4G概念移動通信

　　1、引言

　　隨著對帶寬的需求的增加，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3G移動業(yè)務剛剛邁出腳步，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，真正意義上的寬帶數(shù)據(jù)速率標準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)、移動寬帶系統(tǒng)、互操作的廣播網(wǎng)絡和衛(wèi)星系統(tǒng)等，將是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，可以提供的數(shù)據(jù)傳輸速率高達100 Mbit/s甚至更高，也是寬帶接入IP系統(tǒng)。

　　從通信技術(shù)標準的發(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)域性標準；兩大派別指：北美的IEEE 802.xx標準和歐洲的3G的UMTS標準。標準的分化加大了低成本建設網(wǎng)絡的復雜度。定義可用的頻譜資源是另一種分化標準，而且這種分化標準便于引入新的技術(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，隨著頻譜需求區(qū)域規(guī)模的擴大，很難達成統(tǒng)一的無線規(guī)劃方案。但是我們可以在相同頻帶內(nèi)使用不同的標準，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，一種不需要電纜的信息超級高速公路。這種新網(wǎng)絡可使電話用戶以無線形式實現(xiàn)全方位虛擬連接。4G最突出的特點之一，就是網(wǎng)路傳輸速率達到了前所未有的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)目標和特點可以概括為：系統(tǒng)應具有更高的數(shù)據(jù)率、更好的業(yè)務質(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)應能支持非對稱性業(yè)務，并能支持多種業(yè)務；4G系統(tǒng)應體現(xiàn)移動與無線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡不斷融合的發(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)絡角度

　　統(tǒng)一的移動性和安全性管理，要求考慮不同網(wǎng)絡對等實體的交互。主要解決的問題是漫游時會話的不間斷性和服務的流動性，目前已經(jīng)出現(xiàn)一些解決方案來完成此項功能，如移動IP技術(shù)和會話初始協(xié)議（SIP）。

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

　　采用中介服務器進行用戶認證、授權(quán)和計費。隨著IP網(wǎng)絡的發(fā)展，運營商需要必需為上千并發(fā)用戶經(jīng)由不同技術(shù)同時接入網(wǎng)絡提供AAA服務，還必須能安全地支持跨網(wǎng)AAA服務，且應具有良好的擴展性，這就要求擴展現(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是一個輕型的對等式的AAA協(xié)議，采用了改進的重發(fā)機制，提高網(wǎng)絡可靠性，同時還提供一種新的端到端的安全機制。圖1所示為 Diameter新引入的中介服務器向漫游用戶提供AAA服務。采用中介服務器可以減少訪問網(wǎng)絡代理服務器的配置工作量，網(wǎng)絡擴展時只需要更新中介服務器的配置，有利于提高協(xié)議的可擴展性。

圖1　Diameter中介服務器

　　2.2　從終端角度

　　支持多種通信模式，具有適應能力和重配置能力。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)和標準化環(huán)境為此提供可能。軟件無線電使得系統(tǒng)具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網(wǎng)絡和空中接口。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和基站，能實現(xiàn)各種應用的可變 QoS。軟件無線電技術(shù)有助于不同標準和系統(tǒng)的融合。采用軟件無線電實現(xiàn)的基站可同時為多個網(wǎng)絡服務；當終端移動時，可重新配置，如當移動終端移動到一個采用不同標準的移動系統(tǒng)中時，終端可按照該系統(tǒng)的標準重新自動配置該終端。

　　ABC連接。ABC（Always Best Connected）使終端在不同無線接入網(wǎng)中實現(xiàn)無縫切換，通過給每個用戶提供最合適的服務來達到整個網(wǎng)絡的最優(yōu)性能和資源利用率。實現(xiàn)ABC業(yè)務的關鍵技術(shù)在于接入網(wǎng)絡的選擇，影響接入網(wǎng)選擇的QoS因子有：可達性、吞吐量、時間集、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、時延。這樣網(wǎng)絡選擇就可歸結(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)，從而實現(xiàn)個性化服務。

　　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到終端進行業(yè)務處理，但在4G異構(gòu)網(wǎng)絡中，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；另一種是使用無線廣播信道廣播終端用戶所能到達的接入網(wǎng)。