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信息产业部部电信研究究院通信信信息研究所所庾志志成
一、对4GG发展趋势势的探讨
好象象GSM等等第二代移移动通信系系统正式投投入市场的的同时,业业界就开始始第三代移移动通信的的研究一样样,在3GG系统还没没有在全球球全面铺开开的现在,44G的研究究已经开始始了好几年年了。和当当初的情况况不同的是是,目前33G所面临临的困难使使人们更加加关注4GG研究的进进展情况。甚甚至有人宣宣称,我们们应该跨过过3G而直直接进入44G。这些些各式各样样的大政方方针式的言言论我们暂暂且把它放放在一边,在在这篇文章章里,我们们来看一看看,人们对对4G的设设想是什么么,现在全全球对4GG的研究已已经走到了了哪一步。
4G的提出出本来应该该是针对33G系统在在使用中无无法克服的的困难,现现在3G的的商用还没没有全面展展开,4GG就被炒得得沸沸扬扬扬的事实说说明了一个个问题,那那就是人们们从一开始始就对3GG不那么满满意。
显而易见,当当初ITUU制定IMMT20000标准的的时候,希希望是一个个能够提供供高速数据据接入的全全球统一的的标准。但但是各方在在自身利益益的驱动下下,争执不不下,最后后折中成了了以WCDDMA和CCDMA22000系系列为首的的5个大标标准,立即即产生了相相互之间的的漫游的问问题。此外外,用户在在使用中的的速率要求求也没有得得到很好的的满足。IIMT20000要求求3G用户户在慢速移移动和静止止状态下的的数据接收收速率在22M以上,而而现有3GG系统的实实际接收速速率只有几几百K。此此外,手机机问题、与与原有网络络的兼容问问题等等,所所有这些都都增加了人人们对3GG的不满,和和对4G的的期待。
那么4G是是什么呢??用一句不不那么精确确的话来解解释,4GG就是能够够解决上面面3G系统统不足的下下一代系统统。由此,尽尽管有人说说4G和超超3G有一一些区别,我我们在这里里还是把它它混为一谈谈。关于44G(超33G),IITU-RR的WP88F工作组组已经给出出了一个定定义,以供供大家参考考。
1999年年成立的IITU-RR的WP88F工作组组的主要任任务是负责责3G未来来发展和超超3G的研究。在22001年年10月日日本举行的的第六次会会议上讨论论提出了“IMT--20000未来发展展及超IMMT-20000的远远景框架及及总目标(IMT--VIS)”。该文件件定义的目标数据据传输速率为为:IMTT-20000的未来来发展在22005年年左右实现现最高约330Mbbps的速速率,而超
超3G在22010年年左右在高高速移动环环境支持最最高约1000Mbbps的速速率,在低速移移动环境达达到1Gbbps速率率。
WP8F提提出的超33G系统的的要求主要要包括:
高速数据传传输,根据据移动速度度支持各种种传输速度度(3公里里/小时--100MMbps,660公里//小时-220Mbpps,2550公里//小时-22Mbpss,5000公里/小小时-xMMbps);;
以IP为基基础的无线线接续,支支持QOSS;
各系统(IIMT-22000、WWLAN、BBWA、卫卫星、广播播)之间无无缝的业务务支持,并并支持全球球漫游。
支持多重模模式、支持持对称/非非对称业务务。
4G通信技技术并没有有脱离以前前的通信技技术,而是是以传统通通信技术为为基础,不不断提高无无线通信的的网络效率率和功能。与与传统的通通信技术相相比,4GG通信技术术的优势在在于通话质质量及数据据通信速度度。另外,由由于技术的的先进性确确保了投资资成本的大大大减少,未未来的4GG通信费用用也要比目目前低。
为了充分利利用4G通通信带来的的先进服务务,人们还还必须借助助各种各样样的4G终终端才能实实现,而不不少通信制制造商已经经开始把眼眼光瞄准到到生产4GG通信终端端产品上。
4G通信信的特征
目前正在在构思中的的4G通信信具有下面面的特征::
由于人人们研究44G通信的的最初目的的就是提高高蜂窝电话话和其他移移动装置无无线访问IInterrnet的的速率,因因此4G通通信的特征征莫过于它它具有更快快的无线通通信速度。专专家预估,第第四代移动动通信系统统的速度可可以达到110M~220Mbpps,最高高可以达到到100MMbps。
要想使44G通信达达到1000Mbpss的传输速速度,通信信运营商必必须在3GG通信网络络的基础上上进行大幅幅度的改造造,以便使使4G网络络在通信带带宽上比33G网络的的带宽高出出许多。
据据研究,每每个4G信信道将占有有100MMHz的频频谱,相当当于W-CCDMA3G网络络的20倍倍。
3..通信更更加灵活
从严严格意义上上说,4GG手机的功功能已不能能简单划归归“电话机机”的范畴畴,因为语语音数据的的传输只是是4G移动动电话的功功能之一而而已。而且且4G手机机从外观和和式样上看看将有更惊惊人的突破破,可以想想像的是,眼眼镜、手表表、化妆盒盒、旅游鞋鞋都有可能能成为4GG终端。
第第四代移动动通信的智智能性更高高,不仅表表现在4GG通信的终终端设备的的设计和操操作具有智智能化,更更重要的是是4G手机机可以实现现许多难以以想像的功功能,例如如,4G手手机将能根根据环境、时时间以及其其他因素来来适时提醒醒手机的主主人。
要使4GG通信尽快快地被人们们接受,还还应该考虑虑到让更多多的用户在在投资最少少的情况下下轻易地过过渡到4GG通信。因因此,从这这个角度来来看,4GG通信系统统应当具备备全球漫游游、接口开开放、能跟跟多种网络络互联、终终端多样化化以及能从从2G平稳稳过渡等特特点。
4G通通信提供的的无线多媒媒体通信服服务将包括括语音、数数据、影像像等,大量量信息透过过宽频的信信道传送出出去,为此此4G也称称为“多媒媒体移动通通信”。
由于于4G通信信不仅解决决了与3GG的兼容性性问题,让让更多的现现有通信用用户能轻易易地升级到到4G通信信,而且44G通信引引入了许多多尖端通信信技术,因因此,相对对其他技术术来说,44G通信部部署起来就就容易迅速速得多。同同时在建设设4G通信信网络系统统时,通信信运营商们们将考虑直直接在3GG通信网络络的基础设设施之上,采采用逐步引引入的方法法,这样就就能够有效效地降低运运营成本。
ITUBBeyonnd3GG的看法,
超3GG是ITUU定义的“SSysteemsBBeyonndIMMT-20000”简简称,意为为超越3GG的系统,或或称Beyyond3G、超超IMT--20000等,目前前有些国家家所称的第第4代移动动通信(44G)实际际上就是指指ITU提提出的超33G系统。
负责第第3代移动动通信研究究的ITUU-RTTG8/11组早在11999年年6月就已已经开始酝酝酿超3
GG的研究课课题,在11999年年11月TTG8/11第18次次会议上,也也就是确定定IMT--20000的五大技技术标准((RSPCC)的会议议上,超IIMT-22000的的课题也相相应通过,至至此TG88/1组在在经过长达达十几年的的努力之后后完成了其其历史使命命,确定了了3G的标标准,提出出了3G的的未来发展展和超3GG的研究课课题,起到到了承上启启下的作用用。在20000年55月的ITTU-R无无线电全会会(RA--20000)上,33G的技术术规范建议议()和超超3G的课课题也同时时获得通过过,超3GG在ITUU-,课题的的全称为“IIMT-22000未未来发展及及超IMTT-20000(FuutureeDevveloppmenttofIMT--20000anddSysstemssBeyyondIMT--20000)”。该该课题分为为两部分::A部分———IMTT-20000未来发发展(FuutureeDevveloppmenttofIMT--20000),即IIMT-22000增增强型;BB部分———超IMTT-20000(SyystemmsBeeyonddIMTT-20000)。
继TG8//1之后,新新成立的IITU-RRWP88F组承担担了3G未未来发展和和超3G的的研究,WWP8F在在19999年11月月正式成立立,并于22000年年3月开始始活动。WWP8F的的主要任务务是负责33G未来发发展和超33G有关的的频谱研究究以及远景景、业务和和无线技术术的研究,,同时时与负责核核心网研究究的ITUU-TSSSG(IIMT-22000特特别研究组组)和负责责移动卫星星研究的WWP8D组组进行协调调。在超33G的研究究方面,WWP8F将将在20002年100月召开的的第9次会会议完成建建议草案“IIMT-22000未未来发展及及超IMTT-20000的远景景框架及总总目标”((PDNRRIMTT-VISS),该建建议将明确确超3G的的概念、研研究目标及及涉及的主主要内容,并并初步提出出时间表等等。
2超超3G在国国际上的研研究进展
虽然WWP8F在在20000年就已经经启动超33G的研究究,但直到到20011年下半年年才逐渐被被广泛关注注,并逐步步达成共识识。经过多多次会议讨讨论之后,在在20022年6月WWP8F的的第8次会会议上,超超3G的概概念、研究究目标及时时间表已经经比较稳定定。
超3G的概概念涵盖了了现有的33G、3GG增强型技技术,以及及新定义的的两部分新新能力,即即新的移动动接入和新新的游牧//本地接入入系统,前前者一般是是指蜂窝移移动通信系系统,后者者一般由无无线接入//无线局域域网(WLLAN)演演变而来。IIMT-VVIS定义义的目标数数据速率为为:IMTT-20000的未来来发展在22005年年左右实现现最高约330Mbbit/ss的数据速速率,而超超3G在22010年年左右在高高速移动环环境支持最最高约1000Mbbit/ss的速率,在在低速移
动动环境,如如游牧/本本地无线接接入环境达达到最高约约1Gbbit/ss速率。超超3G的概概念还强调调不同系统统之间的互互通和关联联,包括33G、超33G系统与与其他无线线系统之间间的协同工工作等。超超3G的示示意图见图图1,初步步定义的时时间表见图图2。
图1IMMT-20000及超超IMT--20000的能力示示意图
图2ITTM-20000与超超ITM--20000的发展阶阶级及可能能的时间表表
WP88F也初步步制订了超超3G的研研究计划,这这些计划主主要是围绕绕着世界无无线电大会会(WRCC)制订的的。WRCC主要由各各个国家的的主管部门门参加,规规划和协调调各种无线线系统和国国际及区域域无线电频频谱的重要要会议。围围绕着WRRC-033(20003年WRRC会议))和WRCC-06两两次会议,超超3G的研研究基本分分成3个阶阶段:
WRC-003会议之之前:,目标标是在20003年WWRC会议议上,通过过一个关于于超IMTT-20000频谱的的议程。
WRC-003到WRRC-066之前:将将主要完成成超IMTT-20000的频谱谱计算方法法IMT..METHH、、、、CCPMTTEXT和和无线技术术研究报告告IMT..RADIIO等,最最主要的目目的是在22006年年WRC会会议上确认认超IMTT-20000的频谱谱。
WRC-006之后::、、。
当然,在今今后的会议议中还会继继续讨论,预预计在20002年110月结束束的第9次次会议上应应该形成较较为定型的的工作计划划。从下次次会议开始始,WP88F的工作作重点将全全面转向超超3G的研研究,包括括业务、频频谱和无线线技术等。
图4GG无线通信信系统方案案设想
新兴的MBBS系统(MMobilleBrroadbbandSysttems,移移动宽带系系统)能够够提供高达达150MMbps的的数据传输输速率,以以对3G的的补充向超超3G迈进进。MBSS与3G的的典型代表表--UMMTS的比比较如附表表所示,从从对比中超超3G的发发展趋势可可见一斑
二、4G中中可能的核核心技术
第三代移动动通信系统统主要是以以CDMAA为核心技技术,而第第四代移动动通信系统统技术则以以OFDMM最受瞩目目,OFFDM是一一种无线环环境下的高高速传输技技术。无线线信道的频频率响应曲曲线大多是是非平坦的的,而OFFDM技术术的主要思思想就是在在频域内将将给定信道道分成许多多正交子信信道,在每每个子信道道上使用一一个子载波波进行调制制,并且各各子载波并并行传输,这这样,尽管管总的信道道是非平坦坦的,即具具有频率选选择性,但但是每个子子信道是相相对平坦的的,并且在在每个子信信道上进行行的是窄带带传输,信信号带宽小小于信道的的相应带宽宽,因此就就可以大大大消除信号号波形间的的干扰。OOFDM技技术的最大大优点是能能对抗频率率选择性衰衰落或窄带带干扰。在在OFDMM系统中各各个子信道道的载波相相互正交,于于是它们的的频谱是相相互重叠的的,这样不不但减小了了子载波间间的相互干干扰,同时时又提高了了频谱利用用率。
由于OFDDM技术术能够克服服DS_CCDMA在支持高高速率数据据传输时符符号间干扰扰增大的问问题,并且且有频谱效效率高,硬硬件实施简简单等优点点,因此OOFDM被看作是是第四代移移动通信
系系统中的核核心技术。OOFDM技术的主主要的技术术难点是系系统中的频频率和时间间同步,基基于导频符符号辅助的的信道估计计,峰平比比问题和多多普勒频偏偏的影响以以及基于OOFDM、多多载波技术术的新一代代蜂窝移动动通信系统统的多址方方案的研究究。
软件无线电电是将标准准化、模块块化的硬件件功能单元元经过一个个通用硬件件平台,利利用软件加加载方式来来实现各种种类型的无无线电通信信系统的一一种具有开开放式结构构的新技术术。通过下下载不同的的软件程序序,在硬件件平台上可可以实现不不同的功能能,用以实实现在不同同的系统中中利用单一一的终端进进行漫游,它它是解决移移动终端在在不同系统统中工作的的关键技术术。软件无无线电的核核心思想是是在尽可能能靠近天线线的地方使使用宽带AA/D和DD/A变换换器,并并尽可能多多地用软件件来定义无无线功能,各各种功能和和信号处理理都尽可能能用软件实实现,其其软件系统统包括各类类无线信令令规则与处处理软件、信信号流变换换软件、调调制解调算算法软件、信信道纠错编编码软件、信信源编码软软件等。
软件无无线电技术术主要涉及及数字信号号处理硬件件(DSPPH)、现现场可编程程器件(FFPGA)、数数字信号处处理(DSSP)等。目目前,软件件无线电技技术虽然基基本上实现现了其基本本功能:硬硬件数字化化、软件可可编程化、设设备可重复复配置性,但但是其传统统的流水线线式结构严严重影响了了设备可配配置功能和和设备的可可扩展性。11999年年,。这个项项目致力于于建立一个个充分利用用工作站提提供的资源源和网络优优势的理想想无线电结结构,人们们称它为虚虚拟无线电电,这将是是软件无线线电的发展展方向。国国内,“8863”中中的软件无无线电项目目,也提出出了类似的的一种基于于交换的硬硬件平台结结构,。
核心IP网络不是是专门用作作移动通信信,而是作作为一种统统一的网络络,支持有有线及无线线的接入,,它就像具具有移动管管理功能的的固定网络络,其接入入点可以使使有线或无无线。无线线接入点可可以是蜂窝窝系统的基基站,WLLAN(无无线局域网网)或者aadhooc自组组网等。对对于公用电电话网和22G以及未未实现全IIP的33G网络络等则通过过特定的网网关连接。另另外,热
点点通信速率率和容量的的需要或网网络铺设重重叠将使得得整个网络络呈现广域域网、局域域网等互联联、综合和和重叠的现现象。
Ipv6
(SAA)
智能天线原原名自适应应天线阵列列(AAAA,AdaaptivveAnntennnaArrray),最最初应用于于雷达、声声纳等军事事方面,主主要用来完完成空间滤滤波和定位位,大家熟熟悉的相控控阵雷达就就是一种较较简单的自自适应天线线阵。移动动通信研究究者给应用用于移动通通信的自适适应天线阵阵起了一个个较吸引人人的名字———智能天天线。
智能天线具具有抑制信信号干扰、自自动跟踪以以及数字波波束调节等等智能功能能,被认为为是未来移移动通信的的关键技术术。智能天天线成形波波束能在空空间域内抑抑制交互干干扰,增强强特殊范围围内想要的的信号,这这种技术既既能改善信信号质量又又能增加传传输容量,其其基本原理理是在无线线基站端使使用天线阵阵和相干无无线收发信信机来实现现射频信号号的接收和和发射,同同时,通过过基带数字字信号处理理器,对各各个天线链链路上接收收到的信号号按一定算算法进行合合并,实现现上行波束束赋形。
目前,智能能天线的工工作方式主主要有两种种:全自适适应方式和和基于预多多波束的波波束切换方方式。全自自适应智能能天线虽然然从理论上上讲可以达达到最优,但但相对而言言各种算法法均存在所所需数据量量、计算量量大,信道道模型简单单,收敛速速度较慢,在在某些情况况下甚至可可能出现错错误收敛等等缺点,实实际信道条条件下当干干扰较多、多多径严重,特特别是信道道快速时变变时,很难难对某一用用户进行实实时跟踪。正正是在这一一背景下,基基于预多波波束的切换换波束工作作方式被提提出。此时时全空域(各各种可能的的入射角)被被一些预先先计算好的的波束分割割覆盖,各各组权值对对应的波束束有不同的的主瓣指向向,相邻波波束的主瓣瓣间通常会会有一些重重叠,接收收时的主要要任务是挑挑选一个(也也有可能是是几个,但但需合并后后再输出)作作为工作模模式,与自自适应方式式相比它显显然更容易易实现,实实际上我们们可将其看看作是介于于扇形天线线与全自适适应天线间间的一种技技术,也是是未来智能能天线技术术发展的方方向。
三、世界各各国对4GG的研发和和试验情况况
为了在新一一轮竞争中中变被动为为主动,日日本总务大大臣的咨询询机构————信息通通信审议会会专门委员员会在20001年66月15日日就已完成成了第四代代移动通信信系统框架架协议。韩韩国有关运运营商和通通信研究所所ETRII也向政府府提出了相相应的4GG研究计划划。
而在在我国,尤尤肖虎介绍绍,4G的的立项早在在20000年初就已已开始酝酿酿,20001年111月立项申申请被批准准,随后国国家成立了了由尤肖虎虎负责、由由863计计划通信技技术主题专专家组领导导的总体组组,并于22001年年年底和今今年六月发发布了两次次课题指南南,成立了了一系列课课题组,开开始了计划划的启动。
日本几几年前已经经开始研究究,并在NNTTDDoCoMMo的牵头头下,已经经开发出了了可支持220Mbbit/ss的实验系系统,并于于20022年年初成成立了mIITF(移移动IT论论坛),下下设4G研研究工作组组,由运营营商、制造造商和高等等院校参加加,与标准准化组织AARIB保保持密切的的关系。日日本政府甚甚至已经确确定了超33G使用的的频谱,并并计划在22010年年之前首先先商用超33G。
韩国情报通通信部(MMIC)已已经将超33G研究列列入政府的的研究开发发课题,计计划在20005年之之前投资11亿美元。此此外,情报报通信部在在今年年初初成立了44G远景研研究委员会会,统筹部部署国内的的超3G研研究以及国国际合作。
目前,日本本NTTDoCooMo公司司已经表示示,4G通通信的试验验网络已经经部署在公公司的横须须贺研发园园内,该网网络集结了了试验基站站和移动终终端,同时时NTTDoCooMo公司司还表示,44G通信服服务将于22010年年推出,网网络的下载载速度可以以达到1000Mbpps,上载载速度为220Mbpps。美国国AT&TT公司推出出的4G通通信网络的的试验,据据说可以配配合目前