4G技术与4G时代

蔡律 原创 | 2018-05-16 15:09 | 收藏 | 投票
关键字:4G时代 4G技术 

  4G技术与4G时代

  4G技术又称IMT-Advanced技术。
准4G标准,是业内对TD技术向4G的最新进展的TD-LTE-Advanced称谓。世界很多组织给4G下了不同的定义,而ITU代表了传统移动蜂窝运营商对4G的看法,认为4G是基于IP协议的高速蜂窝移动网,现有的各种无线通信技术从现有3G演进,并在3GLTE阶段完成标准统一。

  ITU4G要求传输速率比现有网络高1000倍,达到100Mbit/s。

  TD-LTE-Advanced(LTE-Advanced TDD制式)是中国继TD-SCDMA之后,提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术。它吸纳了TD-SCDMA的主要技术元素,体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。
2004年,中国在标准化组织3GPP提出了第三代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE,主导完成了相关技术标准。

  目前,TD-LTE-Advanced已获得欧洲标准化组织3GPP和亚太地区通信企业的广泛认可和支持。在4G国际标准制定过程中,TD-LTE-Advanced将面临其他候选技术的挑战。中国将全力推动TD-LTE-Advanced成为4G国际标准,积极推进相关产业发展。

  回顾第三代移动通信标准(3G),国际电信联盟曾确定了10种候选技术,并批准其中的5项为国际标准。经过市场选择,最后TD-SCDMA、WCDMA和cdma2000三种主流技术成功实现商用。在4G国际标准制定中,国际电信联盟在候选技术阶段确定两种候选技术,成功实现了技术聚焦,进一步明确了4G国际标准的技术路线,这必将对未来4G国际标准和产业发展产生重大影响。

  在2005年10月的ITU-RWP8F第17次会议上,ITU给了4G技术一个正式的名称IMT-Advanced。按照ITU的定义,当前的WCDMA、HSDPA等技术统称为IMT-2000技术;未来新的空中接口技术,叫做IMT-Advanced技术。IMT-Advanced标准继续依赖3G标准组织已发展的多项新定标准加以延伸,如IP核心网、开放业务架构及IPv6。同时,其规划又必须满足整体系统架构能够由3G系统演进到未来4G架构的需求。

    发展进程

  从2009年初开始,ITU在全世界范围内征集IMT-Advanced候选技术。2009年10月,ITU共计征集到了六个候选技术。这六个技术基本上可以分为两大类,一是基于3GPP的LTE的技术,我国提交的TD-LTE-Advanced是其中的TDD部分。另外一类是基于IEEE 802.16m的技术。

  ITU在收到候选技术以后,组织世界各国和国际组织进行了技术评估。在2010年10月份,在我国重庆,ITU-R下属的WP5D工作组最终确定了IMT-Advanced的两大关键技术,即LTE-Advanced和802.16m。我国提交的候选技术作为LTE-Advanced的一个组成部分,也包含在其中。在确定了关键技术以后,WP5D工作组继续完成了电联建议的编写工作,以及各个标准化组织的确认工作。此后WP5D将文件提交上一级机构审核,SG5审核通过以后,再提交给全会讨论通过。

  在此次会议上,TD-LTE正式被确定为4G国际标准,也标志着我国在移动通信标准制定领域再次走到了世界前列,为TD-LTE产业的后续发展及国际化提供了重要基础。

  TD-LTE-Advanced是我国自主知识产权3G标准TD-SCDMA的发展和演进技术。TD-SCDMA技术于2000年正式成为3G标准之一,但在过去发展的十二年中,TD-SCDMA并没有成为真正意义上得“国际”标准,无论是在产业链发展,国际发展等方面都非常滞后,而TD-LTE的发展明显要好得多。

  据了解,2010年9月,为适应TD-SCDMA演进技术TD-LTE发展及产业发展的需要,我国加快了TD-LTE产业研发进程,工业和信息化部率先规划2570MHz~2620MHz(共50MHz)频段用于TDD方式的IMT系统,在良好实施TD-LTE技术试验的基础上,于2011年初在广州、上海、杭州、南京、深圳、厦门六城市进行了TD-LTE规模技术试验;2011年底在北京启动了TD-LTE规模技术试验演示网建设。与此同时,随着国内规模技术试验的顺利进展,国际电信运营企业和制造企业纷纷看好TD-LTE发展前景。

  2012年1月18日,国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上,正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准,我国主导制定的TD-LTE-Advanced同时成为IMT-Advanced国际标准。

  日本软银、沙特阿拉伯STC、mobily、巴西sky Brazil、波兰Aero2等众多国际运营商已经开始商用或者预商用TD-LTE网络。印度Augere预计2012年2月开始预商用。审议通过后,将有利于TD-LTE技术进一步在全球推广。同时,国际主流的电信设备制造商基本全部支持TD-LTE,而在芯片领域,TD-LTE已吸引17家厂商加入,其中不乏高通等国际芯片市场的领导者。

  4G核心技术

  4G通信系统的这些特点,决定了它将采用一些不同于3G的技术。对于4G中将使用的核心技术,业界并没有太大的分歧。总结起来,有以下几种。

  1、正交频分复用OFDM技术

  OFDM是一种无线环境下的高速传输技术,其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的,即具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽。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,可实现低成本的单波段接收机。

  2、软件无线电

  软件无线电的基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现,使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说,是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。

  3、智能天线技术

  智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

  4、多输入多输出MIMO技术

  MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术,它采用的是分立式多天线,能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道,从而大大提高容量。信息论已经证明,当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时,MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能,从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中,MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。

  5、基于IP的核心网

  4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。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。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(CN)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究竟采用何种方式和协议。

  研发及其应用

  2007年,中国政府面向国内组织开展了4G技术方案征集遴选。经过2年多的攻关研究,最终中国产业界达成共识,在TD-LTE基础上形成了TD-LTE-Advanced技术方案。

  目前,国际上主流的4G技术主要是LTE-Advanced和802.16m两种技术,TD-LTE技术方案属于LTE-Advanced技术。LTE-Advanced得到国际主要通信运营企业和制造企业的广泛支持。法国电信、德国电信、美国AT&T、日本NTT、韩国KT、中国移动、爱立信、诺基亚、华为、中兴等明确表态支持LTE-Advanced。802.16m也获得部分芯片、网络产品制造企业如英特尔、思科等的联合推荐。

  国际电信联盟确定LTE-Advanced和802.16m为4G国际标准候选技术。工信部表示,这必将对未来4G国际标准和产业发展产生重大影响。

  根据工作计划,国际电信联盟下一步将对两种候选技术进行分析评估和试验验证,并于2010年10月最终决定4G国际标准。

  4G时代

  4G时代就是第四代移动通信技术时代。

  4G LTE是TD-LTE和FDD-LTE等LTE网络制式的统称。在中国4G网络还处于TD-LTE的特殊时期,4G LTE一般特指TD-LTE制式网络。LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗的称为3.9G,具有100Mbps的数据下载能力,被视作从3G向4G演进的主流技术。

  4G LTE最大的数据传输速率超过100Mbps,这个速率是移动电话数据传输速率的1万倍,也是3G移动电话速率的50倍。4G手机可以提供高性能的汇流媒体内容,并通过ID应用程序成为个人身份鉴定设备。它也可以接受高分辨率的电影和电视节目,从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。

  第四代移动电话行动通信标准,指的是第四代移动通信技术,外语缩写:4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式(严格意义上来讲,LTE只是3.9G,尽管被宣传为4G无线标准,但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced,因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求)。4G是集3G与WLAN于一体,并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载,比目前的家用宽带ADSL(4兆)快25倍,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。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有着不可比拟的优越性。

  中国4G元年指的是公元2013年。4G牌照在经过历时一年多的千呼万唤之后,终于2013年年底正式发放,标志了中国地区移动互联网正式迈入4G高速时代。同时作为载体的各种4G终端也在短时间内爆发性放出,如:IPhone5S 、三星GT-N7108D 、天语大黄蜂4G 、索尼M35T 等。由此2013年成为中国4G正式与大家见面的一个年头,是继2009年第三代无线通信技术的又一次演进,被称为中国4G元年。

  4G LTE通信技术并没有脱离以前的通信技术,而是以传统通信技术为基础,并利用了一些新的通信技术来不断提高无线通信的网络效率和功能。如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话,那么4G LTE通信会是一种超高速无线网络,一种不需要电缆的信息超级高速公路,这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

  蔡律综合  2018年5月

  4G时代的制胜之道:频段、带宽和站点

  2014年07月11日  文/孙宇彤

  随着FDD试商用的开闸,三大运营商的4G时代就此拉开了帷幕。前文预测了4G时代三大运营商的格局,为什么会有这样的格局呢?还是与三大运营商竞争时的基本面相关。

  4G时代运营商的竞争,归根结底还是无线网络部署上的竞争。从当前情况看,自然有领先者,有追随者,也有迷茫者。不过先声夺人不等于大功告成。就好像下围棋一样,高手让先甚至让几子,都难以影响高手获胜的结果。

  高手为什么能在失去先机的情况下获胜?原因可能很多,因人而异,不过棋高一着肯定是少不了的,总能下到那些关键的点上。

  回到4G时代的取胜之道上,与下棋类似,在无线网络部署过程中有很多关键点,把握住了就能改变局面。

  首先是频段,大家都知道1GHz以下的频段是黄金频段,比如电信的CDMA,移动联通的GSM,用的都是1GHz以下的频率,覆盖效果自然没话说。不过,目前这些网络还是运营商的主力网络,三五年还不太可能挪作他用。

  接下来就是2GHz附近的频段,有目前最为关注FDD的1800M、2.1G,TDD的1.9G、2.6G等频段,这些频段正在或者即将用于4G无线网络。

  在我看来,FDD的1800M与2.1G两个频段是半斤八两,覆盖效果差别不大,联通和电信无论上哪个频段,最后的差异都不大。当然,我建议联通专注玩1800M,电信专心玩2.1G,这样天线的组合可以简化。

  不过不管怎么说,FDD的1800M频段还算不上黄金频段,充其量只能算是白银频段。

  至于TDD的1.9G、2.6G这两个频段,频段间的差别相对比较大,而且与FDD的频段相比,覆盖效果又差了一些,只能算是草肚皮频段了。

  好在移动财大气粗,能够两个TDD频段都上,而两个频段都做全城覆盖,比一个频段全城覆盖,可以达到更好的效果,但是要付出更大的努力。

  总体看,2GHz附近的这些频段存在差异,但是与1GHz附近的频段相比,这些差异基本可以忽略。就好像幼儿园的小朋友在比高矮,的确有高矮,但是与旁边的小学生一比,小巫见大巫了。

  接下来的关键因素是带宽。带宽这个因素建网初期不显山不露水,到了中后期就会大发神威,不可小觑。

  通常,FDD采用10MHz的频点带宽,TDD采用20MHz的频点带宽。

  目前看,在单频段上,拥有4G带宽最丰富的还得数移动,不过移动现有的带宽缺陷也不少,一个是扩展余地小,没有更多的想象空间;另外是高频率的带宽多,做起来吃力。

  不管怎么说,带宽就是4G时代的财富,因此虽然质量不是最好,但是靠数量取胜,还是移动的优势。

  如果电信与联通大规模上了FDD后,移动应该建议两家把2.6GHz与1.9GHz的TDD让出来,让移动专心做TDD,直到GSM退网。至少也应该把2.6GHz的TDD让给移动,否则两家占着资源不怎么用,也没有什么意思。工信部曾经提出共建共享,用租建结合的方式组建LTE网络,这就是最好的共建方案。实在不行,估计移动只能去协商租用电信和联通的TDD频段了。

  谈完移动的带宽,再谈电信。相对而言,电信的带宽就很局促,每个频段上最多两个10MHz的频点,会给后期组网、优化带来麻烦。不过前期这些还不是问题,就未雨绸缪吧。

  相对而言,联通的带宽最整齐,2.1G的频段既可以用于WCDMA,又可以用于LTE。不过我认为由于DC HSPA 与LTE的性能差异不大,联通最好还是统一频段,在2.1G的频段上专心做WCDMA,1.8G的频段上专心做LTE。

  说句题外话,可能限于财力、政策和魄力,两年前联通错过了在900M频段上用WCDMA来替代GSM。其实没有GSM也不是很可怕,电信这几年不照样走过来了吗?亡羊补牢,为时未晚,联通不能再犹豫了。

  最后的关键因素是站点。

  前面说过,工信部主张共建共享,因此从政策面看,站点的重要性在下降,不过站点的所有权和使用权还是有明显区别的。

  但是在4G时代,为了给用户提供高速率的业务,基站的覆盖范围一缩再缩,城区的站间距都到了500米以内,4G站点数量会大幅增加。

  现阶段随着民众环保意识的增强,部署站点可谓难上加难。考虑到这个因素,手握站点越多,应该说越有利。

  因此,为什么我在前文中认为4G时代移动还是龙头,一来是移动资金雄厚,下得起加站的血本;二来就是坐拥2G、3G时代打下的站点江山。

  总之,从频段、带宽和站点上,我们不难窥见4G时代的格局。

正在读取...
个人简介
湖北师范大学毕业,留校任系团总支书记兼政治辅导员;2004年任忠县人民政府顾问,2007年获“重庆市统筹城乡综合配套改革试验区全球问计求策”一等奖,荣获2007度、2008年度重庆十佳网络知识分子。荣获2011年“新阶层·重庆第二届…
每日关注 更多
蔡律 的日志归档
[查看更多]
赞助商广告