5G通訊技術(shù)詳解
5G通訊技術(shù)詳解
在CES2017和MWC2017上都吸睛無(wú)數(shù)的5G技術(shù)，已經(jīng)成為2017年最熱門的詞匯之一。然而由于它“技術(shù)”的屬性，很多網(wǎng)友仍對(duì)它有疑惑和不解：什么是5G?和4G有什么區(qū)別?什么時(shí)候能用上?以及，它是否只是刺激商業(yè)市場(chǎng)的一次言過(guò)其實(shí)的網(wǎng)絡(luò)提速?學(xué)習(xí)啦小編想用本篇文章，通過(guò)對(duì)理論層面通俗的解釋和在實(shí)踐層面廠家產(chǎn)品以及動(dòng)作的解讀，回答兩個(gè)問(wèn)題：什么是5G?我們正處于哪個(gè)階段?下面跟著小編一起來(lái)看看吧。
5G通訊技術(shù)詳解
拋開(kāi)技術(shù)名詞，通俗的理解什么是5G
5G就是第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(cellular networking，也稱“蜂窩網(wǎng)絡(luò)”)。然而，5G目前并沒(méi)有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)和一個(gè)確切的定義。但是有一個(gè)方面達(dá)成了共識(shí)，那就是使用“毫米”級(jí)的波長(zhǎng)(mmWave，也稱作“毫米波”)。
仔細(xì)翻看高中物理課本你會(huì)回憶起這樣一句話“波長(zhǎng)越小，頻率越高”。我們收聽(tīng)的電臺(tái)，比如“88.7”，就是頻率，意思是這個(gè)電臺(tái)通過(guò)88.7 MHz的頻率段傳遞信息。路由器使用的“2.4 GHz”也是頻率，意思是通過(guò)2.4 GHz的頻率段傳遞信息。毫米波對(duì)應(yīng)的頻率段大概是30 GHz到300 GHz。
但是用高頻率段傳遞信息有什么用呢?研究發(fā)現(xiàn)，頻率越高，能夠承載的信息就越多。所以電臺(tái)這樣87.5 MHz到108.0 MHz的頻率段只傳遞聲音信息。而到了2.4 GHz的頻率段，聲音、圖像、視頻都能綽綽有余的承載。當(dāng)達(dá)到37 GHz、39 GHz這樣高的頻率段時(shí)，人們預(yù)計(jì)，做到清晰、流暢、低延時(shí)的VR直播不會(huì)是問(wèn)題。
詳解：5G是什么?多久才能來(lái)?
但是高頻段也有它的缺點(diǎn)，最為致命的就是穿透性特別差。你可以想一想路由器和收音電臺(tái)的區(qū)別：當(dāng)隔著幾道墻時(shí)，路由器信號(hào)就有明顯的衰減了，而電臺(tái)的信號(hào)卻覆蓋了一座城市。
這就意味著5G的普及需要非常多，非常非常多的天線，以克服穿透性差的問(wèn)題。另外，不管是運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備還是消費(fèi)者的終端都需要根據(jù)這些天線進(jìn)行改變。
此外，想要充分發(fā)揮5G的優(yōu)勢(shì)，不僅僅是從基站到終端的改變，包括筆者在內(nèi)的很多網(wǎng)友都忽視了一方面：運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型。
5G網(wǎng)絡(luò)既要應(yīng)對(duì)超高速的移動(dòng)寬帶需求、也要滿足智能駕駛和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)穩(wěn)定性和時(shí)延的苛刻要求(注：如果網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)延能沖50ms縮短到1ms，就會(huì)讓一輛時(shí)速60km的自動(dòng)駕駛車輛的反應(yīng)距離從1m縮短至1.6cm。這會(huì)大大的加強(qiáng)此類應(yīng)用的可用性和安全性。)，還要包容海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。這就需要運(yùn)營(yíng)商及時(shí)調(diào)動(dòng)不同資源予以支持，而現(xiàn)有的架構(gòu)相對(duì)封閉，滿足不了5G網(wǎng)絡(luò)“靈活”和“多樣化”的需求。
5G時(shí)代的到來(lái)需要從端到端，從內(nèi)到外的變革。這也是為什么雖然5G預(yù)計(jì)在2020年才能實(shí)現(xiàn)商用的原因之一。
說(shuō)回MWC，通過(guò)英特爾，來(lái)看看我們正處于變革的哪個(gè)階段
詳解：5G是什么?多久才能來(lái)?
簡(jiǎn)單了解概念只是回答了“什么是5G?”，想要了解5G多久才能來(lái)，就需要去關(guān)注重點(diǎn)廠商的產(chǎn)品和動(dòng)作。
此次選擇以“英特爾”在MWC2017的產(chǎn)品和動(dòng)作為軸，來(lái)審視一下我們目前處于這場(chǎng)變革的哪個(gè)階段。原因有二：
一是我們與英特爾有合作交流，能夠獲取更多一些關(guān)于5G方面的信息。
二是英特爾同高通、AT&T、華為等一樣，確實(shí)是5G方面的領(lǐng)先者之一，它在5G領(lǐng)域側(cè)重的“智慧城市”、“無(wú)人駕駛”、“虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”、“萬(wàn)物互聯(lián)”都是焦點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，而此次“5G+網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型”的主題也證明了，它想通過(guò)自身，極力的推動(dòng)這場(chǎng)變革。
總之，這是一把很好的標(biāo)尺。
IT之家詳解：5G是什么?多久才能來(lái)?
首先，英特爾此次發(fā)布了三類產(chǎn)品：
一是“第三代移動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)”，它能夠達(dá)到5G標(biāo)準(zhǔn)的低延時(shí)以及10Gps數(shù)據(jù)流的要求。支持3.3-4.2GHz、28GHz和39GHz的頻段，對(duì)高頻段和低頻段都有覆蓋。
這個(gè)平臺(tái)主要是做5G的終端，它是一個(gè)更快地集成和測(cè)試5G設(shè)備和無(wú)線接入點(diǎn)的高性能開(kāi)發(fā)平臺(tái)。英特爾目前也正在與全球運(yùn)營(yíng)商合作，利用這個(gè)新的試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行5G開(kāi)發(fā)、原型設(shè)計(jì)和測(cè)試，并進(jìn)一步升級(jí)這個(gè)平臺(tái)。
二是“英特爾XMM 7560調(diào)制解調(diào)器”，14納米技術(shù)制造，高度集成，6模35頻(即支持6種通訊模式，35個(gè)工作頻段)，面向下一代LTE Advanced(嚴(yán)格意義上“4G”)設(shè)備。
這個(gè)產(chǎn)品就是可以理解成我們常說(shuō)的手機(jī)基帶。它的上上一代產(chǎn)品英特爾XMM 7360曾在iPhone7系列上使用。這個(gè)產(chǎn)品主要還是著力于4G，可以理解成為5G技術(shù)做技術(shù)儲(chǔ)備。
三是移動(dòng)邊緣計(jì)算產(chǎn)品組合(Mobile Edge Computing, MEC)，移動(dòng)邊緣計(jì)算主要?jiǎng)?chuàng)造高性能、低延遲與高帶寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
由于人們想在5G時(shí)代全面推行”無(wú)人駕駛“、”萬(wàn)物互聯(lián)“等應(yīng)用，如果只做5G無(wú)線技術(shù)方面的革新，而運(yùn)營(yíng)商不做網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，人們所暢想的在5G時(shí)代下全面發(fā)展的”無(wú)人駕駛“、”萬(wàn)物互聯(lián)“等應(yīng)用就無(wú)法達(dá)成和實(shí)現(xiàn)。英特爾的這個(gè)產(chǎn)品組合服務(wù)于就是通訊服務(wù)供應(yīng)商，幫助它們進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的產(chǎn)品。
通過(guò)這幾款產(chǎn)品我們發(fā)現(xiàn)，我們其實(shí)處在通向5G時(shí)代的初期，一個(gè)有著大體概念的摸索階段。產(chǎn)品的思路以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)5G，做技術(shù)儲(chǔ)備為主。英特爾的這幾款產(chǎn)品代表目前還是在為進(jìn)入5G的變革打基礎(chǔ)。
詳解：5G是什么?多久才能來(lái)?
其次，英特爾還宣布了自己的幾項(xiàng)動(dòng)作，主要圍繞著“平臺(tái)”和“互通性”：
與愛(ài)立信聯(lián)手推出5G創(chuàng)新者計(jì)劃，聚焦工業(yè)物聯(lián)網(wǎng);與諾基亞合作設(shè)立了兩個(gè)5G解決方案的實(shí)驗(yàn)室，以測(cè)試和加快新無(wú)線技術(shù)的商業(yè)就緒，支持5G服務(wù)的發(fā)展;AT&T合作共同推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備快速上市、獲得認(rèn)證并接入網(wǎng)絡(luò)。
與愛(ài)立信實(shí)現(xiàn)第一個(gè)Pre-5G空中無(wú)線互通性，對(duì)應(yīng)用層面不同產(chǎn)品、系統(tǒng)之間的相互配合提供了解決辦法;參與了諾基亞第一個(gè)符合5GTF接口的連接的發(fā)布，對(duì)之后商用制定標(biāo)準(zhǔn)有推動(dòng)作用。
通過(guò)這幾個(gè)動(dòng)作可以看到，以英特爾為例的行業(yè)領(lǐng)先者“抱團(tuán)合作”，為更多的企業(yè)能夠加入5G的變革提供平臺(tái)和資源。我們雖然處在通向5G時(shí)代的初期，但卻是在一個(gè)“加速度”的狀態(tài)，越來(lái)越多的力量融入到行業(yè)領(lǐng)先者建立的平臺(tái)和團(tuán)隊(duì)里。
通過(guò)總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)5G時(shí)代還需要幾年才能到來(lái)，我們?nèi)蕴幱谕ㄏ?G時(shí)代的初期，但是勢(shì)頭正盛。以英特爾為代表的行業(yè)領(lǐng)先者，通過(guò)自身的產(chǎn)品以及行動(dòng)，引領(lǐng)著更多廠商進(jìn)入到這場(chǎng)變革中來(lái)。
你還記得你使用2G網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)是什么樣子嗎?當(dāng)經(jīng)歷了2G到3G，3G到4G的體驗(yàn)之后，我們有理由期待5G帶給我們更多的可能性。
4G通信技術(shù)介紹
第四代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，指的是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，外語(yǔ)縮寫：4G。該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式(嚴(yán)格意義上來(lái)講，LTE只是3.9G，盡管被宣傳為4G無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，但它其實(shí)并未被3GPP認(rèn)可為國(guó)際電信聯(lián)盟所描述的下一代無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)IMT-Advanced，因此在嚴(yán)格意義上其還未達(dá)到4G的標(biāo)準(zhǔn)。只有升級(jí)版的LTE Advanced才滿足國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)4G的要求)。
4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)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(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。
產(chǎn)生背景
隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)多媒體運(yùn)作需要的第四代移動(dòng)通信開(kāi)始興起，因此有理由期待這種第四代移動(dòng)通信技術(shù)給人們帶來(lái)更加美好的未來(lái)。另一方面，4G也因?yàn)槠鋼碛械某邤?shù)據(jù)傳輸速度，被中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟譽(yù)為機(jī)器之間當(dāng)之無(wú)愧的“高速對(duì)話”。
發(fā)展歷史
研發(fā)階段
2001年12月～2003年12月，開(kāi)展Beyond 3G/4G蜂窩通信空中接口技術(shù)研究，完成Beyond 3G/4G系統(tǒng)無(wú)線傳輸系統(tǒng)的核心硬、軟件研制工作，開(kāi)展相關(guān)傳輸實(shí)驗(yàn)，向ITU提交有關(guān)建議;
2004年1月～2005年12月，使Beyond 3G/4G空中接口技術(shù)研究達(dá)到相對(duì)成熟的水平，進(jìn)行與之相關(guān)的系統(tǒng)總體技術(shù)研究(包括與無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)、游牧無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通技術(shù)研究等)，完成聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)和演示業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)，建成具有Beyond 3G/4G技術(shù)特征的演示系統(tǒng)，向ITU提交初步的新一代無(wú)線通信體制標(biāo)準(zhǔn);
2006年1月～2010年12月，設(shè)立有關(guān)重大專項(xiàng)，完成通用無(wú)線環(huán)境的體制標(biāo)準(zhǔn)研究及其系統(tǒng)實(shí)用化研究，開(kāi)展較大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。[1]
運(yùn)行階段
2010年是海外主流運(yùn)營(yíng)商規(guī)模建設(shè)4G的元年，多數(shù)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)海外4G投資時(shí)間還將持續(xù)3年左右。
2012年國(guó)家工業(yè)和信息化部部長(zhǎng)苗圩表示：4G的腳步越來(lái)越近，4G牌照在一年左右時(shí)間中就會(huì)下發(fā)。
2013年，"谷歌光纖概念"開(kāi)始在全球發(fā)酵，在美國(guó)國(guó)內(nèi)成功推行的同時(shí)，谷歌光纖開(kāi)始向非洲、東南亞等地推廣，給全球4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)再次添柴加火。同年8月，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)日前主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，要求提升3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量，推動(dòng)年內(nèi)發(fā)放4G牌照。12月4日正式向三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)布4G牌照，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通均獲得TD-LTE牌照，不過(guò)中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信熱切期待的FDD-LTE牌照，暫未發(fā)放。[2-3]
2013年12月18日，中國(guó)移動(dòng)在廣州宣布，將建成全球最大4G網(wǎng)絡(luò)。2013年年底前，北京、上海、廣州、深圳等16個(gè)城市可享受4G服務(wù);預(yù)計(jì)到2014年年底，4G網(wǎng)絡(luò)將覆蓋超過(guò)340個(gè)城市。[4]
2014年1月，京津城際高鐵作為全國(guó)首條實(shí)現(xiàn)移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的鐵路，實(shí)現(xiàn)了300公里時(shí)速高鐵場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速下載，一部2G大小的電影只需要幾分鐘。原有的3G信號(hào)也得到增強(qiáng)。[5]
2014年1月20日，中國(guó)聯(lián)通已在珠江三角洲及深圳等十余個(gè)城市和地區(qū)開(kāi)通42M，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)升級(jí)，升級(jí)后的3G網(wǎng)絡(luò)均可以達(dá)到42M標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)將在今年年內(nèi)完成全國(guó)360多個(gè)城市和大部分地區(qū)3G網(wǎng)絡(luò)的42M升級(jí)。
2014年7月21日中國(guó)移動(dòng)在召開(kāi)的新聞發(fā)布會(huì)上又提出包括持續(xù)加強(qiáng)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、實(shí)施清晰透明的訂購(gòu)收費(fèi)、大力治理垃圾信息等六項(xiàng)服務(wù)承諾。中移動(dòng)表示，將繼續(xù)降低4G資費(fèi)門檻。[6]
截至2015年12月底，全國(guó)電話用戶總數(shù)達(dá)到15.37億戶，其中移動(dòng)電話用戶總數(shù)13.06億戶，4G用戶總數(shù)達(dá)3.86225億戶，4G用戶在移動(dòng)電話用戶中的滲透率為29.6%。[7]
核心技術(shù)
接入方式和多址方案
(正交頻分復(fù)用)是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，其主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)
4G
4G
子載波進(jìn)行調(diào)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(gè)子信道是相對(duì)平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬。OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以消除或減小信號(hào)波形間的干擾，對(duì)多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實(shí)現(xiàn)低成本的單波段接收機(jī)。OFDM的主要缺點(diǎn)是功率效率不高。
調(diào)制與編碼技術(shù)
4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用新的調(diào)制技術(shù)，如多載波正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)以及單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)等調(diào)制方式，以保證頻譜利用率和延長(zhǎng)用戶終端電池的壽命。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用更高級(jí)的信道編碼方案(如Turbo碼、級(jí)連碼和LDPC等)、自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求(ARQ)技術(shù)和分集接收技術(shù)等，從而在低Eb/N0條件下保證系統(tǒng)足夠的性能。
高性能的接收機(jī)
4G移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)提出了很高的要求。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實(shí)現(xiàn)容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以計(jì)算出，對(duì)于3G系統(tǒng)如果信道帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)速率為2Mb/s，所需的SNR為l.2dB;而對(duì)于4G系統(tǒng)，要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數(shù)據(jù)，則所需要的SNR為12dB。可見(jiàn)對(duì)于4G系統(tǒng)，由于速率很高，對(duì)接收機(jī)的性能要求也要高得多。
智能天線技術(shù)
智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能，被認(rèn)為是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對(duì)準(zhǔn)用戶信號(hào)到達(dá)方向，旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)方向，達(dá)到充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)并消除或抑制干擾信號(hào)的目的。這種技術(shù)既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。
MIMO技術(shù)
(多輸入多輸出)技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進(jìn)行空間分集的技術(shù)，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(jīng)證明，當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時(shí)，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。例如：當(dāng)接收天線和發(fā)送天線數(shù)目都為8根，且平均信噪比為20dB時(shí)，鏈路容量可以高達(dá)42bps/Hz，這是單天線系統(tǒng)所能達(dá)到容量的40多倍。因此，在功率帶寬受限的無(wú)線信道中，MIMO技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。在無(wú)線頻譜資源相對(duì)匱乏的今天， MIMO系統(tǒng)已經(jīng)體現(xiàn)出其優(yōu)越性，也會(huì)在4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中繼續(xù)應(yīng)用。
軟件無(wú)線電技術(shù)
軟件無(wú)線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過(guò)一個(gè)通用硬件平臺(tái)，利用軟件加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種類型的無(wú)線電通信系統(tǒng)的一種具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。軟件無(wú)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(lái)定義無(wú)線功能，各種功能和信號(hào)處理都盡可能用軟件實(shí)現(xiàn)。其軟件系統(tǒng)包括各類無(wú)線信令規(guī)則與處理軟件、信號(hào)流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯(cuò)編碼軟件、調(diào)制解調(diào)算法軟件等。軟件無(wú)線電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口。軟件無(wú)線電技術(shù)能支持采用不同空中接口的多模式手機(jī)和基站，能實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的可變QoS。
基于IP的核心網(wǎng)
移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，同已有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比具有根本性的優(yōu)點(diǎn)，即：可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng);同時(shí)核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_(kāi)。采用IP后，所采用的無(wú)線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)(CN)協(xié)議、鏈路層是分離獨(dú)立的。IP與多種無(wú)線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有很大的靈活性，不需要考慮無(wú)線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。
多用戶檢測(cè)技術(shù)
多用戶檢測(cè)是寬帶通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際的CDMA通信系統(tǒng)中，各個(gè)用戶信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾存在的根源。由個(gè)別用戶產(chǎn)生的多址干擾固然很小，可是隨著用戶數(shù)的增加或信號(hào)功率的增大，多址干擾就成為寬帶CDMA通信系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶的信號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較差;多用戶檢測(cè)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成多址干擾的所有用戶信號(hào)信息對(duì)單個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題，降低了系統(tǒng)對(duì)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(tǒng)容量。隨著多用戶檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高性能又不是特別復(fù)雜的多用戶檢測(cè)器算法不斷提出，在4G實(shí)際系統(tǒng)中采用多用戶檢測(cè)技術(shù)將是切實(shí)可行的。[8]
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無(wú)線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。
物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開(kāi)放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶。[9]
4G特點(diǎn)
優(yōu)勢(shì)
通信速度快
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(dòng)裝置無(wú)線訪問(wèn)Internet的速率，因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過(guò)于它具有更快的無(wú)線通信速度。
從移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率作比較，第一代模擬式僅提供語(yǔ)音服務(wù);第二代數(shù)位式移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6Kbps，最高可達(dá)32Kbps，如PHS;第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mbps;而第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)到20Mbps，甚至最高可以達(dá)到高達(dá)100Mbps，這種速度會(huì)相當(dāng)于2009年最新手機(jī)的傳輸速度的1萬(wàn)倍左右,第三代手機(jī)傳輸速度的50倍。
網(wǎng)絡(luò)頻譜寬
要想使4G通信達(dá)到100Mbps的傳輸，通信營(yíng)運(yùn)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大幅度的改造和研究，以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的蜂窩系統(tǒng)的帶寬高出許多。據(jù)研究4G通信的AT&T的執(zhí)行官們說(shuō)，估計(jì)每個(gè)4G信道會(huì)占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。
通信靈活
從嚴(yán)格意義上說(shuō)，4G手機(jī)的功能，已不能簡(jiǎn)單劃歸“電話機(jī)”的范疇，畢竟語(yǔ)音資料的傳輸只是4G移動(dòng)電話的功能之一而已，因此未來(lái)4G手機(jī)更應(yīng)該算得上是一只小型電腦了，而且4G手機(jī)從外觀和式樣上，會(huì)有更驚人的突破，人們可以想象的是，眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋，以方便和個(gè)性為前提，任何一件能看到的物品都有可能成為4G終端，只是人們還不知應(yīng)該怎么稱呼它。
未來(lái)的4G通信使人們不僅可以隨時(shí)隨地通信，更可以雙向下載傳遞資料、圖畫(huà)、影像，當(dāng)然更可以和從未謀面的陌生人網(wǎng)上聯(lián)線對(duì)打游戲。也許有被網(wǎng)上定位系統(tǒng)永遠(yuǎn)鎖定無(wú)處遁形的苦惱，但是與它據(jù)此提供的地圖帶來(lái)的便利和安全相比，這簡(jiǎn)直可以忽略不計(jì)。
智能性能高
第四代移動(dòng)通信的智能性更高，不僅表現(xiàn)于4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作具有智能化，例如對(duì)菜單和滾動(dòng)操作的依賴程度會(huì)大大降低，更重要的4G手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多難以想象的功能。
例如4G手機(jī)能根據(jù)環(huán)境、時(shí)間以及其他設(shè)定的因素來(lái)適時(shí)地提醒手機(jī)的主人此時(shí)該做什么事，或者不該做什么事，4G手機(jī)可以把電影院票房資料，直接下載到PDA之上，這些資料能夠把售票情況、座位情況顯示得清清楚楚，大家可以根據(jù)這些信息來(lái)進(jìn)行在線購(gòu)買自己滿意的電影票;4G手機(jī)可以被看作是一臺(tái)手提電視，用來(lái)看體育比賽之類的各種現(xiàn)場(chǎng)直播。LG G3支持雙卡，支持2014年的主流4G，并內(nèi)置可拆卸式3000毫安時(shí)電池。[10]
兼容性好
要使4G通信盡快地被人們接受，不但考慮的它的功能強(qiáng)大外，還應(yīng)該考慮到現(xiàn)有通信的基礎(chǔ)，以便讓更多的現(xiàn)有通信用戶在投資最少的情況下就能很輕易地過(guò)渡到4G通信。
因此，從這個(gè)角度來(lái)看，未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游，接口開(kāi)放，能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化以及能從第二代平穩(wěn)過(guò)渡等特點(diǎn)。
提供增值服務(wù)
4G通信并不是從3G通信的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的升級(jí)而演變過(guò)來(lái)的，它們的核心建設(shè)技術(shù)根本就是不同的，3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù)，而4G移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交多任務(wù)分頻技術(shù)(OFDM)最受矚目，利用這種技術(shù)人們可以實(shí)現(xiàn)例如無(wú)線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無(wú)線通信增值服務(wù);不過(guò)考慮到與3G通信的過(guò)渡性，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)不會(huì)在未來(lái)僅僅只采用OFDM一種技術(shù)，CDMA技術(shù)會(huì)在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，與OFDM技術(shù)相互配合以便發(fā)揮出更大的作用，甚至未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也會(huì)有新的整合技術(shù)如OFDM/CDMA產(chǎn)生，前文所提到的數(shù)字音訊廣播，其實(shí)它真正運(yùn)用的技術(shù)是OFDM/FDMA的整合技術(shù)，同樣是利用兩種技術(shù)的結(jié)合。
因此未來(lái)以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，也會(huì)結(jié)合兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，一部分會(huì)是以CDMA的延伸技術(shù)。
高質(zhì)量通信
盡管第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)各種多媒體通信，為此未來(lái)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)也稱為“多媒體移動(dòng)通信。
第四代移動(dòng)通信不僅僅是為了因應(yīng)用戶數(shù)的增加，更重要的是，必須要因應(yīng)多媒體的傳輸需求，當(dāng)然還包括通信品質(zhì)的要求?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，首先必須可以容納市場(chǎng)龐大的用戶數(shù)、改善現(xiàn)有通信品質(zhì)不良，以及達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>
頻率效率高
相比第三代移動(dòng)通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，第四代移動(dòng)通信技術(shù)在開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中使用和引入許多功能強(qiáng)大的突破性技術(shù)，例如一些光纖通信產(chǎn)品公司為了進(jìn)一步提高無(wú)線因特網(wǎng)的主干帶寬寬度，引入了交換層級(jí)技術(shù)，這種技術(shù)能同時(shí)涵蓋不同類型的通信接口，也就是說(shuō)第四代主要是運(yùn)用路由技術(shù)(Routing)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
由于利用了幾項(xiàng)不同的技術(shù)，所以無(wú)線頻率的使用比第二代和第三代系統(tǒng)有效得多。
按照最樂(lè)觀的情況估計(jì)，這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數(shù)量的無(wú)線頻譜做更多的事情，而且做這些事情的時(shí)候速度相當(dāng)快。研究人員說(shuō)，下載速率有可能達(dá)到5Mbps到10Mbps。
費(fèi)用便宜
由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問(wèn)題，讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級(jí)到4G通信，而且4G通信引入了許多尖端的通信技術(shù)，這些技術(shù)保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，因此相對(duì)其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，4G通信部署起來(lái)就容易迅速得多;同時(shí)在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，通信營(yíng)運(yùn)商們會(huì)考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上，采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運(yùn)行者和用戶的費(fèi)用。據(jù)研究人員宣稱，4G通信的無(wú)線即時(shí)連接等某些服務(wù)費(fèi)用會(huì)比3G通信更加便宜。
對(duì)于人們來(lái)說(shuō)，未來(lái)的4G通信的確顯得很神秘，不少人都認(rèn)為第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類有史以來(lái)發(fā)明的最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)。的確，第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在具體實(shí)施的過(guò)程中出現(xiàn)大量令人頭痛的技術(shù)問(wèn)題，大概一點(diǎn)也不會(huì)使人們感到意外和奇怪。第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)存在的技術(shù)問(wèn)題多和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，并且需要花費(fèi)好幾年的時(shí)間才能解決。
缺陷
標(biāo)準(zhǔn)多
雖然從理論上講，3G手機(jī)用戶在全球范圍都可以進(jìn)行移動(dòng)通信，但是由于沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，各種移動(dòng)通信系統(tǒng)彼此互不兼容，給手機(jī)用戶帶來(lái)諸多不便。因此，開(kāi)發(fā)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)必須首先解決通信制式等需要全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，而世界各大通信廠商會(huì)對(duì)此一直在爭(zhēng)論不休。
技術(shù)難
盡管未來(lái)的4G通信能夠給人帶來(lái)美好的明天，現(xiàn)已研究出來(lái)，但并未普及。據(jù)研究這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員而言，要實(shí)現(xiàn)4G通信的下載速度還面臨著一系列技術(shù)問(wèn)題。
例如，如何保證樓區(qū)、山區(qū)，及其它有障礙物等易受影響地區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度等問(wèn)題。日本DoCoMo公司表示，為了解決這一問(wèn)題，公司會(huì)對(duì)不同編碼技術(shù)和傳輸技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。另外在移交方面存在的技術(shù)問(wèn)題，使手機(jī)很容易在從一個(gè)基站的覆蓋區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)基站的覆蓋區(qū)域時(shí)和網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系。
[11] 由于第四代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，這一問(wèn)題顯得格外突出。
不過(guò)，行業(yè)專家們表示，他們相信這一問(wèn)題可以得到解決，但需要一定的時(shí)間。
容量受限
人們對(duì)未來(lái)的4G通信的印象最深的莫過(guò)于它的通信傳輸速度會(huì)得到極大提升，從理論上說(shuō)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(jī)信息傳輸速度每秒10KB要快1000多倍，但手機(jī)的速度會(huì)受到通信系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機(jī)用戶越多，速度就越慢。據(jù)有關(guān)行家分析，4G手機(jī)會(huì)很難達(dá)到其理論速度。如果速度上不去，4G手機(jī)就要大打折扣。
市場(chǎng)難以消化
有專家預(yù)測(cè)在10年以后，第三代移動(dòng)通信的多媒體服務(wù)會(huì)進(jìn)入第三個(gè)發(fā)展階段，此時(shí)覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成，全球25%以上人口使用第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，第三代技術(shù)仍然在緩慢地進(jìn)入市場(chǎng)，到那時(shí)整個(gè)行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù)，對(duì)于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的接受還需要一個(gè)逐步過(guò)渡的過(guò)程。
另外，在過(guò)渡過(guò)程中，如果4G通信因?yàn)橄到y(tǒng)或終端的短缺而導(dǎo)致延遲的話，那么號(hào)稱5G的技術(shù)隨時(shí)都有可能威脅到4G的贏利計(jì)劃，此時(shí)4G漫長(zhǎng)的投資回收和贏利計(jì)劃會(huì)變得異常的脆弱。
設(shè)施更新慢
在部署4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之前，覆蓋全球的大部分無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施都是基于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)建立的，如果要向第四代通信技術(shù)轉(zhuǎn)移的話，那么全球的許多無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施都需要經(jīng)歷著大量的變化和更新，這種變化和更新勢(shì)必減緩4G通信技術(shù)全面進(jìn)入市場(chǎng)、占領(lǐng)市場(chǎng)的速度。
而且到那時(shí)，還必須要求3G通信終端升級(jí)到能進(jìn)行更高速數(shù)據(jù)傳輸及支持4G通信各項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的4G終端，也就是說(shuō)4G通信終端要能在4G通信網(wǎng)絡(luò)建成后及時(shí)提供，不能讓通信終端的生產(chǎn)滯后于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。但根據(jù)某些事實(shí)來(lái)看，在4G通信技術(shù)全面進(jìn)入商用之日算起的二三年后，消費(fèi)者才有望用上性能穩(wěn)定的4G通信手機(jī)。
其他
因?yàn)槭謾C(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，而無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)也變得越來(lái)越復(fù)雜，同樣4G通信在功能日益增多的同時(shí)，它的建設(shè)和開(kāi)發(fā)也會(huì)遇到比以前系統(tǒng)建設(shè)更多的困難和麻煩。
例如每一種新的設(shè)備和技術(shù)推出時(shí)，其后的軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必須及時(shí)能跟上步伐，才能使新的設(shè)備和技術(shù)得到很快推廣和應(yīng)用，但遺憾的是4G通信還只處于研究和開(kāi)發(fā)階段，具體的設(shè)備和用到的技術(shù)還沒(méi)有完全成型，因此對(duì)應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)也會(huì)遇到困難;另外費(fèi)率和計(jì)費(fèi)方式對(duì)于4G通信的移動(dòng)數(shù)據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展尤為重要，例如WAP手機(jī)推出后，用戶花了很多的連接時(shí)間才能獲得信息，而按時(shí)間及信息內(nèi)容的收費(fèi)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(fèi)系統(tǒng)，以利于市場(chǎng)發(fā)展。
4G性能
第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)可稱為廣帶 (Broadband) 接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱的超過(guò)2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，數(shù)據(jù)率超過(guò)UMTS，是支持高速數(shù)據(jù)率(2～20Mb/s)連接的理想模式，上網(wǎng)速度從2Mb/s提高到
3G與4G
3G與4G
100Mb/s，具有不同速率間的自動(dòng)切換能力。
第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)上、功能上、頻帶上都與第三代系統(tǒng)不同，會(huì)在不同的固定和無(wú)線平臺(tái)及跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中提供無(wú)線服務(wù)，比第三代移動(dòng)通信更接近于個(gè)人通信。第四代移動(dòng)通信技術(shù)可把上網(wǎng)速度提高到超過(guò)第三代移動(dòng)技術(shù)50倍，可實(shí)現(xiàn)三維圖像高質(zhì)量傳輸。
4G移動(dòng)通信技術(shù)的信息傳輸級(jí)數(shù)要比3G移動(dòng)通信技術(shù)的信息傳輸級(jí)數(shù)高一個(gè)等級(jí)。對(duì)無(wú)線頻率的使用效率比第二代和第三代系統(tǒng)都高得多，且抗信號(hào)衰落性能更好，其最大的傳輸速度會(huì)是 “i-mode”服務(wù)的10000倍。除了高速信息傳輸技術(shù)外，它還包括高速移動(dòng)無(wú)線信息存取系統(tǒng)、移動(dòng)平臺(tái)的拉技術(shù)、安全密碼技術(shù)以及終端間通信技術(shù)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(jī)系統(tǒng)下行鏈路速度為100mbps，上行鏈路速度為30mbps。其基站天線可以發(fā)送更窄的無(wú)線電波波束，在用戶行動(dòng)時(shí)也可進(jìn)行跟蹤，可處理數(shù)量更多的通話。
第四代移動(dòng)電話不僅音質(zhì)清晰，而且能進(jìn)行高清晰度的圖像傳輸，用途會(huì)十分廣泛。在容量方面，可在FDMA、TDMA、CDMA的基礎(chǔ)上引入空分多址 (SDMA)，容量達(dá)到3G的5～10倍。另外，可以在任何地址寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)，包含衛(wèi)星通信，能提供信息通信之外的定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。它包括廣帶無(wú)線固定接入、廣帶無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng))。
其廣帶無(wú)線局域網(wǎng) (WLAN) 能與B-ISDN和ATM兼容，實(shí)現(xiàn)廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(wǎng) (IBCN)，通過(guò)IP進(jìn)行通話。能全速移動(dòng)用戶能提供150Mb/s的高質(zhì)量的影像服務(wù)，實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸，無(wú)線用戶之間可以進(jìn)行三維虛擬現(xiàn)實(shí)通信。
能自適應(yīng)資源分配，處理變化的業(yè)務(wù)流、信道條件不同的環(huán)境，有很強(qiáng)的自組織性和靈活性。能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)和自動(dòng)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(dòng)廣播網(wǎng)絡(luò)或其他的一些規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些功能體積分布的控制。
支持交互式多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會(huì)議、無(wú)線因特網(wǎng)等，提供更廣泛的服務(wù)和應(yīng)用。4G系統(tǒng)可以自動(dòng)管理、動(dòng)態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。用戶可能使用各種各樣的移動(dòng)設(shè)備接入到4G系統(tǒng)中，各種不同的接入系統(tǒng)結(jié)合成一個(gè)公共的平臺(tái)，它們互相補(bǔ)充、互相協(xié)作以滿足不同的業(yè)務(wù)的要求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)趨于多樣化，最終會(huì)演變?yōu)樯鐣?huì)上多行業(yè)、多部門、多系統(tǒng)與人們溝通的橋梁。
4G標(biāo)準(zhǔn)
LTE
LTE (Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)) 項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)4G牌照發(fā)布的規(guī)定，國(guó)內(nèi)三家運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通，都拿到了TD-LTE制式的4G牌照。
主要特點(diǎn)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(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)大大的提高了小區(qū)的容量，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低：內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms。并且這一標(biāo)準(zhǔn)也是3GPP長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE) 項(xiàng)目，是近兩年來(lái)3GPP啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，其演進(jìn)的歷史如下：
GSM-->GPRS-->EDGE-->WCDMA-->HSDPA/HSUPA-->HSDPA+/HSUPA+-->FDD-LTE長(zhǎng)期演進(jìn)
GSM：9K -->GPRS:42K--> EDGE:172K -->WCDMA：364k -->HSDPA/HSUPA:14.4M -->HSDPA+/HSUPA+:42M -->FDD-LTE:300M
由于WCDMA網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)版HSPA和HSPA+均能夠演化到FDD-LTE這一狀態(tài)，所以這一4G標(biāo)準(zhǔn)獲得了最大的支持，也將是未來(lái)4G標(biāo)準(zhǔn)的主流。TD-LTE與TD-SCDMA實(shí)際上沒(méi)有關(guān)系不能直接向TD-LTE演進(jìn)。該網(wǎng)絡(luò)提供媲美固定寬帶的網(wǎng)速和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的切換速度，網(wǎng)絡(luò)瀏覽速度大大提升。
LTE終端設(shè)備當(dāng)前有耗電太大和價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，按照摩爾定律測(cè)算，估計(jì)至少還要6年后，才能達(dá)到當(dāng)前3G終端的量產(chǎn)成本。
LTE-Advanced
LTE-Advanced：從字面上看，LTE-Advanced就是LTE技術(shù)的升級(jí)版，那么為何兩種標(biāo)準(zhǔn)都能夠成為4G標(biāo)準(zhǔn)呢?LTE-Advanced的正式名稱為 Further Advancements for E-UTRA，它滿足 ITU-R的IMT-Advanced技術(shù)征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術(shù)提案的一個(gè)重要來(lái)源。LTE-Advanced是 一個(gè)后向兼容的技術(shù)，完全兼容LTE，是演進(jìn)而不是革命，相當(dāng)于HSPA和WCDMA這樣的關(guān)系。LTE-Advanced的相關(guān)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(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化
有效支持新頻段和大帶寬應(yīng)用
峰值速率大幅提高，頻譜效率有限的改進(jìn)
如果嚴(yán)格的講，LTE作為3.9G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那么LTE-Advanced作為4G標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)化到TDD制式，而WCDMA網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)化到FDD制式。移動(dòng)主導(dǎo)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)期望能夠 直接繞過(guò)HSPA+網(wǎng)絡(luò)而直接進(jìn)入到LTE。
WiMax
WiMax：WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互聯(lián)接入，WiMAX的另一個(gè)名字是IEEE 802.16。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個(gè)速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。
對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這的確是一個(gè)驚人的進(jìn)步。WiMAX逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會(huì)越來(lái)越高，這也是未來(lái)移動(dòng)世界和固定網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢(shì)。
802.16工作的頻段采用的是無(wú)需授權(quán)頻段，范圍在2GHz至66GHz之間，而802.16a則是一種采用2G至11GHz無(wú)需授權(quán)頻段的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)，其頻道帶寬可根據(jù)需求在1.5M至20MHz范圍進(jìn)行調(diào)整，具有更好高速移動(dòng)下無(wú)縫切換的IEEE 802.16m的技術(shù)正在研發(fā)。因此，802.16所使用的頻譜可能比其它任何無(wú)線技術(shù)更豐富，WiMax具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)對(duì)于已知的干擾，窄的信道帶寬有利于避開(kāi)干擾，而且有利于節(jié)省頻譜資源。
(2)靈活的帶寬調(diào)整能力，有利于運(yùn)營(yíng)商或用戶協(xié)調(diào)頻譜資源。
(3)WiMax所能實(shí)現(xiàn)的50公里的無(wú)線信號(hào)傳輸距離是無(wú)線局域網(wǎng)所不能比擬的，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，只要少數(shù)基站建設(shè)就能實(shí)現(xiàn)全城覆蓋，能夠使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積大大提升。
不過(guò)WiMax網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積和網(wǎng)絡(luò)的帶寬上優(yōu)勢(shì)巨大，但是其移動(dòng)性卻有著先天的缺陷，無(wú)法滿足高速(≧50km/h)下的網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫鏈接，從這個(gè)意義上講，WiMax還無(wú)法達(dá)到3G網(wǎng)絡(luò)的水平，嚴(yán)格地說(shuō)并不能算作移動(dòng)通信技術(shù)，而僅僅是無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)。
但是WiMax的希望在于IEEE 802.11m技術(shù)上，將能夠有效的解決這些問(wèn)題，也正是因?yàn)橛兄袊?guó)移動(dòng)、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(wǎng)絡(luò)手機(jī)。關(guān)于IEEE 802.16m這一技術(shù)，我們將留在最后作詳細(xì)的闡述。
Wimax當(dāng)前全球使用用戶大約800萬(wàn)，其中60%在美國(guó)。Wimax其實(shí)是最早的4G通信標(biāo)準(zhǔn)，大約出現(xiàn)于2000年。
Wireless MAN
WirelessMAN-Advanced：WirelessMAN- Advanced事實(shí)上就是WiMax的升級(jí)版，即IEEE 802.16m標(biāo)準(zhǔn)，802.16系列標(biāo)準(zhǔn)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(wú)線傳輸速率，還將兼容未來(lái)的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。802.16m可在“漫游”模式或高效率/強(qiáng)信號(hào)模式下提供1Gbps的下行速率。該標(biāo)準(zhǔn)還支持“高移動(dòng)”模式，能夠提供1Gbps速率。其優(yōu)勢(shì)如下：
1.提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，改建鏈路預(yù)算;
2.提高頻譜效率;
3.提高數(shù)據(jù)和VOIP容量;
4.低時(shí)延&QoS增強(qiáng);
5.功耗節(jié)省;
WirelessMAN-Advanced有5種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)規(guī)格，其中極低速率為16kbps，低數(shù)率數(shù)據(jù)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(dá)到了30Mbps--1Gbps。
但是該標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)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(rèn)可并成為4G標(biāo)準(zhǔn)的可能性極大。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
2012年1月18日下午5時(shí)，國(guó)際電信聯(lián)盟在2012年無(wú)線電通信全會(huì)全體會(huì)議上，正式審議通過(guò)將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術(shù)規(guī)范確立為IMT-Advanced(俗稱“4G”)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)主導(dǎo)制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同時(shí)并列成為4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作歷時(shí)三年。從2009年初開(kāi)始，ITU在全世界范圍內(nèi)征集IMT-Advanced候選技術(shù)。2009年10月，ITU共計(jì)征集到了六個(gè)候選技術(shù)，分別來(lái)自北美標(biāo)準(zhǔn)化組織IEEE的802.16m、日本3GPP的FDD-LTE-Advance、韓國(guó)(基于802.16m)和中國(guó)(TD-LTE-Advanced)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP(FDD-LTE-Advance)。
4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公布有兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別是LTE-Advance和IEEE，一類是LTE-Advance的FDD部分和中國(guó)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(shù)。
ITU在收到候選技術(shù)以后，組織世界各國(guó)和國(guó)際組織進(jìn)行了技術(shù)評(píng)估。在2010年10月份，在中國(guó)重慶，ITU-R下屬的WP5D工作組最終確定了IMT-Advanced的兩大關(guān)鍵技術(shù)，即LTE-Advanced和802.16m。中國(guó)提交的候選技術(shù)作為L(zhǎng)TE-Advanced的一個(gè)組成部分，也包含在其中。在確定了關(guān)鍵技術(shù)以后，WP5D工作組繼續(xù)完成了電聯(lián)建議的編寫工作，以及各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織的確認(rèn)工作。此后WP5D將文件提交上一級(jí)機(jī)構(gòu)審核，SG5審核通過(guò)以后，再提交給全會(huì)討論通過(guò)。
在此次會(huì)議上，TD-LTE正式被確定為4G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也標(biāo)志著中國(guó)在移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)域再次走到了世界前列，為TD-LTE產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展及國(guó)際化提供了重要基礎(chǔ)。
日本軟銀、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西sky Brazil、波蘭Aero2等眾多國(guó)際運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始商用或者預(yù)商用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。印度Augere預(yù)計(jì)2012年2月開(kāi)始預(yù)商用。審議通過(guò)后，將有利于TD-LTE技術(shù)進(jìn)一步在全球推廣。同時(shí)，國(guó)際主流的電信設(shè)備制造商基本全部支持TD-LTE，而在芯片領(lǐng)域，TD-LTE已吸引17家廠商加入，其中不乏高通等國(guó)際芯片市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。
速率對(duì)比
無(wú)線蜂窩技術(shù)：CDMA2000 1x/EVDo;GSM EDGE;TD-SCDMA HSPA;WCDMA HSPA;TD-LTE;FDD-LTE
4G網(wǎng)絡(luò)的下行速率能達(dá)到100Mbps～150Mbps，比3G快20倍～30倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps～40Mbps。這種速率能滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。有人曾這樣比較3G和4G的網(wǎng)速，3G的網(wǎng)速相當(dāng)于“高速公路”，4G的網(wǎng)速相當(dāng)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(fā)展方向，也是國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展思路。目前國(guó)內(nèi)某些運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)公開(kāi)表示將建設(shè)TDD/FDD融合組網(wǎng)，這對(duì)多模多頻也提出了很高要求。[12] 中國(guó)移動(dòng)也多次強(qiáng)調(diào)，TDD/FDD混合組網(wǎng)、支持5模10頻、5模12頻及Band 41是中國(guó)移動(dòng)發(fā)展LTE智能終端的重點(diǎn)。[13]
關(guān)于多模多頻，業(yè)界普遍認(rèn)為頻段不統(tǒng)一是當(dāng)今全球LTE終端設(shè)計(jì)的最大障礙——當(dāng)前，全球2G、3G 和4G LTE網(wǎng)絡(luò)頻段的多樣性對(duì)移動(dòng)終端開(kāi)發(fā)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。全球2G和3G技術(shù)各采用4到5個(gè)不同的頻段，加上4G LTE，網(wǎng)絡(luò)頻段的總量將近40個(gè)。要支持多模多頻，首先就需要終端集成能同時(shí)支持多種制式和頻段的芯片。
芯片標(biāo)準(zhǔn)
從4G芯片的發(fā)展來(lái)看，4G芯片應(yīng)該具備高度集成、多模多頻、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)與多媒體處理能力。全球4G手機(jī)大多數(shù)采用高通的芯片。博通、Marvell、英特爾、聯(lián)發(fā)科、聯(lián)芯科技、創(chuàng)毅視訊、展迅、海思等芯片廠商也有4G基帶芯片產(chǎn)品推出，主要運(yùn)用于MIFI、CPE等數(shù)據(jù)終端中。
在2013年8月初最新公布的中國(guó)移動(dòng)2013年度TD-LTE終端采購(gòu)的芯片使用上，采用高通芯片的比例超過(guò)60%，甚至有的預(yù)期稱可能會(huì)占到中國(guó)移動(dòng)2013年所有采購(gòu)的4G終端產(chǎn)品的70%左右。
高通的LTE芯片強(qiáng)調(diào)高集成度和多模多頻支持，高通所有LTE芯片組均同時(shí)支持LTETDD和LTE FDD，而在LTE/3G多模方面，以第三代調(diào)制解調(diào)器Gobi MDM9x25為例，支持LTERel10、HSPA+ Rel10、1x/DO、TD-SCDMA、GSM/EDGE;此外強(qiáng)調(diào)“高集成”和“單芯片”的驍龍800系列處理器也集成了Gobi 9x25調(diào)制解調(diào)方案。而目前有超過(guò)150款采用高通第三代調(diào)制解調(diào)方案的智能終端正在研發(fā)中。 此外，2013年年初推出的RF360前端解決方案還首次實(shí)現(xiàn)單個(gè)終端支持所有LTE制式和頻段的設(shè)計(jì)，支持七種網(wǎng)絡(luò)制式(FDD、TD-LTE、WCDMA、EV-DO、CDMA1x、TD-SCDMA和GSM/EDGE)。