一定的相關性,這就是多址干擾存在的根源。由個別用戶產生的多址干擾固然很小,可是隨著用戶數的增加或信號功率的增大,多址干擾就成為寬帶CDMA通信系統的一個主要干擾。傳統的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理,因而抗多址干擾能力較差;多用戶檢測技術在傳統檢測技術的基礎上,充分利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對單個用戶的信號進行檢測,從而具有優良的抗干擾性能,解決了遠近效應問題,降低了系統對功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源,顯著提高系統容量。隨著多用戶檢測技術的不斷發展,各種高性能又不是特別復雜的多用戶檢測器算法不斷提出,在4G實際系統中采用多用戶檢測技術將是切實可行的。

    4G特點/4G網絡 編輯

    優勢

    4G4G
    如果說2G、3G通信對于人類信息化的發展是微不足道的話,那么未來的4G通信卻給了我們真正的溝通自由,并將徹底改變我們的生活方式甚至社會形態。目前正在構思中的4G通信具有下面的特征:

    1.通信速度更快

    由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet的速率,因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。從移動通信系統數據傳輸速率作比較,第一代模擬式僅提供語音服務;第二代數位式移動通信系統傳輸速率也只有9.6Kbps,最高可達32Kbps,如PHS;而第三代移動通信系統數據傳輸速率可達到2Mbps;專家則預估,第四代移動通信系統可以達到10Mbps至20Mbps,甚至最高可以達到每秒高達100Mbps速度傳輸無線信息,這種速度將相當于目前手機的傳輸速度的1萬倍左右。

    2.網絡頻譜更寬

    要想使4G通信達到100Mbps的傳輸,通信營運商必須在3G通信網絡的基礎上,進行大幅度的改造和研究,以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的蜂窩系統的帶寬高出許多。據研究4G通信的AT&T的執行官們說,估計每個4G信道將占有100MHz的頻譜,相當于W-CDMA 3G網路的20倍。

    3.通信更加靈活

    從嚴格意義上說,4G手機的功能,已不能簡單劃歸“電話機”的范疇,畢竟語音資料的傳輸只是4G移動電話的功能之一而已,因此未來4G手機更應該算得上是一只小型電腦了,而且4G手機從外觀和式樣上,將有更驚人的突破,我們可以想象的是,眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋,以方便和個性為前提,任何一件你能看到的物品都有可能成為4G終端,只是目前我們還不知應該怎么稱呼它。未來的4G通信將使我們不僅可以隨時隨地通信,更可以雙向下載傳遞資料、圖畫、影像,當然更可以和從未謀面的陌生人網上聯線對打游戲。也許你將有被網上定位系統永遠鎖定無處遁形的苦惱,但是與它據此提供的地圖帶來的便利和安全相比,這簡直可以忽略不計。

    4.智能性能更高

    4G4G
    第四代移動通信的智能性更高,不僅表現在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化,例如對菜單和滾動操作的依賴程度將大大降低,更重要的4G手機可以實現許多難以想象的功能。例如4G手機將能根據環境、時間以及其他設定的因素來適時地提醒手機的主人此時該做什么事,或者不該做什么事,4G手機可以將電影院票房資料,直接下載到PDA之上,這些資料能夠把目前的售票情況、座位情況顯示得清清楚楚,大家可以根據這些信息來進行在線購買自己滿意的電影票;4G手機可以被看作是一臺手提電視,用來看體育比賽之類的各種現場直播。

    5.兼容性能更平滑

    要使4G通信盡快地被人們接受,不但考慮的它的功能強大外,還應該考慮到現有通信的基礎,以便讓更多的現有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過渡到4G通信。因此,從這個角度來看,未來的第四代移動通信系統應當具備全球漫游,接口開放,能跟多種網絡互聯,終端多樣化以及能從第二代平穩過渡等特點。

    6.提供各種增值服務

    4G通信并不是從3G通信的基礎上經過簡單的升級而演變過來的,它們的核心建設技術根本就是不同的,3G移動通信系統主要是以CDMA為核心技術,而4G移動通信系統技術則以正交多任務分頻技術(OFDM)最受矚目,利用這種技術人們可以實現例如無線區域環路(WLL)、數字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增殖服務;不過考慮到與3G通信的過渡性,第四代移動通信系統不會在未來僅僅只采用OFDM一種技術,CDMA技術將會在第四代移動通信系統中,與OFDM技術相互配合以便發揮出更大的作用,甚至未來的第四代移動通信系統也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產生,前文所提到的數字音訊廣播,其實它真正運用的技術是OFDM/FDMA的整合技術,同樣是利用兩種技術的結合。因此未來以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統,也將會結合兩項技術的優點,一部份將是以CDMA的延伸技術。

    7.實現更高質量的多媒體通信

    盡管第三代移動通信系統也能實現各種多媒體通信,但未來的4G通信能滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋范圍、通信質量、造價上支持的高速數據和高分辨率多媒體服務的需要,第四代移動通信系統提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數據、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去,為此未來的第四代移動通信系統也稱為“多媒體移動通信”。第四代移動通信不僅僅是為了因應用戶數的增加,更重要的是,必須要因應多媒體的傳輸需求,當然還包括通信品質的要求??偨Y來說,首先必須可以容納市場龐大的用戶數、改善現有通信品質不良,以及達到高速數據傳輸的要求。

    8.頻率使用效率更高

    相比第三代移動通信技術來說,第四代移動通信技術在開發研制過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術,例如一些光纖通信產品公司為了進一步提高無線因特網的主干帶寬寬度,引入了交換層級技術,這種技術能同時涵蓋不同類型的通信接口,也就是說第四代主要是運用路由技術(Routing)為主的網絡架構。由于利用了幾項不同的技術,所以無線頻率的使用比第二代和第三代系統有效得多。按照最樂觀的情況估計,這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數量的無線頻譜做更多的事情,而且做這些事情的時候速度相當快。研究人員說,下載速率有可能達到5Mbps到10Mbps。

    9.通信費用更加便宜

    由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題,讓更多的現有通信用戶能輕易地升級到4G通信,而且4G通信引入了許多尖端的通信技術,這些技術保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統操作方式,因此相對其他技術來說,4G通信部署起來就容易迅速得多;同時在建設4G通信網絡系統時,通信營運商們將考慮直接在3G通信網絡的基礎設施之上,采用逐步引入的方法,這樣就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。據研究人員宣稱,4G通信的無線即時連接等某些服務費用將比3G通信更加便宜。

    缺陷


    1、標準多
    雖然從理論上講,3G手機用戶在全球范圍都可以進行移動通信,但是由于沒有統一的國際標準,各種移動通信系統彼此互不兼容,給手機用戶帶來諸多不便。因此,開發第四代移動通信系統必須首先解決通信制式等需要全球統一的標準化問題,而世界各大通信廠商會對此一直在爭論不休。
    2、技術難
    盡管未來的4G通信能夠給人帶來美好的明天,現已研究出來,但并未普及。據研究這項技術的開發人員而言,要實現4G通信的下載速度還面臨著一系列技術問題。
    例如,如何保證樓區、山區,及其它有障礙物等易受影響地區的信號強度等問題。日本DoCoMo公司表示,為了解決這一問題,公司會對不同編碼技術和傳輸技術進行測試。另外在移交方面存在的技術問題,使手機很容易在從一個基站的覆蓋區域進入另一個基站的覆蓋區域時和網絡失去聯系。
    由于第四代無線通信網絡的架構相當復雜,這一問題顯得格外突出。
    不過,行業專家們表示,他們相信這一問題可以得到解決,但需要一定的時間。
    3、容量受限
    人們對未來的4G通信的印象最深的莫過于它的通信傳輸速度會得到極大提升,從理論上說其所謂的每秒100Mbps的寬帶速度(約為每秒12.5MB),比2009年最新手機信息傳輸速度每秒10KB要快1000多倍,但手機的速度會受到通信系統容量的限制,如系統容量有限,手機用戶越多,速度就越慢。據有關行家分析,4G手機會很難達到其理論速度。如果速度上不去,4G手機就要大打折扣。
    4、市場難以消化
    有專家預測在10年以后,第三代移動通信的多媒體服務會進入第三個發展階段,此時覆蓋全球的3G網絡已經基本建成,全球25%以上人口使用第三代移動通信系統,第三代技術仍然在緩慢地進入市場,到那時整個行業正在消化吸收第三代技術,對于第四代移動通信系統的接受還需要一個逐步過渡的過程。
    另外,在過渡過程中,如果4G通信因為系統或終端的短缺而導致延遲的話,那么號稱5G的技術隨時都有可能威脅到4G的贏利計劃,此時4G漫長的投資回收和贏利計劃會變得異常的脆弱。
    5、設施更新慢
    在部署4G通信網絡系統之前,覆蓋全球的大部分無線基礎設施都是基于第三代移動通信系統建立的,如果要向第四代通信技術轉移的話,那么全球的許多無線基礎設施都需要經歷著大量的變化和更新,這種變化和更新勢必減緩4G通信技術全面進入市場、占領市場的速度。
    而且到那時,還必須要求3G通信終端升級到能進行更高速數據傳輸及支持4G通信各項數據業務的4G終端,也就是說4G通信終端要能在4G通信網絡建成后及時提供,不能讓通信終端的生產滯后于網絡建設。但根據某些事實來看,在4G通信技術全面進入商用之日算起的二三年后,消費者才有望用上性能穩定的4G通信手機。

    其他

    因為手機的功能越來越強大,而無線通信網絡也變得越來越復雜,同樣4G通信在功能日益增多的同時,它的建設和開發也會遇到比以前系統建設更多的困難和麻煩。
    例如每一種新的設備和技術推出時,其后的軟件設計和開發必須及時能跟上步伐,才能使新的設備和技術得到很快推廣和應用,但遺憾的是4G通信還只處于研究和開發階段,具體的設備和用到的技術還沒有完全成型,因此對應的軟件開發也會遇到困難;另外費率和計費方式對于4G通信的移動數據市場的發展尤為重要,例如WAP手機推出后,用戶花了很多的連接時間才能獲得信息,而按時間及信息內容的收費方式使用戶難以承受,因此必須及早慎重研究基于4G通信的收費系統,以利于市場發展。

    4G性能/4G網絡 編輯

    4G和3G4G和3G
    第四代移動通信系統可稱為廣帶 (Broadband) 接入和分布網絡,具有非對稱的超過2Mb/s的數據傳輸能力,數據率超過UMTS,是支持高速數據率(2~20Mb/s)連接的理想模式,上網速度從2Mb/s提高到

    100Mb/s,具有不同速率間的自動切換能力。
    第四代移動通信系統是多功能集成的寬帶移動通信系統,在業務上、功能上、頻帶上都與第三代系統不同,會在不同的固定和無線平臺及跨越不同頻帶的網絡運行中提供無線服務,比第三代移動通信更接近于個人通信。第四代移動通信技術可把上網速度提高到超過第三代移動技術50倍,可實現三維圖像高質量傳輸。


    4G移動通信技術的信息傳輸級數要比3G移動通信技術的信息傳輸級數高一個等級。對無線頻率的使用效率比第二代和第三代系統都高得多,且抗信號衰落性能更好,其最大的傳輸速度會是 “i-mode”服務的10000倍。除了高速信息傳輸技術外,它還包括高速移動無線信息存取系統、移動平臺的拉技術、安全密碼技術以及終端間通信技術等,具有極高的安全性,4G終端還可用作諸如定位、告警等。


    4G手機系統下行鏈路速度為100mbps,上行鏈路速度為30mbps。其基站天線可以發送更窄的無線電波波束,在用戶行動時也可進行跟蹤,可處理數量更多的通話。
    第四代移動電話不僅音質清晰,而且能進行高清晰度的圖像傳輸,用途會十分廣泛。在容量方面,可在FDMA、TDMA、CDMA的基礎上引入空分多址 (SDMA),容量達到3G的5~10倍。另外,可以在任何地址寬帶接入互聯網,包含衛星通信,能提供信息通信之外的定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統和互操作的廣播網絡(基于地面和衛星系統)。


    其廣帶無線局域網 (WLAN) 能與B-ISDN和ATM兼容,實現廣帶多媒體通信,形成綜合廣帶通信網 (IBCN),通過IP進行通話。能全速移動用戶能提供150Mb/s的高質量的影像服務,實現三維圖像的高質量傳輸,無線用戶之間可以進行三維虛擬現實通信。


    能自適應資源分配,處理變化的業務流、信道條件不同的環境,有很強的自組織性和靈活性。能根據網絡的動態和自動變化的信道條件,使低碼率與高碼率的用戶能夠共存,綜合固定移動廣播網絡或其他的一些規則,實現對這些功能體積分布的控制。


    支持交互式多媒體業務,如視頻會議、無線因特網等,提供更廣泛的服務和應用。4G系統可以自動管理、動態改變自己的結構以滿足系統變化和發展的要求。用戶可能使用各種各樣的移動設備接入到4G系統中,各種不同的接入系統結合成一個公共的平臺,它們互相補充、互相協作以滿足不同的業務的要求,移動網絡服務趨于多樣化,最終會演變為社會上多行業、多部門、多系統與人們溝通的橋梁。

    4G標準/4G網絡 編輯

    LTE


    LTE (Long Term Evolution,長期演進) 項目是3G的演進,它改進并增強了3G的空中接入技術,采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。根據4G牌照發布的規定,國內三家運營商中國移動、中國電信和中國聯通,都拿到了TD-LTE制式的4G牌照。
    主要特點是在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率,相對于3G網絡大大的提高了小區的容量,同時將網絡延遲大大降低:內部單向傳輸時延低于5ms,控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms,從駐留狀態到激活狀態的遷移時間小于100ms。并且這一標準也是3GPP長期演進 (LTE) 項目,是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術研發項目,其演進的歷史如下:
    GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->FDD-LTE長期演進
    GSM:9K -->GPRS:42K--> EDGE:172K -->WCDMA:364k -->HSDPA/HSUPA:14.4M -->HSDPA+/HSUPA+:42M -->FDD-LTE:300M
    由于WCDMA網絡的升級版HSPA和HSPA+均能夠演化到FDD-LTE這一狀態,所以這一4G標準獲得了最大的支持,也將是未來4G標準的主流。TD-LTE與TD-SCDMA實際上沒有關系不能直接向TD-LTE演進。該網絡提供媲美固定寬帶的網速和移動網絡的切換速度,網絡瀏覽速度大大提升。
    LTE終端設備當前有耗電太大和價格昂貴的缺點,按照摩爾定律測算,估計至少還要6年后,才能達到當前3G終端的量產成本。

    LTE-Advanced


    LTE-Advanced:從字面上看,LTE-Advanced就是LTE技術的升級版,那么為何兩種標準都能夠成為4G標準呢?LTE-Advanced的正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA,它滿足 ITU-R的IMT-Advanced技術征集的需求,是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術提案的一個重要來源。LTE-Advanced是 一個后向兼容的技術,完全兼容LTE,是演進而不是革命,相當于HSPA和WCDMA這樣的關系。LTE-Advanced的相關特性如下:
    帶寬:100MHz
    峰值速率:下行1Gbps,上行500Mbps
    峰值頻譜效率:下行30bps/Hz,上行15bps/Hz
    針對室內環境進行優化
    有效支持新頻段和大帶寬應用
    峰值速率大幅提高,頻譜效率有限的改進
    如果嚴格的講,LTE作為3.9G移動互聯網技術,那么LTE-Advanced作為4G標準更加確切一些。LTE-Advanced的入圍,包含 TDD和FDD兩種制式,其中TD-SCDMA將能夠進化到TDD制式,而WCDMA網絡能夠進化到FDD制式。移動主導的TD-SCDMA網絡期望能夠 直接繞過HSPA+網絡而直接進入到LTE。

    WiMax


    WiMax:WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互聯接入,WiMAX的另一個名字是IEEE 802.16。WiMAX的技術起點較高,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。
    對無線網絡來說,這的確是一個驚人的進步。WiMAX逐步實現寬帶業務的移動化,而3G則實現移動業務的寬帶化,兩種網絡的融合程度會越來越高,這也是未來移動世界和固定網絡的融合趨勢。
    802.16工作的頻段采用的是無需授權頻段,范圍在2GHz至66GHz之間,而802.16a則是一種采用2G至11GHz無需授權頻段的寬帶無線接入系統,其頻道帶寬可根據需求在1.5M至20MHz范圍進行調整,具有更好高速移動下無縫切換的IEEE 802.16m的技術正在研發。因此,802.16所使用的頻譜可能比其它任何無線技術更豐富,WiMax具有以下優點:
    (1)對于已知的干擾,窄的信道帶寬有利于避開干擾,而且有利于節省頻譜資源。
    (2)靈活的帶寬調整能力,有利于運營商或用戶協調頻譜資源。
    (3)WiMax所能實現的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的,網絡覆蓋面積是3G發射塔的10倍,只要少數基站建設就能實現全城覆蓋,能夠使無線網絡的覆蓋面積大大提升。
    不過WiMax網絡在網絡覆蓋面積和網絡的帶寬上優勢巨大,但是其移動性卻有著先天的缺陷,無法滿足高速(≧50km/h)下的網絡的無縫鏈接,從這個意義上講,WiMax還無法達到3G網絡的水平,嚴格地說并不能算作移動通信技術,而僅僅是無線局域網的技術。
    但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技術上,將能夠有效的解決這些問題,也正是因為有中國移動、英特爾、Sprint各大廠商的積極參與,WiMax成為呼聲僅次于LTE的4G網絡手機。關于IEEE 802.16m這一技術,我們將留在最后作詳細的闡述。
    Wimax當前全球使用用戶大約800萬,其中60%在美國。Wimax其實是最早的4G通信標準,大約出現于2000年。

    Wireless MAN


    WirelessMAN-Advanced:WirelessMAN- Advanced事實上就是WiMax的升級版,即IEEE 802.16m標準,802.16系列標準在IEEE正式稱為WirelessMAN ,而WirelessMAN-Advanced即為IEEE 802.16m。其中,802.16m最高可以提供1Gbps無線傳輸速率,還將兼容未來的4G無線網絡。802.16m可在“漫游”模式或高效率/強信號模式下提供1Gbps的下行速率。該標準還支持“高移動”模式,能夠提供1Gbps速率。其優勢如下:
    1.提高網絡覆蓋,改建鏈路預算;
    2.提高頻譜效率;
    3.提高數據和VOIP容量;
    4.低時延&QoS增強;
    5.功耗節??;
    WirelessMAN-Advanced有5種網絡數據規格,其中極低速率為16kbps,低數率數據及低速多媒體為144kbps,中速多媒 體為2Mbps,高速多媒體為30Mbps超高速多媒體則達到了30Mbps--1Gbps。
    但是該標準可能會被率先被軍方所采用,IEEE方面表示軍方 的介入將能夠促使WirelessMAN-Advanced更快的成熟和完善,而且軍方的今天就是民用的明天。不論怎樣,WirelessMAN- Advanced得到ITU的認可并成為4G標準的可能性極大。

    國際標準


    2012年1月18日下午5時,國際電信聯盟在2012年無線電通信全會全體會議上,正式審議通過將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術規范確立為IMT-Advanced(俗稱“4G”)國際標準,中國主導制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同時并列成為4G國際標準。
    4G國際標準工作歷時三年。從2009年初開始,ITU在全世界范圍內征集IMT-Advanced候選技術。2009年10月,ITU共計征集到了六個候選技術,分別來自北美標準化組織IEEE的802.16m、日本3GPP的FDD-LTE-Advance、韓國(基于802.16m)和中國(TD-LTE-Advanced)、歐洲標準化組織3GPP(FDD-LTE-Advance)。
    4G國際標準公布有兩項標準分別是LTE-Advance和IEEE,一類是LTE-Advance的FDD部分和中國提交的TD-LTE-Advanced的TDD部分,總基于3GPP的LTE-Advance。另外一類是基于IEEE 802.16m的技術。
    ITU在收到候選技術以后,組織世界各國和國際組織進行了技術評估。在2010年10月份,在中國重慶,ITU-R下屬的WP5D工作組最終確定了IMT-Advanced的兩大關鍵技術,即LTE-Advanced和802.16m。中國提交的候選技術作為LTE-Advanced的一個組成部分,也包含在其中。在確定了關鍵技術以后,WP5D工作組繼續完成了電聯建議的編寫工作,以及各個標準化組織的確認工作。此后WP5D將文件提交上一級機構審核,SG5審核通過以后,再提交給全會討論通過。
    在此次會議上,TD-LTE正式被確定為4G國際標準,也標志著中國在移動通信標準制定領域再次走到了世界前列,為TD-LTE產業的后續發展及國際化提供了重要基礎。
    日本軟銀、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西sky Brazil、波蘭Aero2等眾多國際運營商已經開始商用或者預商用TD-LTE網絡。印度Augere預計2012年2月開始預商用。審議通過后,將有利于TD-LTE技術進一步在全球推廣。同時,國際主流的電信設備制造商基本全部支持TD-LTE,而在芯片領域,TD-LTE已吸引17家廠商加入,其中不乏高通等國際芯片市場的領導者。

    速率對比


    無線蜂窩技術:CDMA2000 1x/EVDo;GSM EDGE;TD-SCDMA HSPA;WCDMA HSPA;TD-LTE;FDD-LTE
    4G網絡的下行速率能達到100Mbps~150Mbps,比3G快20倍~30倍,上傳的速度也能達到20Mbps~40Mbps。這種速率能滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。有人曾這樣比較3G和4G的網速,3G的網速相當于“高速公路”,4G的網速相當于“磁懸浮”。 

    多模多頻芯片


    支持LTE/3G多模多頻是LTE終端的明確發展方向,也是國內運營商的發展思路。目前國內某些運營商已經公開表示將建設TDD/FDD融合組網,這對多模多頻也提出了很高要求。中國移動也多次強調,TDD/FDD混合組網、支持5模10頻、5模12頻及Band 41是中國移動發展LTE智能終端的重點。 
    關于多模多頻,業界普遍認為頻段不統一是當今全球LTE終端設計的最大障礙——當前,全球2G、3G 和4G LTE網絡頻段的多樣性對移動終端開發構成了挑戰。全球2G和3G技術各采用4到5個不同的頻段,加上4G LTE,網絡頻段的總量將近40個。要支持多模多頻,首先就需要終端集成能同時支持多種制式和頻段的芯片。

    芯片標準


    從4G芯片的發展來看,4G芯片應該具備高度集成、多模多頻、強大的數據與多媒體處理能力。全球4G手機大多數采用高通的芯片。博通、Marvell、英特爾、聯發科、聯芯科技、創毅視訊、展迅、海思等芯片廠商也有4G基帶芯片產品推出,主要運用于MIFI、CPE等數據終端中。
    在2013年8月初最新公布的中國移動2013年度TD-LTE終端采購的芯片使用上,采用高通芯片的比例超過60%,甚至有的預期稱可能會占到中國移動2013年所有采購的4G終端產品的70%左右。
    高通的LTE芯片強調高集成度和多模多頻支持,高通所有LTE芯片組均同時支持LTETDD和LTE FDD,而在LTE/3G多模方面,以第三代調制解調器Gobi MDM9x25為例,支持LTERel10、HSPA+ Rel10、1x/DO、TD-SCDMA、GSM/EDGE;此外強調“高集成”和“單芯片”的驍龍800系列處理器也集成了Gobi 9x25調制解調方案。而目前有超過150款采用高通第三代調制解調方案的智能終端正在研發中。 此外,2013年年初推出的RF360前端解決方案還首次實現單個終端支持所有LTE制式和頻段的設計,支持七種網絡制式(FDD、TD-LTE、WCDMA、EV-DO、CDMA1x、TD-SCDMA和GSM/EDGE)。

    4G牌照/4G網絡 編輯

    2013年12月4日下午,工業和信息化部(以下簡稱“工信部”)向中國移動、中國電信、中國聯通正式發放了第四代移動通信業務牌照(即4G牌照),中國移動、中國電信、中國聯通三家均獲得TD-LTE牌照,此舉標志著中國電信產業正式進入了4G時代。
    有關部門對TD-LTE頻譜規劃使用做了詳細說明:中國移動獲得130MHz頻譜資源,分別為1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz;中國聯通獲得40MHz頻譜資源,分別為2300-2320 MHz、2555-2575 MHz;中國電信獲得40MHz頻譜資源,分別為2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。

    中國聯通

    2013年底全網中國聯通HSPA+雙載波42兆。國際上很多國家,42兆也稱為4G網絡。


    4G系統能夠以100Mbps-150Mbps的速度下載,不同的運營商采用不同的4G技術,速度通常與3G相比快20~30倍。


    4G通信技術并沒有脫離以前的通信技術,采用了一些新的通信技術,來提高無線通信的網絡效率和功能。ITU(國際電聯)已經將WiMax、HSPA+、LTE正式納入到4G標準里,加上之前就已經確定的LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced這兩種標準,4G標準已經達到了5種。截止到2013年12月份LTE已然成為4G全球標準,包括FDD-LTE和TD-LTE兩種制式。


    2013年3月,全球67個國家已部署163張LTE商用網絡,其中154張FDD-LTE商用網絡,15張TD-LTE商用網絡,6家運營商部署雙模網絡,中國聯通采用FDD-LTE制式進入4G時代。
    2014年3月18日中國聯通合作伙伴大會召開。會上,中國聯通宣布在25個城市開展4G網絡服務,還公布了4G發展戰略、推出了“4G/3G一體化套餐”方案,發布61款4G LTE、42M和創新型產品。

    中國電信

    中國電信已完成了其4G試點城市中TD-LTE基站示范站的安裝及開通調測,開通了在試點城市的首個TD-LTE示范站,實現了基礎數據業務的服務。

    中國移動

    2013年以來,中國移動啟動了20萬個基站的建設和100萬部終端的采購,體驗用戶接近4萬人。2013年10月,中國移動獲準在全國326個城市開展TD-LTE擴大規模試驗。中國移動稱,該公司已在全國范圍內啟動了TD-LTE的商用部署工作,將建成全球規模最大的4G網絡,并將努力推動4G的融合發展。按照中國移動的計劃,在2013年底前,該公司可向北京、杭州、廣州、深圳、青島、南昌、南京、溫州、廈門、上海、天津、沈陽、成都等城市的用戶提供4G服務。

    資費爭議/4G網絡 編輯

    中國移動

    ,4G
    “中國移動推出4G套餐,40元包300兆流量,按照每秒百兆的速率,這個套餐3秒就用完了,3秒40元,一個小時就是48000元。如果晚上忘了關閉4G連接,一覺醒來,你的房子都快成移動公司的了?!碑敭斁WCEO李國慶前幾日發出的這則微博段子,24小時內便得到近3萬次轉載,1萬次點贊。
    網友的調侃與轉載凸顯人們對4G資費的擔憂與不適?!熬W速提升顯著,價格維持高位,這是要‘被破產’的節奏嗎?”一名網友直言。
    對此,北京移動回應稱,用戶不用擔憂,因為該公司推出4G國內(不含港澳臺地區)數據流量提醒和流量封頂“雙保險服務”:除了發送流量超量提醒,當客戶每月流量費用累計到達500元時,會執行費用封頂,之后還會啟動流量保護措施,關閉當月流量,下月自動開啟。
    即便如此,在春節換機潮中,不少用戶依舊對4G持觀望態度,資費成了首要擔憂。
    按照現有4G資費套餐,網友算了一筆賬,如果使用4G網絡觀看一部大小1GB左右的電影,即便算上當前贈送的每月1GB流量,仍需要辦理價格138元的4G飛享套餐,或50元的流量可選包。有網友表示,這資費看視頻還不如直接去電影院看電影呢!
    北京移動金融街營業廳工作人員介紹,盡管4G流量價格超出套餐部分按照0.29元/兆計算,比2G、3G時代1元/兆降低不少,但也有用戶反映,流量消耗速度加快,甚至一天能耗掉整月流量。

    中國聯通

    中國聯通中國聯通
    相對中國移動,中國聯通推出了4G/3G一體化資費套餐, 套內流量比3G套餐大幅提升。套餐共分8檔,最低76元,最高596 元。

    以中國聯通3G基本套餐A套餐156元檔為例,對比與之月費相近的4G/3G一體化套餐166元檔,套內語音由420分鐘提高至500分鐘,套內數據流量由500MB提高至2GB。為有效解決用戶超套餐流量使用資費難以控制問題,中國聯通特意設計了套外流量“放心用”功能,用戶套餐外流量不足1GB時按照0.30元/MB計費收費,達到60元(即200MB)時,用戶將額外獲得824MB免費流量(即60元/GB),之后每超出200MB都按照這個規則計費收費。


    為控制套餐外高額流量費用,中國聯通還推出了套餐外國內流量“雙封頂”措施,即對于用戶超出套餐外國內流量費達到600元后,停止計費,用戶仍可繼續使用,當國內計費流量達到15GB時,將自動關閉數據通信功能。此外,本次中國聯通還推出了“流量半年包”,以及“在網越長優惠越多”網齡升級計劃,未來更有自由組合套餐、共享套餐,滿足用戶的多終端、個性化、多層次需求。

    中國電信

    相較于其他兩家運營商,除了經典的套餐形式,中國電信天翼4G套餐還推出了具有移動互聯網風格的“個人定制”套餐,,流量和通話自由轉換,開創了把套餐設計權交給用戶的新時代。此套餐采用階梯式計費,按照套餐使用量增加降低,例如套外流量,不足100MB按0.3元/MB收費,達到100MB(30元)時,額外贈送用戶400MB流量(即30元/500MB),用戶套餐外流量超過500MB時,仍按上述原則(即每超出500MB即按照30元/500MB收費)收費,以此類推。
    針對于用戶的“破產”擔憂,中國電信推出了流量/費用雙封頂,套餐外流量達到600元以后,國內流量不在計費,直至15GB后,系統自動關閉數據網絡。

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