4G概念移動(dòng)通信

　　1、引言

　　隨著對(duì)帶寬的需求的增加，通信技術(shù)的發(fā)展一度出現(xiàn)2.5G和2.75G的中間過渡代。當(dāng)3G移動(dòng)業(yè)務(wù)剛剛邁出腳步，就出現(xiàn)了支持語音、數(shù)據(jù)和視頻三種格式的傳輸技術(shù)高速下行鏈路分組接入技術(shù)。與此同時(shí)，真正意義上的寬帶數(shù)據(jù)速率標(biāo)準(zhǔn)4G概念也開始出現(xiàn)，它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)、互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星系統(tǒng)等，將是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100 Mbit/s甚至更高，也是寬帶接入IP系統(tǒng)。

　　從通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程來看，可分成四大主線和兩大派別。其中四大主線指：3GPP、3GPP2，WiMAX和區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)；兩大派別指：北美的IEEE 802.xx標(biāo)準(zhǔn)和歐洲的3G的UMTS標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的分化加大了低成本建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。定義可用的頻譜資源是另一種分化標(biāo)準(zhǔn)，而且這種分化標(biāo)準(zhǔn)便于引入新的技術(shù)。最佳的分配方案就是在全球范圍下進(jìn)行資源的統(tǒng)一分配，但是由于無線規(guī)劃需要與異構(gòu)頻譜資源的部署相適應(yīng)，隨著頻譜需求區(qū)域規(guī)模的擴(kuò)大，很難達(dá)成統(tǒng)一的無線規(guī)劃方案。但是我們可以在相同頻帶內(nèi)使用不同的標(biāo)準(zhǔn)，前提是終端用戶能自由選擇無線接入方式。

　　2、4G的概念和要求

　　簡單而言，4G是一種超高速無線網(wǎng)絡(luò)，一種不需要電纜的信息超級(jí)高速公路。這種新網(wǎng)絡(luò)可使電話用戶以無線形式實(shí)現(xiàn)全方位虛擬連接。4G最突出的特點(diǎn)之一，就是網(wǎng)路傳輸速率達(dá)到了前所未有的100Mbit/s，完全能夠滿足用戶的上網(wǎng)需求。4G系統(tǒng)總的技術(shù)目標(biāo)和特點(diǎn)可以概括為：系統(tǒng)應(yīng)具有更高的數(shù)據(jù)率、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、更高的頻譜利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的傳輸質(zhì)量、更高的靈活性；4G系統(tǒng)應(yīng)能支持非對(duì)稱性業(yè)務(wù)，并能支持多種業(yè)務(wù)；4G系統(tǒng)應(yīng)體現(xiàn)移動(dòng)與無線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢。以下從不同的角度討論4G系統(tǒng)的要求。

　　2.1　從網(wǎng)絡(luò)角度

　　統(tǒng)一的移動(dòng)性和安全性管理，要求考慮不同網(wǎng)絡(luò)對(duì)等實(shí)體的交互。主要解決的問題是漫游時(shí)會(huì)話的不間斷性和服務(wù)的流動(dòng)性，目前已經(jīng)出現(xiàn)一些解決方案來完成此項(xiàng)功能，如移動(dòng)IP技術(shù)和會(huì)話初始協(xié)議（SIP）。

　　端到端的QoS協(xié)商支持，涉及到網(wǎng)絡(luò)層及以上的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體系。3GPP起草了UMTS網(wǎng)絡(luò)的綜合QoS架構(gòu)，現(xiàn)在正致力于通用的QoS架構(gòu)的研究。

　　采用中介服務(wù)器進(jìn)行用戶認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)。隨著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，運(yùn)營商需要必需為上千并發(fā)用戶經(jīng)由不同技術(shù)同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)提供AAA服務(wù)，還必須能安全地支持跨網(wǎng)AAA服務(wù)，且應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性，這就要求擴(kuò)展現(xiàn)有AAA協(xié)議的功能。鑒此，IETF正著手開發(fā)下一代AAA協(xié)議，即Diameter 協(xié)議。Diameter是一個(gè)輕型的對(duì)等式的AAA協(xié)議，采用了改進(jìn)的重發(fā)機(jī)制，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，同時(shí)還提供一種新的端到端的安全機(jī)制。圖1所示為 Diameter新引入的中介服務(wù)器向漫游用戶提供AAA服務(wù)。采用中介服務(wù)器可以減少訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器的配置工作量，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)只需要更新中介服務(wù)器的配置，有利于提高協(xié)議的可擴(kuò)展性。

圖1　Diameter中介服務(wù)器

　　2.2　從終端角度

　　支持多種通信模式，具有適應(yīng)能力和重配置能力。終端可以通過自身的重配置來改變接入方式，開放式的軟件無線電架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境為此提供可能。軟件無線電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和空中接口。軟件無線電技術(shù)能支持采用不同空中接口的多模式手機(jī)和基站，能實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的可變 QoS。軟件無線電技術(shù)有助于不同標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)的融合。采用軟件無線電實(shí)現(xiàn)的基站可同時(shí)為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；當(dāng)終端移動(dòng)時(shí)，可重新配置，如當(dāng)移動(dòng)終端移動(dòng)到一個(gè)采用不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)系統(tǒng)中時(shí)，終端可按照該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)重新自動(dòng)配置該終端。

　　ABC連接。ABC（Always Best Connected）使終端在不同無線接入網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)無縫切換，通過給每個(gè)用戶提供最合適的服務(wù)來達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)性能和資源利用率。實(shí)現(xiàn)ABC業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)在于接入網(wǎng)絡(luò)的選擇，影響接入網(wǎng)選擇的QoS因子有：可達(dá)性、吞吐量、時(shí)間集、可靠性、安全性和成本。我們用X代表越小越好的因子集，如功率，誤碼率等，用Y代表越大越好的因子集，如安全性，可靠性，吞吐量等。Sb代表大于門限值Ts才符合要求的元素集合，如帶寬、覆蓋面積，Ss代表小于門限值Tb才符合要求的元素集合，如抖動(dòng)、時(shí)延。這樣網(wǎng)絡(luò)選擇就可歸結(jié)為基于約束的優(yōu)化問題：

　　W1，W2是權(quán)重，用戶可以通過改變形W1，W2和Ts，Tb的值來選擇滿足自己要求的接入網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)。

　　接入網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)和選擇。在GSM網(wǎng)中，基站通過周期性地廣播信號(hào)到終端進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，但在4G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，如圖2所示，由于不同的接入?yún)f(xié)議和無線技術(shù)，需要用到比較復(fù)雜的技術(shù)，這里提供兩種參考方案：一種是使用軟件無 線電技術(shù)掃描可用網(wǎng)絡(luò)；另一種是使用無線廣播信道廣播終端用戶所能到達(dá)的接入網(wǎng)。