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关键词:移动通信;3G;发展;展望
一、引言
伴随着移动通信市场的快速发展,用户对更高性能的移动通信系统提出了更高要求,希望享受更为丰富和高速的通信业务。第二代移动通信运营商发展速度趋于缓和而竞争越加激烈,为寻找新的增长点,通过发展数据业务来提高自身的服务质量和业务类型,需要3G的支持。同时由于第二代移动通信无线频率资源日趋紧张,已不能满足长期的通信需求发展需要。
二、移动通信的发展历程
第一代移动通信系统是在20世纪80年代初提出的,它完成于20世纪90年代初。第一代移动通信系统是基于模拟传输的,其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。
第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996 年提出了GSM Phase 2+,目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。它主要包括CMAEL(客户化应用移动网络增强逻辑),SO(支持最佳路由)、立即计费,GSM 900/1800双频段工作等内容,也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术,使得话音质量得到了质的改进;半速率编解码器可使GSM系统的容量提高近一倍。在GSM Phase2+ 阶段中,采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术,引入智能天线技术、双频段等技术,有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM 系统容量不足的缺陷;自适应语音编码(AMR)技术的应用,极大提高了系统通话质量;GPRS/EDGE技术的引入,使GSM与计算机通信/Internet有机相结合,数据传送速率可达115/384kbit/s,从而使GSM 功能得到不断增强,初步具备了支持多媒体业务的能力。尽管2G技术在发展中不断得到完善,但随着用户规模和网络规模的不断扩大,频率资源己接近枯竭,语音质量不能达到用户满意的标准,数据通信速率太低,无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。?
三、第三代移动通信系统概述
第三代移动通信系统(3G),也称IMT2000,是正在全力开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术,智能信号处理单元将成为基本功能模块,支持话音和多媒体数据通信,它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务,例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps,在用户高速移动时最大支持144Kbps,所占频带宽度5MHz 左右。
但是,第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三大分支,共同组成一个IMT 2000家庭,成员间存在相互兼容的问题,因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信;再者,3G的频谱利用率还比较低,不能充分地利用宝贵的频谱资源;第三,3G支持的速率还不够高,如单载波只支持最大2Mbps 的业务,等等。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要,因此寻求一种既能解决现有问题,又能适应未来移动通信的需求的新技术(即新一代移动信:next generation mobile communication)是必要的。
第三代移动通信技术的基本特点:(1)全球统一频段,统一标准,全球无缝覆盖和漫游。(2)频谱利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能达到全覆盖和全移动性,还能提供最高速率达2Mbps的多媒体业务。(4)支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信。(5)有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力。(6)适应多用户环境,包括室内、室外、快速移动和卫星环境。(7)安全保密性能优良。(8)便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡。(9)可与各种移动通信系统融合,包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等。(10)终端(手机)结构简单,便于携带,价格较低。?
1.1MIMO技术MIMO技术即多输入多输出技术。这种技术主要是通过使用分立式多天线来对整个通信链进行空间的分集,并且可以在分集后进行转化,从而分为多个子信道,让系统的容量得到了增加,保证了在大流量的网络环境下也能够正常使用4G移动通信。而MIMO技术的接收天线与发射天线的分立也能够保证整个通信系统抗噪音以及抗衰弱能力。
1.2SA技术SA技术就是智能天线技术,它通过固定的天线单元来将方向性进行获取,然后就能够获取移动台以及基站之间的方向特性。在方向特性获得之后,就可以根据不同的信号传输方向来将相同时间,码道,频率的信号进行区分,通过这种技术也就能够实现将网络覆盖区域改变目的,达到让网络覆盖实现有目的性覆盖的目标。
1.3OFDM技术OFDM技术为正交频分复用技术。这种技术将信道分为了若干个子信道,并且也可以将高速数据信号进行转换为低速子数据流,通过调制的方法到子信道上进行了传输,从而让抗衰落能力得到了巨大的提高,也可以防止各个信道之间的互相干扰,保证了4G移动通信技术的高速以及正常传播。
24G移动通信技术的应用
由于4G移动通信技术高速传输,不易受到干扰等特点,它可以应用在人们生活的各个方面。例如我国人民可以将自己的手机来作为4G移动通信技术的终端。而使用4G移动通信技术的手机外观小巧,用一只手就能够掌握。但是它的功能极其强大,完全可以当做一台小型的电脑来使用。人们可以使用4G移动通信的手机来享受到高质量的移动通信服务。
4G移动通信技术可以为使用者提供大量的数据、影像、视频等等服务,让人们能够随时随地地使用高速网络来观看视频以及图片等,同时也不会像以往的移动通信技术会出现延迟、卡顿等问题。而且用户不仅能够进行即时的观看,也可以将这些视频等信息来推送到自己家中的电视上,等回家后再进行观看,让用户能够得到最佳的服务。
3结语
引言:伴随着通信技术的快速发展,移动通信也得到了迅速的发展,目前它的应用已遍布陆、海、空三大领域。所谓移动通信即指沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的一种通信方式。它以其用户可在通信覆盖区域内任何位置、任何时间并在可移动的情况下通信,从而极大扩展了实用性,因此被广泛研究应用。目前,在移动通信领域已进行了四代技术革新。以模拟信号传输为基础的第一代一些通信即1G解决了人们的基本通话需求,所采用的蜂窝网络结构实现了频率的重复利用,满足了在有限的频率下实现广大民众通话的需求。第二代移动通信技术即2G已数字信号传输为基础,在改善通信质量、提高频率资源利用率和信道容量的同时还可以进行低速率的数据传输。第三代移动通信技术即3G在数字信号传输基础上进一步提高频率资源利用率,实现了高质量的视频宽带多媒体综合业务,同时也实现了手机上网和移动计算等。这是移动通信领域一次较大的技术革新,满足了不断发展的社会人们对通信技术的不断需求。在人们为3G通信技术取得的成果欢欣时,新一代的移动通信技术正在不断酝酿。第四代移动通信技术即4G在总结前三代技术的基础上又进一步发展,进一步提高了频率资源的利用率,同时还具有通信速度快、网络频谱宽、智能性高、兼容性好等优点,因此被迅速推广应用。目前这一技术已被应用于社会经济发展的方方面面,为经济建设提供了极大帮助。
一、4G的发展概况
4G移动通信技术是在进入二十一世纪后在前三代移动通信技术的基础上为了进一步提高传输速率等而进一步研究发展起来的。伴随着3G在2001年开始于日本和韩国投入商用后,3G业务快速发展,各个国家开始快速构建3G系统并投入使用,但由于用户对移动通信系统的数据传输速率要求越来越高,而3G系统并不能满足用户的实际需求,因此国际电信联盟(ITU)及各厂商们开始思索4G系统的研究和技术标准制定。
发展到今天,4G移动通信技术作为对3G技术的有力补偿,以其更高的数据传输率和频谱利用率,更高的安全性、智慧性和灵活性,更高的传输质量和服务质量而被广泛推广应用。虽然目前还存在网络兼容等问题,但仍会进行不断研究,使4G系统与无线接入网及IP网络不断融合,成为一个全IP的网络。
二、4G移动通信的几种关键技术
4G移动通信技术的两个主要目标是:一是实现无线通信全球覆盖,二是提供无缝的高质量业务。为此,需要研究应用各种关键性的技术来实现这一目标。目前应用的几种关键技术有正交频分复用技术、多输入多输出技术、软件无线电技术和基于IP核心网技术等。
1. 正交频分复用技术(OFDM)
这一技术实际上是多载波调制的一种。OFDM正交频分复用技术的基本思想是将高速串行的数据码流变换成N(通常取偶数)路并行的低速数据流,再将这N路低速数据流分别调制到等频间隔的一组总数为N的子载波上,并且这组子载波要满足下交的条件。OFDM技术的优点是可以消除或减小信号波形间的干扰,对多径衰落和多普勒频移不敏感,提高了频谱利用率;适合高速数据传输;抗衰落能力强;抗码间干扰(ISI)能力强。但这一技术还存在一定的缺点,主要缺点有功率效率不高,对频偏和相位噪声比较敏感。
2. 多输入多输出技术(MIMO)
MIMO多输入多输出技术采用在发射端和接收端分别设置多副发射天线和接受天线,通过多发送天线和多接收天线相结合来改善每个用户的通信质量或提高通信效率。利用MIMO信道成倍的提高无线信道容量在不增加带宽和天线发送功率的情况下,频谱利用率可以成倍的提高。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用技术用以提高信道容量,空间分集则用以提高信道的可靠性,降低信道误码率。MIMO技术的关键是能够将传统通信系统中存在的多径衰落影响因素变成对用户通信性能有力的增强因素,有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高信息传输速率,因此它能够在不增加所占用的信号带宽的前提下使无线通信的性能改善几个数量级,使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能。
3. 软件无线电技术(SDR)
软件无线电技术的基本思想是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台,利用软件加载的方式来实现各种类型的无线电通信系统,所有体制和标准的更新,以及不同体制之间的兼营,使不同系统和平台之间的通信兼容,从而实现“无疆界网路”。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器,并尽可能多地用软件来定义无线功能,各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性,能够适应不同的网络和空中接口。
4. 基于IP核心网技术
4G的核心网是基于一个全IP的网路,可以实现不同网络间的无缝互联,这是4G通信技术同已有的移动网络相比具有的根本性优点。核心网独立于各种具体的无线接入方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和PSTN兼容。4G的核心网具有开放的结构,能允许各种空中接口接入核心网,同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后,所采用的无线接入方式和协议与核心网络协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容,因此在设计核心网络时具有很大的灵活性,不需要考虑无线接入方式究竟采用何种方式和协议。
三、4G移动通信的特点
4G移动通信以其优于前三代的技术优势得到人们的普遍认可和青睐而被迅速发展应用。目前4G通信具有以下特征:(1)网络频谱更宽。相比第三代移动通信技术来说,第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术,使无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。(2)通信速度更快。人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率,因此,4G通信最显着的特征就是它有更快的无线传输速率。根据研究,第四代移动通信系统的传输速率可以达到10M-20Mbps,最高可达100Mbps;(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,因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了,而且4G手机从外观和式样上会有更惊人的突破,眼镜、手表等任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端。
虽然4G移动通信技术有上述诸多优点,但目前仍存在标准多、技术难、容量受限及设施更新慢等多种缺陷。所以仍需不断进行研究来突破现有的技术局限,使其更好地服务于人类社会发展需求。
关键词:4G移动通信;技术应用;未来展望
4G移动通信技术立足于前三代移动通信技术,整合了原有优势,并在此基础上实现了创新和突破,具备兼容性、抗干扰性与高速性的优势,成为了通信行业未来发展的一个重要方向。目前来讲,国际上已经制定了有关4G移动通信的技术标准,为4G移动通信的商业化运作指明了方向。我国的相关技术人员和运营商需要了解4G移动通信的关键技术,同时还要对4G移动通信的未来发展有一个清晰的认识,才能为普及与推广此项技术打下基础。
一、4G移动通信技术的性能与对其的定义
1.对4G移动通信技术的定义
4G移动通信技术是建立在无线网络通信的基础之上,可以有效实现数据信息的高速传输,同时还具备了更强的兼容性与更高的抗干扰性。未来五年我国移动通信事业的突破口便在4G移动通信技术的推广与应用方面,这也是移动通信商业化运作在未来的发展方向。
2.4G移动通信技术的性能
3G移动通信技术相比较,4G通信技术最大的优势在于传输的速率更快。根据有关研究结果显示,采用4G移动通信技术传输数据的速率要比运用3G移动通信技术传输数据快将近五十倍。此外,4G移动通信技术还有另外一个3G移动通信技术无法比拟的优势,便是集约化的特点,可以对接入其中的网络结构及接入方式进行合理优化,方便用户对网络的切换。同时,4G移动通信还具备了多网络融合的优势,除了可以有效整合好移动通信网络之外,还将局域网络与互联网络融合在一起,这对当前建设网络信息社会具有重要意义[4]。总之,4G移动通信技术具有广阔的发展前景,能够有效传递相应的信息、图像及高清音质,它独具特色的抗干扰有效实现了移动通信的保密性与安全性。
二、4G移动通信网络结构的关键性技术
4G移动通信技术主要依靠无线网络结构实现对数据信息的多接入、抗干扰及高速传输。一般来讲,4G移动通信技术通常会有三个分层:应用网络层、中间环节层及物理网络层。其中构成物理网络层的关键便是无线核心网络,这是实现路由选择与接入的关键;中间环节层的主要功能是实现地址变换与映射,有效满足了对子系统的管理要求,是4G移动通信网络最主要的功能控制层;应用网络层可以实现对数据信息的无缝高速连接,从而利用多个频带来实现跨地域、跨网络的标准化服务。
三、当前我国4G移动通信技术的发展现状
目前来讲,我国通信行业达成了一个共识,便是有效抓住研发、推广及应用4G移动通信技术的机会。一些具有较高发展眼光的企业已经开始着手开展对4G移动通信技术的研发工作,从而在高速互联的基础上取得了重大突破。当前的4G移动通信技术可以有效实现对语音、视频、图像及文字的高速传输,还可以对一些不同种类的业务及工作进行初步的应用。在多点通信技术上,利用了不对称的设计方法,逐步实现了互联网、计算机与手机之间的多点控制与自由通信。当前我国的4G移动通信技术与其他国家之间的发展差距并不大,我国需要仅仅把握当前制定4G移动通信技术的标准及推广应用该技术的机会,逐步发展符合我国社会实际需求的4G移动通信技术,通过人性化与智能化的目标要求来指导对该技术的研发工作,从而使我国的4G移动通信技术逐渐向高智能、人性化方向发展。
四、4G移动通信技术的未来发展展望
据有关数据统计,当前世界上已经拥有了将近四十五亿的手机用户,而且这些用户群体正呈现逐年增多的趋势。当前的移动通信技术已经可以满足人与互联网的互联、人与人之间的互联,3G移动通信技术的开发与应用便使得利用智能手机上网的用户数量逐渐增多。随着通信资费的不断下调以及智能手机价格的不断降低,在不远的将来,应用4G移动通信技术上网的用户将获得质的飞跃。因此,我国在发展4G移动通信技术时,需要有效把握住相应的发展机遇,能够立足于3G移动通信技术的基础上,有效优化自己的网络结构,利用智能化、安全、高速率的技术来推进4G移动通信技术的推广及应用。目前为止,国际上对4G移动通信技术的标准制定工作已经完成,4G移动通信技术也开始逐渐向商业化方向延伸。通信企业需要仅仅抓住这个发展机遇,逐步加强对4G移动通信技术的推广与应用。基于充分了解该技术的基础上,对关键部位及重点技术实施突破,同时还要认真分析与仔细研究4G移动通信技术的未来发展前景。在经济全球化的今天,互联网逐渐兼容了物资流动,根据相关专家预测,人类将迎来物与物、人与物的物联网时代。4G移动通信技术的逐步应用,让物流变得更加方便快捷,使用户可以通过网络来随时查询相应的物流信息,有效实现了物流与互联网的联通。
五、结语
总而言之,当前通信技术的发展需要依托于移动通信技术。4G移动通信技术具有良好的市场应用前景,将4G移动通信技术应用到商业上面早已提上了日程。我国的人口基数比较大,手机用户比较多,因此在推广与应用4G移动通信技术上面具有无可比拟的现实优势。所以,我国在实际研究与开发4G移动通信技术时,不能将其看作是对手机功能的开发与拓展,我们需要运用科学的眼光与联系的观点去看待4G移动通信技术的实际价值与真实内涵,从而利用谨慎踏实的工作态度去推进对4G移动通信技术的推广及建设工作。
参考文献:
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[3]黄静、朱欣远.4G移动通信关键技术及其展望探究[J].中国新通信,2014,03:119-120
[4]朱长.对4G移动通信技术应用与发展的展望[J].通讯世界,2015,01:16
论文摘要:移动通信技术的发展历程可以划分为三个阶段,即第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统、第三代多媒体移动通信系统。本文简单介绍了移动通信技术的发展历程,重点论述了第四代移动通信系统(4th Generation 4G)的概念及相关术,并指出其今后的发展趋势。
一、移动通信技术的发展状况
(一)第一代——模拟移动通信系统
第一代(即1G,是the first generation的缩写)移动通信系统的主要特征是采用模拟技术和频分多址(FDMA)技术、有多种制式。我国主要采用TACS,其传输速率为2.4kbps,由于受到传输带宽的限制,不能进行移动通信的长途漫游,只是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信系统在商业上取得了巨大的成功,但是其弊端也日渐显露出来,如频谱利用率低、业务种类有限、无高速数据业务、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盗听和盗号、设备成本高、体积大、重量大。所以,第一代移动通信技术作为2O世纪80年代到90年代初的产物已经完成了任务退出了历史舞台。
(二)第二代——数字移动通信系统
第二代(即2G,是the second generation的缩写)移动通信系统是从20世纪90年代初期到目前广泛使用的数字移动通信系统,采用的技术主要有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种技术,它能够提供9.6-28.8kbps的传输速率。全球主要采用GSM和CDMA两种制式,我国采用主要是GSM这一标准,主要提供数字化的语音业务级低速数据化业务,克服了模拟系统的弱点。和第一代模拟移动蜂窝移动系统相比,第二代移动通信系统具有保密性强,频谱利用率高,能提供丰富的业务,标准化程度高等特点,可以进行省内外漫游。但因为采用的制式不同,移动标准还不统一,用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游,还无法进行全球漫游,虽然第二代比第一代有更大的带宽,但带宽还是很有限,限制了数据的应用,还无法实现高速率的业务,如移动的多媒体业务。
(三)第三代——多媒体移动通信系统
随着通信业务的迅猛发展和通信量的激增,未来的移动通信系统不仅要有大的系统容量,还要能支持话音、数据、图像、多媒体等多种业务的有效传输。第二代移动通信技术根本不能满足这样的通信要求,在这种情况下出现了第三代
(即3c,是the third generation的缩写)多媒体移动通信系统。第三代移动通信系统在国际上统称为IMT一2000,是国际电信联盟(1TU)在1985年提出的工作在2000MHz频段的系统。与第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信系统相比,第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业务。
二、第四代移动通信系统的概念
4G也称为广带接入和分布网络.具有超过2Mb/s的非对称数据传输能力.对高速移动用户能提供1 50M b/s的高质量的影像服务.并首次实现三维图像的高质量传输 它包括广带无线固定接入、广带无线局域网.移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统) . 是集多种无线技术和无线LAN 系统为一体的综合系统.也是宽带lP接入系统.在这个系统上.移动用户可以实现全球无缝漫游.为了进一步提高其利用率.满足高速率、大容量的业务需求. 同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落和多径干扰等众多优势。
三、4G的关键技术
1.OFDM技术。它实际上是多载波调制MCM的一种.其主要原理是:将待传输的高速串行数据经串/并变换,变成在N个子信道上并行传输的低速数据流,再用N 个相互正交的载波进行调制,然后叠加一起发送。接收端用相干载波进行相干接收,再经并/串变换恢复为原高速数据。
2.多输入多输出(MIMO)技术。多输入多输出(MIMO)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是下一代移动通信系统的核心技术之一。MIMO系统采用空时处理技术进行信号处理,在丰富的散射环境下,空分复用MIMO系统(如BLAST结构)可以获得与天线数成正比的容量增长,从而极大地提高频谱效率,增加系统的数据传输速率。但是当散射程度欠佳时,会引起信道间的空间相关,尤其在室外环境下,由于基站的天线较高,从而角度扩展较小,其空间相关难以避免,在这种情况下MIMO不可能获得所期望的数据传输速率。 转贴于
3.切换技术。切换技术能够实现移动终端在不同小区之间跨越和在不同频率之间通信以及在信号质量降低时如何选择信道。它是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠通信的基础。主要划分为硬切换、软切换和更软切换.硬切换发生在不同频率的基站或不同系统之间。第4代移动通信中的切换技术正朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。
4.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台,利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。通过下载不同的软件程序,在硬件平台上可实现不同功能,用以实现在不同系统中利用单一的终端进行漫游,它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬(Digital Signal Process Hardware,DSPH)、现场可编程器件(Field Programmable Gate Array,FPGA)、数字信号处理(Digital SignalProcessor, DSP)等。
5.IPv6协议技术。3G网络采用的主要是蜂窝组网,而4G系统将是一个基于全lP的移动通信网络,可以实现不同类型的接入系统和通信网络之间的无缝连。为了给用户提供更为广泛的业务,使运营商管理更加方便、灵活,4G中将取代现有的IPv4协议,采用全分组方式传送数据的IPv6协议。
四、发展趋势
目前,4G移动通信还只处于实验室研究开发阶段。具体的设备和技术还没有完全成型,后续的软件开发还没有启动。这都会给4G的发展带来很多难题,有待人们深入研究。但未来移动通信必将具有文中描述的这些基本特征:高速率、高质量的数据传输,完全集中的服务。无所不在的移动接入,高智能的多样化的用户设备。随着新问题、新要求的不断出现。第四代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。我们相信,不远的将来,人们将会不受时间、地点限制,可以自由自在地利用移动网络获取和传递信息,从而使人们的学习、工作、生活发生更深刻的变化。
参考文献
[1] 张重阳.数字移动通信技术[M].西安:江西科技大学出版社,2006.