1.4 下一代移動通信的概念

1.4.1 下一代移動通信網絡的定義和特征

迄今為止，下一代移動通信網絡還沒有一個準確定義。1999年9月，國際電信聯盟ITU把第三代之后的移動通信系統標準化問題提上日程。在ITU-R工作計劃中列入IMT-2000及其以后系統（IMT-Advanced），提議各成員國在2010年實現商用。在2003年國際無線電大會中，通過一項關于4G的頻譜議程，主要完成4G的頻譜計算方法、業務分析、頻譜需求量分析和頻譜規劃等。針對下一代移動通信網絡的發展，目前國際上提出了三大主流意見：

● 超3G（Beyond 3G）是基于IP協議，從現有3G系統演進而來的高速蜂窩移動網，傳輸速度大幅度提高，發射功率降低，支持手機互動功能；

● 4G從WiMAX演進而來，基于IP的核心網，覆蓋廣大區域的移動無線城域網，主要應用于傳送高速數據而不是語音；

● 4G有望集成不同制式的無線通信，即從無線局域網、藍牙等室內網絡、蜂窩系統和廣播電視到衛星通信，移動用戶可以在不同的無線接入網絡之間無縫漫游。

綜合分析上述意見，4G將沿著兩個方向發展：無線寬帶化；寬帶無線化。隨著移動通信技術向B3G演進，不同無線技術在NGN架構下共存、融合，形成多層次的無線網絡環境。B3G技術發展不僅包括移動通信領域的技術，還包括寬帶無線接入領域的新技術。關于4G移動通信的概念，業內研究人員已經普遍認可的觀點如下：

下一代移動通信網絡定義為寬帶接入和分布式網絡，具有非對稱的超過2 Mbps的數據傳輸能力，包括寬帶無線固定接入、移動寬帶系統和交互式廣播網絡，具有比第三代移動通信標準更多的功能。

下一代移動通信系統的應用包括各種移動環境，如典型的車載、高速車載、航空和衛星等，多媒體業務下載速率可達到2 Mbps，下載速率達到20 Mbps的高密度盤的無線電廣播、全動態視頻和家庭娛樂的室內應用和高精度定位等，真正實現了在任何時間為任何地點的任何人提供多媒體業務的目標。與現在的移動通信業務相比，4G移動通信系統的設計基準在于為用戶提供完全不對稱、高速率的多媒體業務。下一代移動通信技術呈現如下特征：

● 網絡業務數據化、分組化，移動Internet逐步形成；

● 網絡技術數字化、寬帶化、IP化；

● 網絡設備智能化、小型化；

● 應用于更高的頻段，有效利用頻率；

● 移動網絡的綜合化、全球化、個人化；

● 不同接入網絡的融合；

● 高速率、高質量、低費用的業務。

1.4.2 下一代移動通信的網絡結構

從技術的視角展望，4G系統中各種提供不同業務的接入網絡連接到基于IP的核心網中，形成一個公共的、靈活的、多種接入方式并存的、可擴展的網絡平臺，移動用戶可以在2G，3G，WLAN，DAB和WiMAX之間實現無縫漫游。第四代移動通信系統的架構如圖1.4所示。

1.4.3 下一代移動通信系統的標準化研究

在移動通信產業界，針對不同的技術路線和任務劃分，以產業聯盟的形式存在著眾多國際標準化組織，這些組織對技術的發展以及技術標準的制訂、維護與升級發揮著重要的作用，是推動移動通信產業發展的主要力量。歐洲3GPP和北美IEEE是其中兩個較為活躍的組織。其中3GPP代表了傳統的蜂窩移動通信產業，作為3G時期中兩大標準的WCDMA和TD-SCDMA主要國際標準化組織，在第三代移動通信的發展中發揮著十分重要的作用。而IEEE則代表了新興的力量，IEEE 802系列的Wi-Fi和WiMAX等技術受到了業界的廣泛關注，尤其是Wi-Fi，其應用程度之廣，儼然已經成為世界上最通用的通信標準之一。而WiMAX則定位于更復雜的寬帶接入網絡網絡，使得IEEE作為國際標準化組織逐漸進入了傳統的移動通信領域，并以其技術的先進性受到了人們的青睞。

關于B3G/4G的發展和標準化問題，3GPP和IEEE兩大組織的相關工作也被普遍看好，被認為是最有希望提交候選技術的組織。因為目前這兩個組織中都擁有較好的4G發展工作基礎，即IEEE中的WiMAX技術和3GPP中的LTE技術，兩種技術都采用了OFDM-MIMO等被廣泛認為是下一代移動通信系統的特征技術。另外，在設計理念上，WiMAX和LTE也都符合目前4G的整體發展方向。

IEEE最早開始了相關的工作。2006年12月IEEE啟動了稱為IEEE 802.16m的工作，根據它的系統需求文件，IEEE 802.16m將是基于WiMAX（IEEE 802.16e）進行的增強，以適應下一代移動通信網絡的需求，明確提出系統將以滿足ITU對于4G的需求為目標，相關成果將根據ITU的工作流程，作為4G的候選技術向ITU進行提交。目前，IEEE中對于IEEE 802.16m已經制定了整體的工作計劃，近期將完成系統需求的描述文件，然后啟動具體系統設計的技術討論工作，最后在2009年完成IEEE 802.16m技術標準的制訂工作。在整體的工作計劃中，IEEE 802.16m還根據ITU的工作計劃，確定了各個階段向ITU 4G的相關輸出，以確保IEEE 802.16m的工作能夠與ITU的工作同步，并且最終成為ITU 4G的成員之一。

在3GPP最近的高層會議上，各個標準化組織成員對將3GPP的工作范圍由目前的3G擴展到包含4G進行了討論。由于3GPP在3G發展中的突出作用，人們普遍認為，在4G階段仍然可以發揮重要的作用。為了保持組織和產業的延續性，成員們普遍對將工作范圍擴展到包含4G，表現出積極支持的態度。可以預計，3GPP將很快就范圍擴展的具體事項達成一致，正式加入準備ITU 4G候選技術提案的行列中。值得一提的是，雖然其工作范圍還未正式擴展，但這并沒有影響到3GPP對于4G的技術準備工作。從2004年年底至今，3GPP一直在進行稱為3G系統長期演進（ELong Term Evolution，LTE）的研究項目。與原來3G系統的技術更新不同，在LTE中引入了“革命性”的技術，標志性地改變了3G時期基于CDMA的空中接口技術，采用了基于OFDMA的多址方式，同時在包括網絡架構和交換模式等系統設計的各個方面都進行了大幅度的優化。3GPP LTE采用全新的無線接口和網絡架構，主要系統目標包括：

● 更高的頻譜效率和頻譜利用效率，在20 MHz系統帶寬情況下，下行數據速率可達100 Mbps上行數據速率可達50 Mbps，頻譜效率達到下行3～4倍于HSDPA，上行2～3倍于HSUPA；

● 改善的覆蓋性能，改善小區邊界用戶的吞吐量，在5 km半徑達到最優；

● 服務質量優化，網絡延時在用戶面小于10 ms，在控制面小于100 ms；

● 業務多樣性，支持MBMS業務，支持實時性業務，VoIP業務的QoS能夠達到電路域的水平；

● 低運營成本。

因此，類似于IEEE中通過對IEEE 802.16e（WiMAX）增強為IEEE 802.16m作為4G的候選提案，一種普遍的觀點就是認為3GPP的長期演進系統（LTE）也將作為其向4G發展的工作基礎，通過技術增強來滿足ITU對于4G的要求，并最終作為3GPP向ITU提交的4G候選提案。

3GPP2在UMB方面的工作，第一階段為Rev.B，完成時間為2006年2月；第二階段為UMB，完成時間為2007年4月，進行UMBv2.0技術更新，制訂IOS接口和RAN演進架構等配套標準，在2007年年底完成。

隨著移動通信市場需求和技術的發展，將B3G由研究領域推向產業化的工作即將開始，ITU正在進行“IMT-Advanced”的整體工作計劃，在IMT-2000之后將最先進的技術和系統性創新向全球移動通信產業推進，目標是成為全世界認可和采用的國際標準。IEEE和3GPP等在目前移動通信產業中發揮著重要作用的國際標準化組織都已經開始了相關的準備工作，著手準備IMT-Advanced的候選提案。同時，可以預計，其他國際/地區性組織，甚至各個國家作為ITU的成員也將抓住機遇向ITU展示各自的工作成果。隨著B3G/4G工作的逐漸深入，在今后的幾年內，4G系統必定成為移動通信領域研究的熱點。

1.4.4 下一代移動通信技術演進

即將問世的IMT-Advanced系統必然面對一個異構的無線網絡環境，不同的無線技術和接入網絡將以互補的方式共存。不論是為了在異構環境下保持個性化業務提供的一致性，還是為了高效利用異構網絡資源進行業務開放的部署，IMT-Advanced系統不僅在網絡層面上要實現互連互通，而且在業務和應用層面上要實現用戶體驗的無縫融合。

在產業層面，信息產業融合日益明顯，電信（通信和IT業）與廣播電視、Internet服務、傳統信息服務和信息技術服務等形成信息服務大行業；價值鏈和業務模式正在發生變化，產業價值鏈由封閉走向開放，并不斷擴展和細分，電信業的商業模式發生顯著變化。在業務層面，移動化、寬帶化、IP化、扁平化成為主要的增長引擎，提供的業務將從以傳統的語音業務為主向提供綜合信息服務的方向發展，IP多媒體通信成為發展方向，通信的主體將從人與人之間的通信，擴展到人與物、物與物之間的通信，滲透到人們日常生活的方方面面。

當前的網絡技術發展趨勢：在無線寬帶廣域，IP多媒體為主導業務，呈現寬帶移動化、移動寬帶化。承載的無線技術提供高頻譜效率、高速率、低時延和優化分組業務支持能力；網絡整體設計基于全IP業務提供能力，簡化網絡架構，優化分組業務性能，優化業務提供和交互，開放業務接口。在實現無縫移動架構下，空中接口的關鍵技術主要包括新的無線接口，基于OFDM、帶寬可擴展、智能天線/MIMO/天線陣、FDD/TDD融合、干擾協調和多跳接力；在業務層面，廣播/多播業務成為關注熱點。另一個趨勢是接入多元化、網絡一體化、應用綜合化。蜂窩移動（廣域網）、寬帶無線接入（城域網）和各種短距離無線技術，與各種固定接入共同接入基于IP的同一個核心網絡，通過網絡的無縫切換，實現無處不在的最佳服務。