2023年正文《浅谈4G网络的发展与应用》.doc

目录 前言 1 第1章 3G与4G的比较 2 1.1 4G时代的到来 2 1.2 3G与4G的性能指标 2 1.3 3G与4G的技术比照 3 1.4 3G与4G的速度比照 3 1.5 4G是什么 4 1.6 4G终端 5 第2章 4G的主要优势与存在缺陷 6 2.1 网络频谱更宽 6 2.2 通信更加灵活 6 2.3 兼容性能更平滑 7 2.4 实现更高质量的多媒体通信 7 2.5 技术难以实现 7 2.6 容量受到限制 8 2.7 市场难以消化 8 第3章 4G网络结构 9 3.1 三层网络结构 9 3.2 物理层 9 第4章 4G网络中的关键技术 11 4.1 OFDM 11 4.2 软件无线电 11 4.3 智能天线技术(SA) 11 4.4 多输入多输出(MIMO)技术 12 4.5 基于IP的核心网 12 第5章 5大4G标准 13 5.1 LTE 13 5.2 LTE-Advanced 13 5.3 WiMax 14 5.4 HSPA+ 15 5.5 WirelessMAN-Advanced 15 第6章 4G网络展望 17 6.1 无线宽带，一插即行 17 6.2 我国的4G的开展 17 总结 23 致谢 24 参考文献 25 25 前言 随着3G在我国的商用以来，用户在使用 电视和视频通话方面，出现信号不稳，视频通话效果不好等问题。人们开始期望4G能够解决这些问题，能够提供更高的数据速率，更大的容量和带宽。从而使4G比3G更接近个人通信，在技术上比3G更完善。 所谓4G技术是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2023倍，上传的速度也能到达20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线效劳的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的效劳。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比较的优越性。 第1章 3G与4G的比较 1.1 4G时代的到来 正当第三代移动通信〔3G〕正在国内全面铺开的时候，比3G提速十倍以上的新一代移动通信技术TD—LTE，在上海世博会上闪亮登场：高清视频通话，实时展会直播，高速移动上网等多种移动网络效劳，不仅实现了对5.28平方公里的世博园区的完整覆盖，而且还实现了黄浦江水面以及信息通信馆、世博中心等11个重要场馆室内覆盖。 在这个全球首个“准4G〞TD—LTE规模演示网获得成功之后，中国移动又方案下半年在国内三个城市进行扩大规模的实验试用。引人注目的是，TD—LTE已聚集了大批中外企业，如大唐、华为、中兴、上海贝尔、摩托罗拉，以及创毅视讯、海思等国内外网络设备商与芯片厂商。 种种迹象说明，3G尚在发力，4G已悄然逼近，且伸手可及。 由于目前3G采用很多先进性的技术，将来4G在很大程度上进一步融合3G现有的技术。比方，智能天线，软件无线电，联合检测，功率控制等。虽然4G继承了3G的许多技术，但是在指标和技术方面有诸多区别。 1.2 3G与4G的性能指标 3G提供了高速数据，在图象传输上，其静止传输速率到达2Mbps，高速移动时的传输速率到达114Kbps，慢速移动时的传输速率到达384kbps，带宽可以到达5MHz以上UMT采用WCDMA技术，利用正教码区分用户，有FDD和TDD两种双工方式。 4G的性能指标是： 1.数据速率从2Mbps到100Mpbs。 2.容量到达第3代系统的5～10倍，传输质量相当于甚至优于第3代系统。广带局域网应能与宽带综合业务数据网(B-ISDN)和异步传送模式(ATM)兼容，实现广带多媒体通信，形成综合广带通信网。 3.条件相同时小区覆盖范围等于或大于第3代系统。 4.具有不同速率间的自动切换能力，以保证通信质量。 5.网络的每比特本钱要比第3代低。 1.3 3G与4G的技术比照 1.3G的关键技术是CDMA技术，而4G采用的是OFDM技术。OFDM可以提高频谱利用率，能够克服CDMA在支持高速率数据传输时信号间干扰增大的问题。 2.在软件无线电方面，4G对3G中的软件无线电技术进行升级，满足4G中无线接入多样化要求，使得3G中无线接入标准不统一的问题得以解决。同时在4G中，实现软切换和硬切换相结合，对3G中的软件无线电根底上通过增加相应的硬件模块，对相应的软件进行升级使他们最终都融合到一起，成为一个统一的标准，实现各种需求的功能。 3.3G网络采用的主要是蜂窝组网，4G采用全数字全IP技术，支持分组交换，将WLAN，Bluetooth等局域网融入广域网中。在4G中提高智能天线的的处理速度和效率。在TD-SCDMA采用智能天线的根底上，对相关的软件和算法加以升级，增加一些接口协议来满足4G的要求。 4.4G系统也使用了许多新技术，包括超链接和特定无线网络技术、动态自适应网络技术、智能频谱动态分配技术以及软件无线电技术等等。 5.在功率控制上，4G比3G要求更加严格，其目的是为了满足高速通信的要求。不仅频率资源限制移动用户信号的传输速率，而且基站和终端的发射功率也限制了用户信号的传输速率。在3G中，采用切换技术来减少对其它小区的干扰，提高话音质量，不过在4G中，切换技术的应用更加广阔，并朝着软切换和硬切换相结合的方向开展。 1.4 3G与4G的速度比照 通信委员会的最新研究显示，在使用同样数量频谱(在客户 于互联网之间传送信息的无线电波)的情况下，下一代移动技术的数据传输能力将是现有3G技术的两倍以上。 传输能力的增强对满足英国迅速增加的移动数据流量来说至关重要，而移动数据流量的增加主要受智能 和移动宽带数据效劳(如流媒体、电子邮件、信息效劳、地图效劳和社交网络等)增长的带动。 英国从2023年开始采用4G移动通信技术，届时，移动宽带效劳的速度将显著提高——接近目前的ADSL家庭宽带速度。这一目标有望通过4G技术更为有效地利用频谱而得以局部地实现。 通信委员会的首席技术官斯蒂芬•昂格尔博士指出：“在频谱数量相同的情况下，4G移动通信技术传输的数据比3G多。而效率的提高意味着4G网络将能够支持更高的数据速率和更多的用户。我们的研究说明，早期4G移动网络的标准配置将是现有标准3G网络3.3倍(即4G的频谱效率高出3G230%)。鉴于此，早期4G网络的用户在下载一段视频时，所使用的时间只有目前3G网络的三分之一。预计到2023年，这一比率将扩大至5.5倍(450%)。〞 相关部门在对现有理论预测和实地部署试验进行审核与分析的根底上，进行了上述研究，而这项研究的目的是希望了解在引入4G技术后，频谱效率可能提高的程度。这些信息为通信办公室的战略频谱管理工作的提供了重要依据。 这项研究分析了多种4G技术，其中包括长期演进(LTE)及LTE后续技术(仍在开发中)，如LTEAdvanced。研究还探讨了新出现的和后继的WiMAX无线技术，这种技术与Wi-Fi类似，但其覆盖范围更大，可达数公里。 这项研究显示，尽管通过采用4G技术提高了频谱效率，进而增加了4G网络的容量，但这并缺乏以满足用户对移动数据的需求预期增长。出了更为有效地利用现有的频谱，还需要更多的频谱，其中局部将通过2023年拍卖800MHz和2.6GHz新频谱获得。2023将的拍卖将是英国有史以来为移动效劳分派额外频谱而举行的规模最大单次拍卖活动，预计拍卖的频谱数量相当于目前所使用的移动频谱总量的四分之三。 此外，移动网络还需要巧妙的设计，以确保频谱能够得到最有效地利用。该研究预计，为了满足特定地区的用户需求，更多小基站将会大展身手。 1.5 4G是什么 速度比3G快10倍以上，让互联网和移动终端融为一体；3G是 通话为主，附带上网；4G是移动上网为主，附带通话。 “其实叫4G并不太准确，这是一种通俗的说法，4G到目前并没有完整的定义。〞中兴通讯LTE终端负责人张亮告诉记者：“4G是相对于3G说的，是指第四代移动通信技术，目前国际电联还没有确定统一的标准，但是LTE〔LongTermEvolution〕技术应该是主要的方向。〞 “上海世博会推出的TD—LTE被认为是‘准4G’或者3.9G，它的传输速率到达了每秒70兆，大概是现有3G技术的20多倍〞，未来的4G在这个根底上会更快，会超过每秒100兆，乃至1G，能够实现比现在的3G提速几十倍，比拨号上网快几千倍，能够满足几乎所有用户对于无线效劳的要求。〞 不管未来对4G通信怎样定义，有一点可以肯定：4G时代将是一个比3G时代更完美的新无线世界，可创造出许多消费者难以想象的应用：用 代替卫星传输，实时传输高清晰度视频图像。 在4G时代，用 下载一部电影也就几十秒的时间，发送邮件时加上几十兆附件非常方便和快捷，而且4G可以实现永远在线而省去拨号的麻烦。因此，在3G时代， 还是以通话为主，上网是附带的功能；而到了4G时代，会把宽带互联网搬到 上，无线宽带的应用将会大行其道，消费者会以移动上网为主，通话功能那么退居其次。 1.6 4G终端 超大屏幕，视频可实现视频通话、高清电视、在线戏等无线宽带效劳。4G终端的本质，其实是做小，而不是 做大。 “4G ，准确的说是4G终端，与3G、2G时代的 相比，有了很大的变化〞就好似普通公路变成高速公路了，道宽了，路平了，就需有好车和跑车。做4G就是修跑道，4G终端就是跑车。 对于消费者关心的价格问题，开始可能贵一些，但随着规模起来，价格会越来越低，等到产业链完善时，本钱会接近3G 的水平，价格也会和目前3G 相当。 第2章 4G的主要优势与存在缺陷 如果说2G、3G通信对于人类信息化的开展是微缺乏道的话，那么未来的4G网络通信却给了人们真正的沟通自由，并彻底改变人们的生活方式甚至社会形态。4G网络通信具有下面的特征： 2.1 网络频谱更宽 由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝 和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音效劳；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps最高可达32Kbps；而第三代移动通信系统数据传输速率可到达2Mbps；专家那么预估，第四代移动通信系统可以到达10Mbps至20Mbps，甚至最高可以到达每秒高达100Mbps速度传输无线信息，这种速度会相当于2023年最新 的传输速度的1万倍左右。 要想使4G通信到达100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的根底上，进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。据研究4G通信的AT&T的执行官们说，估计每个4G信道会占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网路的20倍。 2.2 通信更加灵活 从严格意义上说，4G 的功能，已不能简单划归“ 机〞的范畴，毕竟语音资料的传输只是4G移动 的功能之一而已，因此未来4G 更应该算得上是一只小型了，而且4G 从外观和式样上，会有更惊人的突破，人们可以想象的是，眼镜、手表、化装盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端，只是人们还不知应该怎么称呼它。未来的4G网络通信使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。也许有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼，但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比，这简直可以忽略不计。 2.3 兼容性能更平滑 要使4G通信尽快地被人们接受，不但考