1.4 下一代移动通信的概念

1.4.1 下一代移动通信网络的定义和特征

迄今为止，下一代移动通信网络还没有一个准确定义。1999年9月，国际电信联盟ITU把第三代之后的移动通信系统标准化问题提上日程。在ITU-R工作计划中列入IMT-2000及其以后系统（IMT-Advanced），提议各成员国在2010年实现商用。在2003年国际无线电大会中，通过一项关于4G的频谱议程，主要完成4G的频谱计算方法、业务分析、频谱需求量分析和频谱规划等。针对下一代移动通信网络的发展，目前国际上提出了三大主流意见：

● 超3G（Beyond 3G）是基于IP协议，从现有3G系统演进而来的高速蜂窝移动网，传输速度大幅度提高，发射功率降低，支持手机互动功能；

● 4G从WiMAX演进而来，基于IP的核心网，覆盖广大区域的移动无线城域网，主要应用于传送高速数据而不是语音；

● 4G有望集成不同制式的无线通信，即从无线局域网、蓝牙等室内网络、蜂窝系统和广播电视到卫星通信，移动用户可以在不同的无线接入网络之间无缝漫游。

综合分析上述意见，4G将沿着两个方向发展：无线宽带化；宽带无线化。随着移动通信技术向B3G演进，不同无线技术在NGN架构下共存、融合，形成多层次的无线网络环境。B3G技术发展不仅包括移动通信领域的技术，还包括宽带无线接入领域的新技术。关于4G移动通信的概念，业内研究人员已经普遍认可的观点如下：

下一代移动通信网络定义为宽带接入和分布式网络，具有非对称的超过2 Mbps的数据传输能力，包括宽带无线固定接入、移动宽带系统和交互式广播网络，具有比第三代移动通信标准更多的功能。

下一代移动通信系统的应用包括各种移动环境，如典型的车载、高速车载、航空和卫星等，多媒体业务下载速率可达到2 Mbps，下载速率达到20 Mbps的高密度盘的无线电广播、全动态视频和家庭娱乐的室内应用和高精度定位等，真正实现了在任何时间为任何地点的任何人提供多媒体业务的目标。与现在的移动通信业务相比，4G移动通信系统的设计基准在于为用户提供完全不对称、高速率的多媒体业务。下一代移动通信技术呈现如下特征：

● 网络业务数据化、分组化，移动Internet逐步形成；

● 网络技术数字化、宽带化、IP化；

● 网络设备智能化、小型化；

● 应用于更高的频段，有效利用频率；

● 移动网络的综合化、全球化、个人化；

● 不同接入网络的融合；

● 高速率、高质量、低费用的业务。

1.4.2 下一代移动通信的网络结构

从技术的视角展望，4G系统中各种提供不同业务的接入网络连接到基于IP的核心网中，形成一个公共的、灵活的、多种接入方式并存的、可扩展的网络平台，移动用户可以在2G，3G，WLAN，DAB和WiMAX之间实现无缝漫游。第四代移动通信系统的架构如图1.4所示。

1.4.3 下一代移动通信系统的标准化研究

在移动通信产业界，针对不同的技术路线和任务划分，以产业联盟的形式存在着众多国际标准化组织，这些组织对技术的发展以及技术标准的制订、维护与升级发挥着重要的作用，是推动移动通信产业发展的主要力量。欧洲3GPP和北美IEEE是其中两个较为活跃的组织。其中3GPP代表了传统的蜂窝移动通信产业，作为3G时期中两大标准的WCDMA和TD-SCDMA主要国际标准化组织，在第三代移动通信的发展中发挥着十分重要的作用。而IEEE则代表了新兴的力量，IEEE 802系列的Wi-Fi和WiMAX等技术受到了业界的广泛关注，尤其是Wi-Fi，其应用程度之广，俨然已经成为世界上最通用的通信标准之一。而WiMAX则定位于更复杂的宽带接入网络网络，使得IEEE作为国际标准化组织逐渐进入了传统的移动通信领域，并以其技术的先进性受到了人们的青睐。

关于B3G/4G的发展和标准化问题，3GPP和IEEE两大组织的相关工作也被普遍看好，被认为是最有希望提交候选技术的组织。因为目前这两个组织中都拥有较好的4G发展工作基础，即IEEE中的WiMAX技术和3GPP中的LTE技术，两种技术都采用了OFDM-MIMO等被广泛认为是下一代移动通信系统的特征技术。另外，在设计理念上，WiMAX和LTE也都符合目前4G的整体发展方向。

IEEE最早开始了相关的工作。2006年12月IEEE启动了称为IEEE 802.16m的工作，根据它的系统需求文件，IEEE 802.16m将是基于WiMAX（IEEE 802.16e）进行的增强，以适应下一代移动通信网络的需求，明确提出系统将以满足ITU对于4G的需求为目标，相关成果将根据ITU的工作流程，作为4G的候选技术向ITU进行提交。目前，IEEE中对于IEEE 802.16m已经制定了整体的工作计划，近期将完成系统需求的描述文件，然后启动具体系统设计的技术讨论工作，最后在2009年完成IEEE 802.16m技术标准的制订工作。在整体的工作计划中，IEEE 802.16m还根据ITU的工作计划，确定了各个阶段向ITU 4G的相关输出，以确保IEEE 802.16m的工作能够与ITU的工作同步，并且最终成为ITU 4G的成员之一。

在3GPP最近的高层会议上，各个标准化组织成员对将3GPP的工作范围由目前的3G扩展到包含4G进行了讨论。由于3GPP在3G发展中的突出作用，人们普遍认为，在4G阶段仍然可以发挥重要的作用。为了保持组织和产业的延续性，成员们普遍对将工作范围扩展到包含4G，表现出积极支持的态度。可以预计，3GPP将很快就范围扩展的具体事项达成一致，正式加入准备ITU 4G候选技术提案的行列中。值得一提的是，虽然其工作范围还未正式扩展，但这并没有影响到3GPP对于4G的技术准备工作。从2004年年底至今，3GPP一直在进行称为3G系统长期演进（ELong Term Evolution，LTE）的研究项目。与原来3G系统的技术更新不同，在LTE中引入了“革命性”的技术，标志性地改变了3G时期基于CDMA的空中接口技术，采用了基于OFDMA的多址方式，同时在包括网络架构和交换模式等系统设计的各个方面都进行了大幅度的优化。3GPP LTE采用全新的无线接口和网络架构，主要系统目标包括：

● 更高的频谱效率和频谱利用效率，在20 MHz系统带宽情况下，下行数据速率可达100 Mbps上行数据速率可达50 Mbps，频谱效率达到下行3～4倍于HSDPA，上行2～3倍于HSUPA；

● 改善的覆盖性能，改善小区边界用户的吞吐量，在5 km半径达到最优；

● 服务质量优化，网络延时在用户面小于10 ms，在控制面小于100 ms；

● 业务多样性，支持MBMS业务，支持实时性业务，VoIP业务的QoS能够达到电路域的水平；

● 低运营成本。

因此，类似于IEEE中通过对IEEE 802.16e（WiMAX）增强为IEEE 802.16m作为4G的候选提案，一种普遍的观点就是认为3GPP的长期演进系统（LTE）也将作为其向4G发展的工作基础，通过技术增强来满足ITU对于4G的要求，并最终作为3GPP向ITU提交的4G候选提案。

3GPP2在UMB方面的工作，第一阶段为Rev.B，完成时间为2006年2月；第二阶段为UMB，完成时间为2007年4月，进行UMBv2.0技术更新，制订IOS接口和RAN演进架构等配套标准，在2007年年底完成。

随着移动通信市场需求和技术的发展，将B3G由研究领域推向产业化的工作即将开始，ITU正在进行“IMT-Advanced”的整体工作计划，在IMT-2000之后将最先进的技术和系统性创新向全球移动通信产业推进，目标是成为全世界认可和采用的国际标准。IEEE和3GPP等在目前移动通信产业中发挥着重要作用的国际标准化组织都已经开始了相关的准备工作，着手准备IMT-Advanced的候选提案。同时，可以预计，其他国际/地区性组织，甚至各个国家作为ITU的成员也将抓住机遇向ITU展示各自的工作成果。随着B3G/4G工作的逐渐深入，在今后的几年内，4G系统必定成为移动通信领域研究的热点。

1.4.4 下一代移动通信技术演进

即将问世的IMT-Advanced系统必然面对一个异构的无线网络环境，不同的无线技术和接入网络将以互补的方式共存。不论是为了在异构环境下保持个性化业务提供的一致性，还是为了高效利用异构网络资源进行业务开放的部署，IMT-Advanced系统不仅在网络层面上要实现互连互通，而且在业务和应用层面上要实现用户体验的无缝融合。

在产业层面，信息产业融合日益明显，电信（通信和IT业）与广播电视、Internet服务、传统信息服务和信息技术服务等形成信息服务大行业；价值链和业务模式正在发生变化，产业价值链由封闭走向开放，并不断扩展和细分，电信业的商业模式发生显著变化。在业务层面，移动化、宽带化、IP化、扁平化成为主要的增长引擎，提供的业务将从以传统的语音业务为主向提供综合信息服务的方向发展，IP多媒体通信成为发展方向，通信的主体将从人与人之间的通信，扩展到人与物、物与物之间的通信，渗透到人们日常生活的方方面面。

当前的网络技术发展趋势：在无线宽带广域，IP多媒体为主导业务，呈现宽带移动化、移动宽带化。承载的无线技术提供高频谱效率、高速率、低时延和优化分组业务支持能力；网络整体设计基于全IP业务提供能力，简化网络架构，优化分组业务性能，优化业务提供和交互，开放业务接口。在实现无缝移动架构下，空中接口的关键技术主要包括新的无线接口，基于OFDM、带宽可扩展、智能天线/MIMO/天线阵、FDD/TDD融合、干扰协调和多跳接力；在业务层面，广播/多播业务成为关注热点。另一个趋势是接入多元化、网络一体化、应用综合化。蜂窝移动（广域网）、宽带无线接入（城域网）和各种短距离无线技术，与各种固定接入共同接入基于IP的同一个核心网络，通过网络的无缝切换，实现无处不在的最佳服务。