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      2. 全球4G通信系統(tǒng)發(fā)展研究論文

        時間:2022-07-31 13:04:23 論文 我要投稿
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        全球4G通信系統(tǒng)發(fā)展研究論文

          摘要:本文首先對移動通信系統(tǒng)3G和4G進(jìn)行了簡單比較,指出3G系統(tǒng)的局限性以及4G系統(tǒng)的優(yōu)勢。接下來論述了中、美、日三國4G通信系統(tǒng)發(fā)展研究進(jìn)展情況,最后對移動通信系統(tǒng)未來發(fā)展做出了展望。

        全球4G通信系統(tǒng)發(fā)展研究論文

          關(guān)鍵詞:3G;4G;TD-LTE-Advanced;Wimax

          自2009年1月7日,中國工業(yè)和信息化部向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通分別頒發(fā)3G牌照以來,中國的3G用戶數(shù)在新增移動用戶數(shù)中的占比已超過半數(shù),進(jìn)入規(guī)模發(fā)展階段。

          雖然與2G系統(tǒng)相比,3G系統(tǒng)能夠提供較高的數(shù)據(jù)速率(快速移動環(huán)境下,最高速率為144kb/s;室外到室內(nèi)或步行環(huán)境下,最高速率為384kb/s;室內(nèi)環(huán)境,最高速率為2Mb/s),能支持多媒體業(yè)務(wù),但它依然存在一些局限性:a.通信速率不能夠滿足用戶對高速多媒體業(yè)務(wù)的需求;

          b.難以提供具有多種QoS的各種速率的業(yè)務(wù);

          c.難以時限不同頻段的不同業(yè)務(wù)環(huán)境間的無縫漫游;

          d.通信費(fèi)用與2G相比并未降低,甚至更高。

          鑒于3G系統(tǒng)的局限性,各國已在積極進(jìn)行后3G通信系統(tǒng)(IMT-Advanced)的科研與實(shí)驗(yàn)。與3G系統(tǒng)相比,IMT-Advanced具備以下優(yōu)勢:a.更高的通信速率(1000Mbps),更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜能夠更好的滿足用戶對高速多媒體業(yè)務(wù)的需求,可傳輸高質(zhì)量視頻圖像,其圖像傳輸質(zhì)量堪與高清晰度電視相比;

          b.終端更加多樣化、智能化;

          c.可提供更多類型,具有多種QoS的各種速率的增值業(yè)務(wù),如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等;

          d.通信成本的降低帶來通信費(fèi)用的降低。計(jì)費(fèi)方式更加靈活,用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況定制所需服務(wù)。

          那么,4G通信系統(tǒng)在世界上的研發(fā)進(jìn)展如何呢?下面,我們就通過中國、美國和日本三國的4G研發(fā)進(jìn)展情況來對此了解一二。

          1中國

          1.1研發(fā)方面2001年,中國“國家863計(jì)劃”啟動了面向后三代/四代(B3G/4G)的移動通信發(fā)展研究計(jì)劃———未來通用無線環(huán)境研究計(jì)劃(簡稱Future計(jì)劃)。Future計(jì)劃一期,完成了六種無線傳輸鏈路方案的設(shè)計(jì),完成了支持分布式多天線接入的射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),初步研究了無線資源管理方案和上層協(xié)議,基本完成了基帶電路核心硬件和軟件的設(shè)計(jì)和測試。Future計(jì)劃二期,“TDD系統(tǒng)OFDM上行鏈路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及TDD技術(shù)集成”在2006年6月17日進(jìn)行了正式驗(yàn)收。該系統(tǒng)采用寬帶TDD OFDM MIMO技術(shù),兼容TD-SCDMA,峰值速率可達(dá)122Mbit/s,頻譜利用率為7.1bit/s/Hz,支持高清晰視頻點(diǎn)播、FTP高速下載、Internet、語音等業(yè)務(wù)。驗(yàn)收結(jié)果表明該系統(tǒng)已達(dá)到了國際領(lǐng)先水平,這標(biāo)志著我國在下一代移動通信系統(tǒng)的研究中取得了突破性進(jìn)展。由武漢漢網(wǎng)、華中科技大學(xué)和上海交通大學(xué)聯(lián)手開發(fā)出的全I(xiàn)P移動通信技術(shù),傳輸速度比3G快50倍,是國際公認(rèn)的4G技術(shù)核心。

          1.2外場技術(shù)演示和示范

          2007年1月28日,在上?焖僖苿拥臏y試車上,基于IPV6的高清電視等業(yè)務(wù)的演示十分流暢。工作人員在上海延安西路高架做了2km長的覆蓋,車輛在真實(shí)的路況中以50km/h的時速行駛,獲得的下行速率為20~90Mbps,上行最高也可達(dá)80Mbps。這標(biāo)志著我國第一個4G試驗(yàn)網(wǎng)已經(jīng)正式進(jìn)入第三階段,即外場試驗(yàn)和預(yù)商用計(jì)劃。

          2009年10月5日至9日,日內(nèi)瓦舉行國際電信聯(lián)盟主辦的“2009年世界電信展”。中國移動、中興、大唐等中國公司展示了TD長期演進(jìn)(TD-LTE)技術(shù)應(yīng)用的最新產(chǎn)品。中國移動公司展臺,一個大屏幕實(shí)時播放遠(yuǎn)在萬里之外的上海黃埔江的畫面。另外,還設(shè)置了模擬車廂,展示這項(xiàng)技術(shù)在行進(jìn)列車中的應(yīng)用,乘客通過面前的大屏幕可與遠(yuǎn)方客人進(jìn)行視頻對話。

          2010年上海世博會,中國移動搭建的準(zhǔn)4G網(wǎng)絡(luò)TD-LTE演示網(wǎng)覆蓋至黃浦江兩岸9個場館以及江面游船。為觀博者提供世博園區(qū)內(nèi)陸上和水上移動狀態(tài)下高清視頻監(jiān)控、導(dǎo)航、視頻會議等服務(wù);高科技機(jī)器人“天線海寶”還能為游客帶來歌舞表演、測量體溫、發(fā)放禮品券等。

          1.3與其他國家的合作態(tài)勢

          原中國信息產(chǎn)業(yè)部(現(xiàn)工業(yè)信息化部)與他國的4G合作研發(fā)始于2003年,當(dāng)時與日本NTTDoCoMo簽訂了合作意向書,共同探討和研發(fā)4G技術(shù);2004年10月,又與韓國達(dá)成協(xié)議,擴(kuò)大技術(shù)合作范圍,共同支持對4G無線通信系統(tǒng)的研發(fā)。在Future計(jì)劃的支持下,一批中國研究機(jī)構(gòu)作為合作伙伴參與了歐盟第六框架WINNER、MaGnet、MOCCA等國際上有關(guān)未來移動通信研究項(xiàng)目,并與一批跨國企業(yè)設(shè)立了一系列聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目。中科院計(jì)算所移動通信技術(shù)研發(fā)中心(MCR)與瑞薩科技公司合作,在上海張江高科技園建立移動通信聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,共同開發(fā)4G手機(jī)平臺,并解決未來手機(jī)技術(shù)應(yīng)用方案;上海無線通信研究中心與37家歐洲知名廠商和研發(fā)機(jī)構(gòu)結(jié)盟,加入歐盟最大的B3G項(xiàng)目“未來全球個人移動通信系統(tǒng)”的開發(fā)。2006年3月,中國、韓國和日本就進(jìn)一步聯(lián)合研發(fā)4G移動通信標(biāo)準(zhǔn)一事達(dá)成共識。

          1.4標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)進(jìn)展

          2004年,中國在標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP提出了第三代移動通信TD-SCDMA的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)TD-LTE。2009年,在TD-LTE基礎(chǔ)上形成了TD-LTE-Advanced技術(shù)方案。TD-LTE-Advanced是中國繼TD-SCDMA之后,提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代移動通信技術(shù)。它吸納了TD-SCDMA的主要技術(shù)元素,但它將提供更寬的帶寬,可以進(jìn)行更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),它充分體現(xiàn)了我國通信產(chǎn)業(yè)界在寬帶無線移動通信領(lǐng)域的最新自主創(chuàng)新成果。

          目前,TD-LTE-Advanced已獲得歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP和亞太地區(qū)通信企業(yè)的廣泛認(rèn)可和支持。

          2美國

          新一代無線通信技術(shù)在美國及日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入密集的研發(fā)和市場化階段。據(jù)美國電氣電子工程學(xué)會(IEEE)最新公布的802.16無線寬帶技術(shù)草案文本,該機(jī)構(gòu)目前正在研究一項(xiàng)無線傳輸新標(biāo)準(zhǔn)802.16m兼容WiMAX和4G。802.16m標(biāo)準(zhǔn)在快速移動狀態(tài)下的傳輸速率可達(dá)100Mbit/s。

          美國AT&T早在2000年就推出了4GAccess網(wǎng)絡(luò),它能配合EDGE技術(shù)進(jìn)行上傳,并利用寬帶OFDM技術(shù)進(jìn)行下載。AT&T的4GAccess網(wǎng)絡(luò)升級計(jì)劃分為兩個階段,第一階段是移動電話基地臺的軟件構(gòu)建,第二階段則進(jìn)行智能型天線的硬件構(gòu)建。2004年2月,美國手機(jī)服務(wù)提供商N(yùn)extel通信公司與思科、北電網(wǎng)絡(luò)和IBM在北卡羅來納州羅利-達(dá)拉姆(RaleiGh Durham)地區(qū)試驗(yàn)“4G”無線服務(wù),這次“4G”試驗(yàn)采用Flarion技術(shù)公司提供的每秒鐘下載速度達(dá)1.5Mb的設(shè)備,這項(xiàng)服務(wù)向臺式電腦、筆記本電腦、掌上電腦以及其他設(shè)備提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。

          2009年1月6日,美國俄勒岡州波特蘭市正式開通4G移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),波特蘭因此成為美國西部首個邁入4G時代的城市。

          推出這一業(yè)務(wù)的美國Clearwire公司稱,在波特蘭開通的4G網(wǎng)絡(luò)采用了WiMAX標(biāo)準(zhǔn)。這也是美國迄今第二個開通采用該標(biāo)準(zhǔn)4G網(wǎng)絡(luò)的城市。

          美國東部巴爾的摩市去年10月曾開通類似網(wǎng)絡(luò)。據(jù)悉,通過這一網(wǎng)絡(luò)移動上網(wǎng)最快下載速度可達(dá)每秒4M字節(jié)。當(dāng)?shù)亍抖砝諏藞?bào)》科技記者羅格韋在其博客中說,他的實(shí)地測評表明,通過4G網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)速度比利用蘋果iPhone手機(jī)通過3G網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)平均快4倍以上。

          3日本

          日本早在21世紀(jì)初就為4G的研發(fā)工作制定了詳細(xì)的發(fā)展計(jì)劃,并作為e-Japan計(jì)劃的一部分,提升到了國家戰(zhàn)略的高度。

          2002年3月,日本最大通信運(yùn)營商N(yùn)TT DoCoMo公司在東京郊區(qū)的試驗(yàn)室中建立一個下一代移動通信試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)的空中接口采用了基于可變擴(kuò)展因子技術(shù)的正交頻率和碼分復(fù)用技術(shù)(VSF/OFCDM)。同年10月,NTT DoCoMo表示,該公司已成功完成第四代(4G)移動通信的傳輸實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行,下傳和上傳速率分別可達(dá)到100Mb/s和20Mb/s。2003年5月28日,NTT DoCoMo宣布進(jìn)行第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的無線接入系統(tǒng)的戶外試驗(yàn)。

          此次試驗(yàn)中,日本NTTDoCoMo公司已經(jīng)通過4+4和6+6天線MIMO技術(shù)在100MHz帶寬下分別驗(yàn)證了1Gbit/s(室外試驗(yàn))和2.5Gbit/s的峰值傳輸速度。

          2006年12月25日,NTTDoCoMo表示,公司已經(jīng)成功地以接近5Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速度向一個移動速度為每小時10公里的接收裝置傳輸了數(shù)據(jù)。2007年9月,NTT DoCoMo展示了一項(xiàng)試驗(yàn),在e-UTRA數(shù)據(jù)速率為200Mbit/s的情況下,功耗低于100mW。

          2009年5月,日本總務(wù)省向NTT Docomo、軟銀移動、KDDI和e-Mobiel公司頒發(fā)了LTE牌照。按照日本政府為4G研發(fā)設(shè)定的目標(biāo),到2010年日本將實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有傳輸速率快100倍的移動通信系統(tǒng)。

          綜上所述,4G移動通信系統(tǒng)無論在技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程、產(chǎn)品試驗(yàn)方面都有了很大的發(fā)展,其發(fā)展前景是相當(dāng)可觀的。當(dāng)然,4G系統(tǒng)要真正投入商用并非易事,會遇到技術(shù)、市場方面的各種困難。

          4G網(wǎng)絡(luò)以IP為基礎(chǔ),具有靈活的多媒體接入方式,將給產(chǎn)業(yè)鏈上的通信運(yùn)營商、通信設(shè)備商、內(nèi)容提供商帶來巨大的商機(jī),也能為用戶提供隨時隨地、簡單易用的通信服務(wù),在不久的未來必然會登上舞臺,使未來的通信生活更加豐富。

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