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2014/06/26
作者：邹凤生
一、引言
在移动通信领域，每20年就发生一次革命性的变化。移动通信技术从第一代演进到现今的第四代。移动通信毅然成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。2009年10月底，ITU全球4G提案工作计划结束，我国的TD-LTE-Advanced技术被定为候选技术之一；2010年，4G标准之争达到白热化阶段，全球共6项4G候选技术提案都力争在今后的标准确定中成为4G唯一标准；2011年，国际电信联盟确定国际通用的4G标准。当下，国内3G网络建设完成，4G网络建设也正加紧实施中，商用经营如火如荼，如何建设和发展我国的4G技术，成为广大通信工作者急需思考和解决的问题。中国通信发展是不是可从2.5G迈过3G？而直接上4G？或者利用3G作为跳板，直接升级到4G的研发和商用中去呢？对此，笔者认为，虽然移动通信技术发展迅猛，但实际商用发展却受制于国情、民情，从3G到4G的稳定过渡发展是一个不可跨越的阶段。下面从四个方面对其进行阐述。
二、3G通信发展现状
CDMA技术是3G的主流技术
自2001年日本开始商用第三代移动通信（简称3G）的标准WCDMA，近十多年来，全球众多通信运营商组建3G实验网并进行相关测试，更多的3G双模终端逐步进入市场，3G网络技术日趋成熟，通信网络上的大部分问题都得到了解决。2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3G牌照，我国进入了3G时代，在各大运营商引导下，3G各种技术飞速演进，给消费者提供了更快捷、丰富的信息冲浪。相比2G，3G取得了可喜的进步，具有更宽的带宽支持、更高的数据下载能力、更淋漓尽致的流媒体功能等优点。但3G仍存在一些不尽人意的地方，比如传输高速数据技术不够成熟，业务管理不够灵活，IMT-2000在无线传输技术和核心网还没有统一制式，其主流技术还不能适应因特网的发展要求，还不能满足挑剔的QoS要求等。于是工信部在2013年12月4日又正式向三大运营商发布4G牌照，中国移动、中国电信和中国联通均获得LTE牌照，拿到了启动4G商用的资格，从此可以名正言顺地实现4G业务的正式商用，运营商部署4G相关工作的脚步也将因此而加快。
三、4G通信的关键技术简介
为了适应移动通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，4G系统较3G的有其不可比拟的技术优势，下面就将4G移动通信系统的关键技术进行探讨与交流。
1、接入技术
正交频分复用技术（OFDM），是一种有效抵制多径干扰引起码间干扰的高速串行数据传输技术，它是 4G网络中的核心技术。其主要原理是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号分解成若干并行的低速子数据流，调制到在每个子载频上进行传输。在重叠的频谱上，相互正交的子载频之间没有保护间隔，OFDM可以大量节省宝贵的频谱资源，频谱利用率高；每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰；而且，由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
2、智能天线技术
智能天线技术，即为多输入多输出（MIMO）技术，其主要原理是：采用分立式多个天线进行空间分集，实现信号的多发射与多接收，充分开发空间资源。
在不需要增加频谱资源和提高天线发送功率的情况下，信道容量随着天线数量的增大而线性增大。这样，一方面，利用MIMO信道提供的空间复用增益，成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高；另一方面，利用MIMO信道提供的空间分集增益，抑制信道衰落的同时，提高信道的可靠性，降低误码率。
3、软件无线电技术
软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。
4、WinMax技术
WinMax技术从2006年开始就成为备受关注的热点技术，尤其是移动WinMax技术。作为移动通信的接入技术。WinMax技术有着无线局域网所不能比拟的最大传输半径50公里，传输距离远，也有长距离下的高容量，即WiMAX基站可以提供最高每扇区75Mbps的吞吐量。更多的专家、运营商在3G商用前就青睐着WinMax技术的引入，并提出建立一个3G/WiFi/WiMAX/有线宽带接入等多种技术融合、业务层次多、全方位无缝覆盖、相互协同工作的网络，最大程度的满足客户需要，保障信息产业的高速发展。
5、多用户检测技术
多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。由个别用户产生的多址干扰固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。随着多用户检测技术的不断发展，各种高性能又不是特别复杂的多用户检测器算法不断提出，在4G实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
四、3G向4G的技术过渡
根据思科最新的网络流量研究，2013年64%的移动数据流量将是视频内容，而数据服务仅为19%，视频流量从现在到2015年将增加八倍。思科全球服务市场副总裁SurajShetty说：“当前你可以通过光纤或DSL链接来上传高清视频，但是却无法通过无线网络来实现，不过当4G来临，这一切将成真。” 每当通信系统技术升级换代时，大家最关心的、最迫切需要攻克的难点就是如何保护已有投资、更好地利用原有的系统与设备，在优化原有网络的基础上更合理地进行新网络的规划，从而达到技术、系统新旧平滑过渡的目的。这样，既保证网络系统运行的一致性与连续性，提高网络通信质量，又可以大量节约网络建设、维护成本，实现社会效益与经济效益增值。很多人在关心、考虑着未来的3G如何更好地向4G过渡与转换。
1、核心技术的过渡
成熟的2G以数字语音传输技术为核心，全球移动通信系统（GSM）作为其代表，为3G网络的建设铺就了一个稳定、坚固的平台；基于2G与3G之间的过渡类型2.5G以通用分组无线业务（GPRS）技术为核心，比2G在速度、带宽上有所提高，可使现有GSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入，为3G的顺利升级提供强力保障；而现有的3G以CDMA技术为主流，面向高速、宽带数据传输。OFDM技术作为能在无线环境下进行高速传输的调制接入技术，已经成功应用于3G的各种有线、无线系统中，尤其是在无线局域网方面，能有效抗多径衰落，提高频谱利用率。对于4G移动通信系统，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。正是因为3G的过渡，未来的4G不会只采用OFDM一种技术作为核心，更多的是将OFDM技术与多种多址技术的结合，特别是与CDMA技术的结合，相互补充，扬长避短，避免窄带衰落，提高频谱利用率和抗多径衰落的能力。尤其是在高码率的情况下，OFDM-CDMA系统比单纯的OFDM系统性能要好很多。鉴于此，4G将以OFDM为核心技术，并以多载波 CDMA系统的多用户检测技术和多载波CDMA系统的信道估计和均衡技术作为CDMA技术的延伸，为通信系统提供更多种类的增值业务。
2、抗干扰技术的过渡
MIMO技术早在1908年科学家马可尼就提出用它来抗衰落，上世纪70年代有人提出能否将MIMO技术应用于通信系统，直到90年代，AT&T Bell实验室学者才将 MIMO技术实际应用到无线移动通信系统中。尽管如此，在以智能天线、RAKE以及联合检测技术为抗干扰关键技术的3G，仍然会采用MIMO技术提供空间分集效应，克服电波衰落的不良影响。4G移动通信网络对于通信质量的要求远远高于成熟的2G和现商用的3G，即对抗干扰的要求更高。无线移动通信MIMO信道作为一个时变、非平稳多入多出系统，在未来的4G移动通信中，信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说不仅可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，而且在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率也可以成倍地提高，对于提高4G系统的抗干扰能力，MIMO技术将起到非常关键的作用，继而成为4G抗干扰技术的核心。
3、切换技术的过渡
2G网络中，大部分都是采用硬件技术进行信号切换，掉话率高一直是2G网络乃至2.5G网络的网优问题；3G商用中已经发现，要减少对其他小区的干扰，提高话音质量，普遍采用的最有效的技术即为软切换技术，但现阶段，各运营商都采用硬件切换和软件切换相结合的方式来实现着较优的质量保障。在4G移动通信网络中，切换技术将应用得更加广泛，更多由硬件来实现的功能将会由更多的软件来进行实现，软件无线电技术的发展为其提供了支撑和保障。
4、接入技术的过渡
关于近五年来一直惹人争议的WinMax接入技术，虽然没有成功地成为3G标准之一，但是3G中WinMax技术仍然在集团客户接入、家庭宽带接入、话吧、网吧、村通工程等各大应用场景中发挥着关键的"最后一公里"宽带接入作用。WinMax技术具有组网灵活、传输速度快、传输距离远、成本更便宜等特点，若在3G商用中解决好WinMax自身最瓶颈的“非视距传输”问题——高频信号绕过障碍的能力十分有限、受天气影响大，WinMax技术便可在4G中获得大力推广。总而言之，移动通信技术发展，由3G向4G的过渡，既是必然，也是大势所趋。3G技术可以大大推动电信运营商开展新兴业务，获得新的盈利增长点，同时通信技术的不断进步，进一步推动了电信产业的发展，推动整个通信行业持续强势地迈进4G。
五、3G向4G的市场过渡
1、通信运营商
早在2008年，国内电信重组尘埃落定，采取了“五合三”方案：铁通并入移动；联通把C网卖给电信，同时兼并网通组成新联通。这是所有方案中最符合实际的方案，让中国通信竞争格局失衡的局面有了很大程度上的改变。在现有的网络建设基础上，可以节约大量网络工程建设成本。
2009年，中国移动拿到TD-SCDMA，创其品牌“G3”；中国电信拿到CDMA2000，打造“天翼”；新联通拿到WCDMA，苦营“沃WO”。其后，在3G领域中，运营商们展开了用户市场的竞争。而今中国移动、中国电信和中国联通又再次均获得LTE牌照。根据这样的方案实施及现在运营的情况看，国内电信业的分分合合终于有了一个规范、良性地转变。紧跟国际标准，将纯国产的通信运营模式推向世界，国际主流产品均有涉及，既利于“国产”的推广，又利于国际间的运营合作，可以将3G的运营优点发挥到极致，也为后期更好地运营4G的国际主流标准做好准备。
2、设备制造商与终端制造商
对于设备制造商，投入力量把三家的标准都吃透，才能更好地掌握市场。曾经看起来有点费事费力，但是此举乃是“磨刀不误砍柴工”。4G技术的演进，是按照2.5G到3G，再到4G的这样一个循序渐进的过程，4G标准的确定也是这样一个发展进程。经历3G，中国市场至少可以减少一些“山寨”对“国标”的侵蚀，更好地规范终端市场的运营，国外令人羡慕的高素养通信模式在中国的实现指日可待。
3、通信消费者这个群体，应该是3G向4G过渡中最重要的部分，他们的需求是高新技术应用于实际并创造出实体价值的根本。4G的到来，让很多消费者感受到了通信运营商和广电运营商的网络由各自的专业网络向综合性网络转变，统筹兼顾网络投资、建设、维护、演进以及业务运营的要求，科学规划、分步实施，有力提升资源使用的效率，实现可持续发展。
六、 结束语
在分析3G发展现状的基础上，探讨了4G的关键技术，并从技术和市场两个方面深入分析了从3G向4G过渡的必然性，从而得出了无论是技术研究，还是网络的建设与运营，都不可能抛开3G直接上4G，而是要在3G的稳定发展和成熟商用后，才能顺利跨接到4G。纵观移动通信发展规律和技术革新进程，我们要为客户满意、产业发展、构建和谐社会去作为。我们坚信，中国通信产业的明天会更加美好！
在移动通信领域，每20年就发生一次革命性的变化。移动通信技术从第一代演进到现今的第四代。移动通信毅然成为当代通信领域发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。2009年10月底，ITU全球4G提案工作计划结束，我国的TD-LTE-Advanced技术被定为候选技术之一；2010年，4G标准之争达到白热化阶段，全球共6项4G候选技术提案都力争在今后的标准确定中成为4G唯一标准；2011年，国际电信联盟确定国际通用的4G标准。当下，国内3G网络建设完成，4G网络建设也正加紧实施中，商用经营如火如荼，如何建设和发展我国的4G技术，成为广大通信工作者急需思考和解决的问题。中国通信发展是不是可从2.5G迈过3G？而直接上4G？或者利用3G作为跳板，直接升级到4G的研发和商用中去呢？对此，笔者认为，虽然移动通信技术发展迅猛，但实际商用发展却受制于国情、民情，从3G到4G的稳定过渡发展是一个不可跨越的阶段。下面从四个方面对其进行阐述。
二、3G通信发展现状
CDMA技术是3G的主流技术
三、4G通信的关键技术简介
为了适应移动通信用户日益增长的高速多媒体数据业务需求，4G系统较3G的有其不可比拟的技术优势，下面就将4G移动通信系统的关键技术进行探讨与交流。
1、接入技术
正交频分复用技术（OFDM），是一种有效抵制多径干扰引起码间干扰的高速串行数据传输技术，它是 4G网络中的核心技术。其主要原理是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号分解成若干并行的低速子数据流，调制到在每个子载频上进行传输。在重叠的频谱上，相互正交的子载频之间没有保护间隔，OFDM可以大量节省宝贵的频谱资源，频谱利用率高；每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰；而且，由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
智能天线技术，即为多输入多输出（MIMO）技术，其主要原理是：采用分立式多个天线进行空间分集，实现信号的多发射与多接收，充分开发空间资源。
在不需要增加频谱资源和提高天线发送功率的情况下，信道容量随着天线数量的增大而线性增大。这样，一方面，利用MIMO信道提供的空间复用增益，成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高；另一方面，利用MIMO信道提供的空间分集增益，抑制信道衰落的同时，提高信道的可靠性，降低误码率。
软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、信源编码软件、信道纠错编码软件、调制解调算法软件等。软件无线电使得系统具有灵活性和适应性，能够适应不同的网络和空中接口。软件无线电技术能支持采用不同空中接口的多模式手机和基站，能实现各种应用的可变QoS。
WinMax技术从2006年开始就成为备受关注的热点技术，尤其是移动WinMax技术。作为移动通信的接入技术。WinMax技术有着无线局域网所不能比拟的最大传输半径50公里，传输距离远，也有长距离下的高容量，即WiMAX基站可以提供最高每扇区75Mbps的吞吐量。更多的专家、运营商在3G商用前就青睐着WinMax技术的引入，并提出建立一个3G/WiFi/WiMAX/有线宽带接入等多种技术融合、业务层次多、全方位无缝覆盖、相互协同工作的网络，最大程度的满足客户需要，保障信息产业的高速发展。
5、多用户检测技术四、3G向4G的技术过渡
根据思科最新的网络流量研究，2013年64%的移动数据流量将是视频内容，而数据服务仅为19%，视频流量从现在到2015年将增加八倍。思科全球服务市场副总裁SurajShetty说：“当前你可以通过光纤或DSL链接来上传高清视频，但是却无法通过无线网络来实现，不过当4G来临，这一切将成真。” 每当通信系统技术升级换代时，大家最关心的、最迫切需要攻克的难点就是如何保护已有投资、更好地利用原有的系统与设备，在优化原有网络的基础上更合理地进行新网络的规划，从而达到技术、系统新旧平滑过渡的目的。这样，既保证网络系统运行的一致性与连续性，提高网络通信质量，又可以大量节约网络建设、维护成本，实现社会效益与经济效益增值。很多人在关心、考虑着未来的3G如何更好地向4G过渡与转换。
1、核心技术的过渡
成熟的2G以数字语音传输技术为核心，全球移动通信系统（GSM）作为其代表，为3G网络的建设铺就了一个稳定、坚固的平台；基于2G与3G之间的过渡类型2.5G以通用分组无线业务（GPRS）技术为核心，比2G在速度、带宽上有所提高，可使现有GSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入，为3G的顺利升级提供强力保障；而现有的3G以CDMA技术为主流，面向高速、宽带数据传输。OFDM技术作为能在无线环境下进行高速传输的调制接入技术，已经成功应用于3G的各种有线、无线系统中，尤其是在无线局域网方面，能有效抗多径衰落，提高频谱利用率。对于4G移动通信系统，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。正是因为3G的过渡，未来的4G不会只采用OFDM一种技术作为核心，更多的是将OFDM技术与多种多址技术的结合，特别是与CDMA技术的结合，相互补充，扬长避短，避免窄带衰落，提高频谱利用率和抗多径衰落的能力。尤其是在高码率的情况下，OFDM-CDMA系统比单纯的OFDM系统性能要好很多。鉴于此，4G将以OFDM为核心技术，并以多载波 CDMA系统的多用户检测技术和多载波CDMA系统的信道估计和均衡技术作为CDMA技术的延伸，为通信系统提供更多种类的增值业务。
2、抗干扰技术的过渡
MIMO技术早在1908年科学家马可尼就提出用它来抗衰落，上世纪70年代有人提出能否将MIMO技术应用于通信系统，直到90年代，AT&T Bell实验室学者才将 MIMO技术实际应用到无线移动通信系统中。尽管如此，在以智能天线、RAKE以及联合检测技术为抗干扰关键技术的3G，仍然会采用MIMO技术提供空间分集效应，克服电波衰落的不良影响。4G移动通信网络对于通信质量的要求远远高于成熟的2G和现商用的3G，即对抗干扰的要求更高。无线移动通信MIMO信道作为一个时变、非平稳多入多出系统，在未来的4G移动通信中，信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说不仅可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，而且在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率也可以成倍地提高，对于提高4G系统的抗干扰能力，MIMO技术将起到非常关键的作用，继而成为4G抗干扰技术的核心。
3、切换技术的过渡
2G网络中，大部分都是采用硬件技术进行信号切换，掉话率高一直是2G网络乃至2.5G网络的网优问题；3G商用中已经发现，要减少对其他小区的干扰，提高话音质量，普遍采用的最有效的技术即为软切换技术，但现阶段，各运营商都采用硬件切换和软件切换相结合的方式来实现着较优的质量保障。在4G移动通信网络中，切换技术将应用得更加广泛，更多由硬件来实现的功能将会由更多的软件来进行实现，软件无线电技术的发展为其提供了支撑和保障。
4、接入技术的过渡
关于近五年来一直惹人争议的WinMax接入技术，虽然没有成功地成为3G标准之一，但是3G中WinMax技术仍然在集团客户接入、家庭宽带接入、话吧、网吧、村通工程等各大应用场景中发挥着关键的"最后一公里"宽带接入作用。WinMax技术具有组网灵活、传输速度快、传输距离远、成本更便宜等特点，若在3G商用中解决好WinMax自身最瓶颈的“非视距传输”问题——高频信号绕过障碍的能力十分有限、受天气影响大，WinMax技术便可在4G中获得大力推广。总而言之，移动通信技术发展，由3G向4G的过渡，既是必然，也是大势所趋。3G技术可以大大推动电信运营商开展新兴业务，获得新的盈利增长点，同时通信技术的不断进步，进一步推动了电信产业的发展，推动整个通信行业持续强势地迈进4G。
五、3G向4G的市场过渡
1、通信运营商
早在2008年，国内电信重组尘埃落定，采取了“五合三”方案：铁通并入移动；联通把C网卖给电信，同时兼并网通组成新联通。这是所有方案中最符合实际的方案，让中国通信竞争格局失衡的局面有了很大程度上的改变。在现有的网络建设基础上，可以节约大量网络工程建设成本。
2009年，中国移动拿到TD-SCDMA，创其品牌“G3”；中国电信拿到CDMA2000，打造“天翼”；新联通拿到WCDMA，苦营“沃WO”。其后，在3G领域中，运营商们展开了用户市场的竞争。而今中国移动、中国电信和中国联通又再次均获得LTE牌照。根据这样的方案实施及现在运营的情况看，国内电信业的分分合合终于有了一个规范、良性地转变。紧跟国际标准，将纯国产的通信运营模式推向世界，国际主流产品均有涉及，既利于“国产”的推广，又利于国际间的运营合作，可以将3G的运营优点发挥到极致，也为后期更好地运营4G的国际主流标准做好准备。
2、设备制造商与终端制造商
对于设备制造商，投入力量把三家的标准都吃透，才能更好地掌握市场。曾经看起来有点费事费力，但是此举乃是“磨刀不误砍柴工”。4G技术的演进，是按照2.5G到3G，再到4G的这样一个循序渐进的过程，4G标准的确定也是这样一个发展进程。经历3G，中国市场至少可以减少一些“山寨”对“国标”的侵蚀，更好地规范终端市场的运营，国外令人羡慕的高素养通信模式在中国的实现指日可待。
3、通信消费者这个群体，应该是3G向4G过渡中最重要的部分，他们的需求是高新技术应用于实际并创造出实体价值的根本。4G的到来，让很多消费者感受到了通信运营商和广电运营商的网络由各自的专业网络向综合性网络转变，统筹兼顾网络投资、建设、维护、演进以及业务运营的要求，科学规划、分步实施，有力提升资源使用的效率，实现可持续发展。
六、 结束语
在分析3G发展现状的基础上，探讨了4G的关键技术，并从技术和市场两个方面深入分析了从3G向4G过渡的必然性，从而得出了无论是技术研究，还是网络的建设与运营，都不可能抛开3G直接上4G，而是要在3G的稳定发展和成熟商用后，才能顺利跨接到4G。纵观移动通信发展规律和技术革新进程，我们要为客户满意、产业发展、构建和谐社会去作为。我们坚信，中国通信产业的明天会更加美好！
