与2G相比,3G带来了更高的数据率以提供更丰富多样的应用服务,极大地扩展了手机这一平台的应用范围,使手机成为了第五媒体。然而在实际的应用中,3G网络提供的数据传输速率还不足以满足日益多样的音/视频业务的需要,另外由于3G传承于2G网络,在话音交换部分系统仍采用了电路交换的方式,不支持全网IP,再加之3G在全球缺乏统一的标准、占用不同的频段,给网络的无缝覆盖和全球漫游都带来很大障碍。因此早在2000年前后,相关科研单位和标准化组织就后3G(Beyond 3G)、4G的技术和标准的研究和制定工作就已逐步展开。
那么4G时代的网络将具有怎样的特点呢?目前受到普遍认同的对4G网络的要求有以下几点:用户可以在任何地点、任何时间、以任何方式不受限制地接入网络;网络可以实现真正的全球无缝覆盖和漫游;拥有更高的数据传输速率,最高速率可达100 Mbit/s,全面支持各类数据业务;全IP核心网络,支持基于IPv6的网络互联;更低的发射功率,更高的频谱利用率;对各类业务的便捷接入等。为了实现这些对网络的更高要求,4G网络中有几项核心技术的研究在对4G网络的探索中是至关重要的。
正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是4G网络最重要的关键技术之一。前面介绍过频分复用FDM,在频分多址(FDMA)的系统里,系统将带宽划分为很多个子信道,给每个用户分配一个子信道来区分用户,在这种方式下,每两个用户占用的频带之间需要保留一定的频带作为保护频段,以降低用户间的干扰。显然这样的频率使用方式对及其宝贵的带宽资源的利用率并不很高。而OFDM则不同,它是把系统带宽根据频率特性划分为多个相互正交的子信道,各信道之间不需要保留保护频段,并通过一些辅助技术就可以保证用户间信号不互相干扰,这样极大地提高了系统的频带利用率。OFDM除了可以大大提高系统的频率利用率之外,还具有很强的抗衰落和抗干扰能力,而且尤其适合于高速率的传输要求,因此OFDM是4G网络中不可或缺的一项关键技术。
软件无线电技术。在4G时代,移动终端的功能将会更加的复杂,软件无线电技术的引入目的就在于利用数字信号处理软件代替常规的硬件电路实现无线部分的功能。软件无线电技术提供一个可编程的控制的平台,将数/模和模/数转转换功能的完成尽可能地放在靠近天线的位置,终端可以通过加载不同的软件来实现不同的通信协议和标准。这样使用了软件无线电的终端就可以方便地接入不同的网络和业务平台,实现多样的应用。
自适应的调制和编码技术。无线信道的随机性和衰落特性使得使用对于在无线信道中使用的调制和编码技术有着很高的要求。在4G网络中,当用户处于高速运动、低速移动和静止状态时系统能够提供不同标准的传输速率,这也就要求在不同状态下系统将采用不同的调制和编码技术,尽可能充分地利用当时的信道环境。自适应调制和编码技术就是指实时检测当前的信道情况,并根据信道的可用情况来确定调制和编码方式,以保证当前的信道容量得到最充分的利用。Turbo编码和一些高阶调制方式以及高性能的前向纠错码等都是4G中自适应调制和编码中可能采用的较好选择。
智能天线技术,基于自适应天线原理,利用空分多址使天线根据信号情况调整自身的空间分布,来达到增强接收信号能量,以及消除或抑制干扰信号从而改善信号的接收效果,提高信道容量的目的。
另外,多输入多输出(MIMO)技术、分集技术、IP技术、多用户检测、定位技术、切换技术等也是4G网络中的研究重点。
在多种技术的支持下,最终的4G网络会逐步形成为一个三层结构,包括接入层、承载层和应用层。在这样的网络结构下,4G网络将会是一个全面开放,互通互融的网络,不论是对于用户还是对于服务提供商,4G网络都能够提供友好便捷的接口,使新业务的开发和使用可以轻松简单地完成。
尽管目前4G还处于研究阶段,很多技术上的难点尚有待突破,然而从目前世界3G网络的运营情况来看,4G网络所能提供的更高速率、更低功率、更低的成本以及更多样便捷的服务,都印证了4G网络必然是目前移动通信网络发展的方向,而4G能够带给人们的更多服务享受更使我们期待着4G时代的早日到来。
结 语
在这一章中按照通信网络的发展历程介绍了从寻呼系统到第一代模拟移动网络,从第二代数字移动系统到3G各个阶段的情况,主要在网络结构、技术特点,以及和用户息息相关的移动终端等方面进行了介绍,最后简单介绍了一些后3G的情况。在这一渐进的发展历程中,手机的形式不断演化,从简单的移动电话发展为集通信、娱乐、办公等多方面应用的多媒体终端,成为了继报纸刊物、广播、电视、Internet之后对社会生活产生深刻影响的第五媒体。