3G的概念剛剛進入廣大消費者的頭腦中,如今,第四代蜂窩網絡技術(4G)正向人們走來,它提供的移動數據通信速率可達100Mbps甚至更高。
業界人士預計,4G最早有望在2010出現,一些蜂窩電話生產商甚至將時間鎖定在2006年。據第四代移動通信論壇(FGMF)估計,到年底,全球在4G領域的投資將達300億美元。
3G不成熟導致4G出臺
3G技術發展至今仍不是很成熟。目前,3G還缺乏全球統一標準,即使是在美國,也存在三種互不兼容的規范;3G所運用的語音交換架構仍承襲了第二代(2G)的電路交換,而不是純ip方式;被人們炒得沸沸揚揚的流媒體(視頻)應用也不盡如人意——如同放幻燈片;更為重要的一點是,它的數據傳輸率只接近于普通撥號接入的水平,更趕不上DSL。
3G開發之初,人們對其數據通信功能寄予厚望,但事實上開發3G主要受經濟因素的驅動,即為了盡早推向市場,容納更多的窄帶語音應用。迄今為止,人們仍視推出的3G系統為測試版本,很多功能沒能真正實現,3G也無法做到當初開發人員對它的功能性要求。如今3G的數據傳輸率已有所提高,但要快速傳輸較大的電子郵件附件,仍然不具備足夠的帶寬,更不可能實現蜂窩電話開發商早期所宣揚的,以廣播電視的質量提供流式音/視頻服務。 有別于以往的無線通信系統,4G將能夠提供全息錄音、遠程控制卡以及移動虛擬現實等功能。4G將不僅僅應用于蜂窩電話通信領域,日本及歐洲一些移動運營商正在開發相關增值服務,而美國的固定無線通信服務商則試圖通過改變網絡靈活性向4G過渡。另外,4G將融合新型無線LAN技術,因為無線LAN技術提供的速率已接近4G的水平。
4G可以是移動寬帶系統(MBS)
雖然人們現在才談論4G,但對其醞釀開發卻是十多前年的事。歐洲早在上世紀90年代就在進行相關研究,現在的核心問題是如何開發更高數據傳輸率的技術,以適應未來移動通信的需求。
目前,最先進的4G方案是在歐盟領導下由眾多公司和大學協作開發的移動寬帶系統(MBS)。MBS的目標是使蜂窩系統具備低時延、高QoS保證,數據傳輸率達到OC-3(155M)的水平,比現行速率要快數千倍。
MBS創建于1995年,原型的數據傳輸率為E3(34M)的水平,但通過并行運用多路鏈接可提高數據傳輸率。MBS經過很多室內和室外環境的測試,包括在比較擁塞的城區以每小時30英里的速度行進。MBS的物理層采用獨特的時分多路接入(TDMA)技術,這也是大多數2G蜂窩電話所采納的標準;更高層則采用ATM方式。
不過開發人員認為,MBS原型的功能仍不是很強,估計要經過15年左右時間才能進行商品化生產:成熟的產品將在2010年出現,廣泛配置要到2020年。這期間規范肯定要作相應變更,物理層將會采用OFDM(正交頻分多路復用)技術,因為它的抗干擾能力強;由于將來采用IPv6協議,ATM方式將被舍棄。
系統到底采用哪類無線頻譜目前仍在討論中。MBS原型運用60GHz頻段,這有大量可利用帶寬,但傳輸距離限制在約100米范圍內。因此,構建這樣一個全國性網絡需要數百萬個基站,而且每個基站規模不能太大。歐洲無線戰略動議(EWSI)小組認為,應將頻譜定在40 GHz,以容納更多蜂窩電話接入,而且能夠節省網絡構造成本。
以前的無線通信系統主要關注語音應用,其中也融合有短消息服務(SMS)等其它類型的通信。MBS將朝著“與服務無關性”方向發展:隨著數據傳輸率的提高,無線通信設備將能實現任何應用。
迄今為止,日本是廣泛運用移動數據通信并獲利的唯一國家,這使得日本運營商最有可能成為引導4G發展的先鋒。NTT DoCoMo提供的i-mode服務模式已在日本贏得了廣泛的市場,它能通過蜂窩電話提供有限的Web接入服務。DoCoMo借助i-mode而一舉成為全球最大的ISP(接入用戶數最多)。DoCoMo認為,真正的移動寬帶網將完全取代固定接入模式,它計劃在2006年前開發出可投入實際運用的4G系統。DoCoMo甚至預計,將來的移動數據通信將不僅僅是Web沖浪和接入公司服務器這類簡單應用,將會出現“機對機”通信的巨大市場應用。例如,汽車從交通中心的計算機中獲取方位信息,家電能夠自動訂購物品。
實現4G接入
大多數服務提供商希望通過提高現有移動通信系統的速率來達到4G標準;有的則建議在現行寬帶無線系統基礎上增加更多的靈活性,實現4G接入,因為如今的固定無線網已能提供數十兆的通信速率,可與DSL、Cable Modem甚至是光纖相媲美。
高容量固定無線網采用點對點連接,難以進行靈活性改造:ISP用于上行傳輸的固定天線需要實時跟蹤每個用戶,也就是說發射信號需要針對每個目標用戶自動定向。
4G的接入解決方案之一是MMDS(多點多信道分布式系統),它運用類似于蜂窩網絡的“一點對多點”體系結構,采用的頻譜也跟3G差不多,傳輸距離大致為35英里,最大數據傳輸率略低于10M——最終數據傳輸率依靠于特定的服務提供商。
不過由于固定無線網不夠靈活(兩通信終端之間不能有障礙物,相關設備體積龐大,且需要專業人安裝),其應用受到很大限制。用戶能對終端設備進行一些改進,但大多受開發商專有技術的限制,且不支持與基于其它技術的蜂窩網間的漫游。
IEEE正在完善MMDS標準——802.16a,使這些問題最終可能得以解決。802.16a能大大提升網絡的互操作性。IEEE 802.16a基于OFDM技術,它能降低設備間可視要求,但用戶仍需將設備調整至大致準確的方位,只是不需要精確地排成一行。
但是,頻譜的嚴重不足可能最終導致MMDS淡出市場。而另一實現途徑是無線LAN。固定無線網和移動通信系統都可使用未經授權頻譜,如今的無線LAN速率已達數十兆,這項標準本身受行政干預少,也不會面臨其它大型通信服務商的競爭。
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