芬兰开通4G通信网络-展望未来4G在中国的发展

芬兰两家电信运营商2日分别在该国西南部城市图尔库和首都赫尔辛基开通4G移动通信网络，这是该移动通信网络首次在芬兰开通。 位于图尔库的4G移动网络由芬兰电信运营商索内拉公司经营，目前主要覆盖图尔库市中心地区。索内拉公司2日说，该网络暂时不投入商业运营，而是先由20个用户试用。公司将综合考量4G移动网络在图尔库市的试运行情况，并于今年年底公布在芬兰扩建4G移动网络和正式投入商业运营的计划。 同一天，芬兰另一家电信运营商埃利萨公司在首都赫尔辛基开通4G移动通信网络。 4G(即第四代移动网络通信技术)是目前传输速度最快的移动通信技术，比已投入商业运营的3G网络的传输速度快10倍。借助4G移动网络，用户可以更顺畅地用手机上网，通过笔记本电脑完成一些需要更快传输速度和更高传输性能的任务，比如网络电视播放、网络视频会议等。此前，美国、瑞典、挪威等少数国家已开通4G移动通信网络。

创新、追求是人类社会永恒不变的主题，就在人们纷纷议论和畅想第三代移动通信技术（3G）的同时，4G已经走上通信舞台了！

4G通信的定义

　　到目前为止，人们还无法对4G通信进行精确定义，有人说4G通信的概念来自其他无线服务技术; 有人说4G通信是一个超越2010年以外的研究主题。但不管人们对4G通信如何定义，有一点可以肯定的是，4G通信将是一个比3G通信更完美的新无线世界，它将可创造出许多难以想像的应用。4G最大的数据传输速率超过100Mbps，4G手机将可以提供高性能的流媒体内容，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，此外，4G的无线连接等某些服务费用将比3G便宜。还有，4G有望集成不同模式的无线通信技术，移动用户可以自由地漫游。

　　4G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，不断提高无线通信的网络效率和功能。与传统的通信技术相比，4G通信技术的优势在于通话质量及数据通信速度。另外，由于技术的先进性确保了投资成本的大大减少，未来的4G通信费用也要比目前低。

　　为了充分利用4G通信带来的先进服务，人们还必须借助各种各样的4G终端才能实现，而不少通信制造商已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上。

4G通信的特征

目前正在构思中的4G通信具有下面的特征：

1. 通信速度更快

　　由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。专家预估，第四代移动通信系统的速度可以达到10M～20Mbps，最高可以达到100Mbps。

2. 网络频谱更宽

　　要想使4G通信达到100Mbps的传输速度，通信运营商必须在3G通信网络的基础上进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA 3G网络的20倍。

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。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想像的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。

4. 智能性能更高

　　第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多难以想像的功能，例如，4G手机将能根据环境、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人。

5. 兼容性能更平滑

　　要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。

6. 实现更高质量的多媒体通信

　　4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“多媒体移动通信”。

7. 通信费用更加便宜

　　由于4G通信不仅解决了与3G的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端通信技术，因此，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易迅速得多。同时在建设4G通信网络系统时，通信运营商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运营成本。

4G通信发展面临的问题

　　对于现在的人来说，未来的4G通信的确显得很神秘，不少人都认为第四代无线通信网络系统是人类有史以来最复杂的技术系统，总的来说，要顺利、全面地实施4G通信，将可能遇到下面的一些困难：

1. 速度很难达到理论值

　　人们对未来的4G通信的需求是它的通信传输速度将会得到极大提升，从理论上说最高可达到100Mbps，但手机的速度将受到通信系统容量的限制。据有关行家分析，4G手机将很难达到其理论速度。

2. 面临市场压力

　　有专家预测，在10年以后，2G的多媒体服务将进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上的人口使用3G，到那时，整个行业正在消化吸收第三代技术，对于4G技术的接受还需要一个逐步过渡的过程。另外，在过渡过程中，号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划。

4G通信的研究动态

　　目前，日本NTT DoCoMo公司已经表示，4G通信的试验网络已经部署在公司的横须贺研发园内，该网络集结了试验基站和移动终端，同时NTT DoCoMo公司还表示，4G通信服务将于2010年推出，网络的下载速度可以达到100Mbps，上载速度为20Mbps。美国AT&T公司推出的4G通信网络的试验，据说可以配合目前的EDGE进行无线上传，并通过OFDM技术达到快速下载的目的。美国AT&T公司声称大约还需要5年，这项技术才能发布；再有10年左右的时间，4G才能真正投入到商用阶段。在去年2月份，欧洲的4家移动设备生产商——阿尔卡特、爱立信、诺基亚和西门子组成了世界无线研究论坛(WWRF)，以研究3G以后的发展方向。WWRF预计4G技术将在2010年开始投入应用。

　　国际电信联盟无线电通信部也已经达成共识，将把移动通信系统同其他系统结合起来，2010年之前的研究目标是使数据传输速率达到100Mbps。


4G移动通信系统的主要特点

　　与3G相比，4G移动通信系统的技术有许多超越之处，其特点主要有：

　　(1)高速率。对于大范围高速移动用户(250km/h)，数据速率为2Mb/s；对于中速移动用户(60km/h)，数据速率为20Mb/s；对于低速移动用户(室内或步行者)，数据速率为100Mb/s。

　　(2)以数字宽带技术为主。在4G移动通信系统中，信号以毫米波为主要传输波段，蜂窝小区也会相应小很多，很大程度上提高用户容量，但同时也会引起系列技术上的难题。

　　(3)良好的兼容性。4G移动通信系统实现全球统一的标准，让所有移动通信运营商的用户享受共同的4G服务，真正实现一部手机在全球的任何地点都能进行通信。

　　(4)较强的灵活性。4G移动通信系统采用智能技术使其能自适应地进行资源分配，能对通信过程中不断变化的业务流大小进行相应处理而满足通信要求，采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常发送与接收，有很强的智能性、适应性和灵活性。

　　(5)多类型用户共存。4G移动通信系统能根据动态的网络和变化的信道条件进行自适应处理，使低速与高速的用户以及各种各样的用户设备能够共存与互通，从而满足系统多类型用户的需求。

　　(6)多种业务的融合。4G移动通信系统支持更丰富的移动业务，包括高清晰度图像业务、会议电视、虚拟现实业务等，使用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务。将个人通信、信息系统、广播和娱乐等行业结合成一个整体，更加安全、方便地向用户提供更广泛的服务与应用。

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(7)先进的技术应用。4G移动通信系统以几项突破性技术为基础，如：OFDM多址接入方式、智能天线和空时编码技术、无线链路增强技术、软件无线电技术、高效的调制解调技术、高性能的收发信机和多用户检测技术等。

　　(8)高度自组织、自适应的网络。4G移动通信系统是一个完全自治、自适应的网络，拥有对结构的自我管理能力，以满足用户在业务和容量方面不断变化的需求

为了适应移动通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，具体实现4G系统较3G的优越之处，4G移动通信系统将主要采用以下关键技术：

　　(1)接入方式和多址方案

　　OFDM(正交频分复用)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。OFDM的主要缺点是功率效率不高。

　　(2)调制与编码技术

　　4G移动通信系统采用新的调制技术，如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式，以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。4G移动通信系统采用更高级的信道编码方案(如Turbo码、级连码和LDPC等)、自动重发请求(ARQ)技术和分集接收技术等，从而在低Eb/N0条件下保证系统足够的性能。

　　(3)高性能的接收机

　　4G移动通信系统对接收机提出了很高的要求。Shannon定理给出了在带宽为BW的信道中实现容量为C的可靠传输所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以计算出，对于3G系统如果信道带宽为5MHz，数据速率为2Mb/s，所需的SNR为l.2dB；而对于4G系统，要在5MHz的带宽上传输20Mb/s的数据，则所需要的SNR为12dB。可见对于4G系统，由于速率很高，对接收机的性能要求也要高得多。

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(4)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，被认为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。

　　(5)MIMO技术

　　MIMO(多输入多输出)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，能够有效的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。例如：当接收天线和发送天线数目都为8根，且平均信噪比为20dB时，链路容量可以高达42bps/Hz，这是单天线系统所能达到容量的40多倍。因此，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。在无线频谱资源相对匮乏的今天，　MIMO系统已经体现出其优越性，也会在4G移动通信系统中继续应用。

　　(6)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。软件无线电的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。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS

(7)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，同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：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。

　　(8)多用户检测技术

　　多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。