4G概念移動通信

　　1、引言

　　隨著對帶寬的需求的增加，通信技術的發展一度出現2.5G和2.75G的中間過渡代。當3G移動業務剛剛邁出腳步，就出現了支持語音、數據和視頻三種格式的傳輸技術高速下行鏈路分組接入技術。與此同時，真正意義上的寬帶數據速率標準4G概念也開始出現，它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網、移動寬帶系統、互操作的廣播網絡和衛星系統等，將是多功能集成的寬帶移動通信系統，可以提供的數據傳輸速率高達100 Mbit/s甚至更高，也是寬帶接入IP系統。

　　從通信技術標準的發展歷程來看，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。最佳的分配方案就是在全球范圍下進行資源的統一分配，但是由于無線規劃需要與異構頻譜資源的部署相適應，隨著頻譜需求區域規模的擴大，很難達成統一的無線規劃方案。但是我們可以在相同頻帶內使用不同的標準，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絡，一種不需要電纜的信息超級高速公路。這種新網絡可使電話用戶以無線形式實現全方位虛擬連接。4G最突出的特點之一，就是網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需求。4G系統總的技術目標和特點可以概括為：系統應具有更高的數據率、更好的業務質量（QoS）、更高的頻譜利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的傳輸質量、更高的靈活性；4G系統應能支持非對稱性業務，并能支持多種業務；4G系統應體現移動與無線接入網和IP網絡不斷融合的發展趨勢。以下從不同的角度討論4G系統的要求。

　　2.1　從網絡角度

　　統一的移動性和安全性管理，要求考慮不同網絡對等實體的交互。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，目前已經出現一些解決方案來完成此項功能，如移動IP技術和會話初始協議（SIP）。

　　端到端的QoS協商支持，涉及到網絡層及以上的互聯網協議體系。3GPP起草了UMTS網絡的綜合QoS架構，現在正致力于通用的QoS架構的研究。

　　采用中介服務器進行用戶認證、授權和計費。隨著IP網絡的發展，運營商需要必需為上千并發用戶經由不同技術同時接入網絡提供AAA服務，還必須能安全地支持跨網AAA服務，且應具有良好的擴展性，這就要求擴展現有AAA協議的功能。鑒此，IETF正著手開發下一代AAA協議，即Diameter 協議。Diameter是一個輕型的對等式的AAA協議，采用了改進的重發機制，提高網絡可靠性，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絡代理服務器的配置工作量，網絡擴展時只需要更新中介服務器的配置，有利于提高協議的可擴展性。

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和標準化環境為此提供可能。軟件無線電使得系統具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網絡和空中接口。軟件無線電技術能支持采用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現各種應用的可變 QoS。軟件無線電技術有助于不同標準和系統的融合。采用軟件無線電實現的基站可同時為多個網絡服務；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中時，終端可按照該系統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中實現無縫切換，通過給每個用戶提供最合適的服務來達到整個網絡的最優性能和資源利用率。實現ABC業務的關鍵技術在于接入網絡的選擇，影響接入網選擇的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。這樣網絡選擇就可歸結為基于約束的優化問題：

　　W1，W2是權重，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，從而實現個性化服務。

　　接入網的發現和選擇。在GSM網中，基站通過周期性地廣播信號到終端進行業務處理，但在4G異構網絡中，如圖2所示，由于不同的接入協議和無線技術，需要用到比較復雜的技術，這里提供兩種參考方案：一種是使用軟件無 線電技術掃描可用網絡；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。