4G概念移動(dòng)通信

　　1、引言

　　隨著(zhù)對帶寬的需求的增加，通信技術(shù)的發(fā)展一度出現2.5G和2.75G的中間過(guò)渡代。當3G移動(dòng)業(yè)務(wù)剛剛邁出腳步，就出現了支持語(yǔ)音、數據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據速率標準4G概念也開(kāi)始出現，它包括寬帶無(wú)線(xiàn)固定接入、寬帶無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統、互操作的廣播網(wǎng)絡(luò )和衛星系統等，將是多功能集成的寬帶移動(dòng)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(shù)標準的發(fā)展歷程來(lái)看，可分成四大主線(xiàn)和兩大派別。其中四大主線(xiàn)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(wǎng)絡(luò )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(jìn)行資源的統一分配，但是由于無(wú)線(xiàn)規劃需要與異構頻譜資源的部署相適應，隨著(zhù)頻譜需求區域規模的擴大，很難達成統一的無(wú)線(xiàn)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(hù)能自由選擇無(wú)線(xiàn)接入方式。

　　2、4G的概念和要求

　　簡(jiǎn)單而言，4G是一種超高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，一種不需要電纜的信息超級高速公路。這種新網(wǎng)絡(luò )可使電話(huà)用戶(hù)以無(wú)線(xiàn)形式實(shí)現全方位虛擬連接。4G最突出的特點(diǎn)之一，就是網(wǎng)路傳輸速率達到了前所未有的100Mbit/s，完全能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的上網(wǎng)需求。4G系統總的技術(shù)目標和特點(diǎn)可以概括為：系統應具有更高的數據率、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系統應能支持非對稱(chēng)性業(yè)務(wù)，并能支持多種業(yè)務(wù)；4G系統應體現移動(dòng)與無(wú)線(xiàn)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系統的要求。

　　2.1　從網(wǎng)絡(luò )角度

　　統一的移動(dòng)性和安全性管理，要求考慮不同網(wǎng)絡(luò )對等實(shí)體的交互。主要解決的問(wèn)題是漫游時(shí)會(huì )話(huà)的不間斷性和服務(wù)的流動(dòng)性，目前已經(jīng)出現一些解決方案來(lái)完成此項功能，如移動(dòng)IP技術(shù)和會(huì )話(huà)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，現在正致力于通用的QoS架構的研究。

　　采用中介服務(wù)器進(jìn)行用戶(hù)認證、授權和計費。隨著(zhù)IP網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，運營(yíng)商需要必需為上千并發(fā)用戶(hù)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)，且應具有良好的擴展性，這就要求擴展現有AAA協(xié)議的功能。鑒此，IETF正著(zhù)手開(kāi)發(fā)下一代AAA協(xié)議，即Diameter 協(xié)議。Diameter是一個(gè)輕型的對等式的AAA協(xié)議，采用了改進(jìn)的重發(fā)機制，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制。圖1所示為 Diameter新引入的中介服務(wù)器向漫游用戶(hù)提供AAA服務(wù)。采用中介服務(wù)器可以減少訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )代理服務(wù)器的配置工作量，網(wǎng)絡(luò )擴展時(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，具有適應能力和重配置能力。終端可以通過(guò)自身的重配置來(lái)改變接入方式，開(kāi)放式的軟件無(wú)線(xiàn)電架構和標準化環(huán)境為此提供可能。軟件無(wú)線(xiàn)電使得系統具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網(wǎng)絡(luò )和空中接口。軟件無(wú)線(xiàn)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(shí)現各種應用的可變 QoS。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)有助于不同標準和系統的融合。采用軟件無(wú)線(xiàn)電實(shí)現的基站可同時(shí)為多個(gè)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)；當終端移動(dòng)時(shí)，可重新配置，如當移動(dòng)終端移動(dòng)到一個(gè)采用不同標準的移動(dòng)系統中時(shí)，終端可按照該系統的標準重新自動(dòng)配置該終端。

　　ABC連接。ABC（Always Best Connected）使終端在不同無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)中實(shí)現無(wú)縫切換，通過(guò)給每個(gè)用戶(hù)提供最合適的服務(wù)來(lái)達到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的最優(yōu)性能和資源利用率。實(shí)現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(mén)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(mén)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 )選擇就可歸結為基于約束的優(yōu)化問(wèn)題：

　　W1，W2是權重，用戶(hù)可以通過(guò)改變形W1，W2和Ts，Tb的值來(lái)選擇滿(mǎn)足自己要求的接入網(wǎng)，從而實(shí)現個(gè)性化服務(wù)。

　　接入網(wǎng)的發(fā)現和選擇。在GSM網(wǎng)中，基站通過(guò)周期性地廣播信號到終端進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，但在4G異構網(wǎng)絡(luò )中，如圖2所示，由于不同的接入協(xié)議和無(wú)線(xiàn)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(wú) 線(xiàn)電技術(shù)掃描可用網(wǎng)絡(luò )；另一種是使用無(wú)線(xiàn)廣播信道廣播終端用戶(hù)所能到達的接入網(wǎng)。