3G的概念刚刚进入广大消费者的头脑中,如今,第四代蜂窝网络技术(4G)正向人们走来,它提供的移动数据通信速率可达100Mbps甚至更高。
业界人士预计,4G最早有望在2010出现,一些蜂窝电话生产商甚至将时间锁定在2006年。据第四代移动通信论坛(FGMF)估计,到年底,全球在4G领域的投资将达300亿美元。
3G不成熟导致4G出台
3G技术发展至今仍不是很成熟。目前,3G还缺乏全球统一标准,即使是在美国,也存在三种互不兼容的规范;3G所运用的语音交换架构仍承袭了第二代(2G)的电路交换,而不是纯IP方式;被人们炒得沸沸扬扬的流媒体(视频)应用也不尽如人意——如同放幻灯片;更为重要的一点是,它的数据传输率只接近于普通拨号接入的水平,更赶不上DSL。
3G开发之初,人们对其数据通信功能寄予厚望,但事实上开发3G主要受经济因素的驱动,即为了尽早推向市场,容纳更多的窄带语音应用。迄今为止,人们仍视推出的3G系统为测试版本,很多功能没能真正实现,3G也无法做到当初开发人员对它的功能性要求。如今3G的数据传输率已有所提高,但要快速传输较大的电子邮件附件,仍然不具备足够的带宽,更不可能实现蜂窝电话开发商早期所宣扬的,以广播电视的质量提供流式音/视频服务。 有别于以往的无线通信系统,4G将能够提供全息录音、远程控制卡以及移动虚拟现实等功能。4G将不仅仅应用于蜂窝电话通信领域,日本及欧洲一些移动运营商正在开发相关增值服务,而美国的固定无线通信服务商则试图通过改变网络灵活性向4G过渡。另外,4G将融合新型无线LAN技术,因为无线LAN技术提供的速率已接近4G的水平。
4G可以是移动宽带系统(MBS)
虽然人们现在才谈论4G,但对其酝酿开发却是十多前年的事。欧洲早在上世纪90年代就在进行相关研究,现在的核心问题是如何开发更高数据传输率的技术,以适应未来移动通信的需求。
目前,最先进的4G方案是在欧盟领导下由众多公司和大学协作开发的移动宽带系统(MBS)。MBS的目标是使蜂窝系统具备低时延、高QoS保证,数据传输率达到OC-3(155M)的水平,比现行速率要快数千倍。
MBS创建于1995年,原型的数据传输率为E3(34M)的水平,但通过并行运用多路链接可提高数据传输率。MBS经过很多室内和室外环境的测试,包括在比较拥塞的城区以每小时30英里的速度行进。MBS的物理层采用独特的时分多路接入(TDMA)技术,这也是大多数2G蜂窝电话所采纳的标准;更高层则采用ATM方式。
不过开发人员认为,MBS原型的功能仍不是很强,估计要经过15年左右时间才能进行商品化生产:成熟的产品将在2010年出现,广泛配置要到2020年。这期间规范肯定要作相应变更,物理层将会采用OFDM(正交频分多路复用)技术,因为它的抗干扰能力强;由于将来采用IPv6协议,ATM方式将被舍弃。
系统到底采用哪类无线频谱目前仍在讨论中。MBS原型运用60GHz频段,这有大量可利用带宽,但传输距离限制在约100米范围内。因此,构建这样一个全国性网络需要数百万个基站,而且每个基站规模不能太大。欧洲无线战略动议(EWSI)小组认为,应将频谱定在40 GHz,以容纳更多蜂窝电话接入,而且能够节省网络构造成本。
以前的无线通信系统主要关注语音应用,其中也融合有短消息服务(SMS)等其它类型的通信。MBS将朝着“与服务无关性”方向发展:随着数据传输率的提高,无线通信设备将能实现任何应用。
迄今为止,日本是广泛运用移动数据通信并获利的唯一国家,这使得日本运营商最有可能成为引导4G发展的先锋。NTT DoCoMo提供的i-mode服务模式已在日本赢得了广泛的市场,它能通过蜂窝电话提供有限的Web接入服务。DoCoMo借助i-mode而一举成为全球最大的ISP(接入用户数最多)。DoCoMo认为,真正的移动宽带网将完全取代固定接入模式,它计划在2006年前开发出可投入实际运用的4G系统。DoCoMo甚至预计,将来的移动数据通信将不仅仅是Web冲浪和接入公司服务器这类简单应用,将会出现“机对机”通信的巨大市场应用。例如,汽车从交通中心的计算机中获取方位信息,家电能够自动订购物品。
实现4G接入
大多数服务提供商希望通过提高现有移动通信系统的速率来达到4G标准;有的则建议在现行宽带无线系统基础上增加更多的灵活性,实现4G接入,因为如今的固定无线网已能提供数十兆的通信速率,可与DSL、Cable Modem甚至是光纤相媲美。
高容量固定无线网采用点对点连接,难以进行灵活性改造:ISP用于上行传输的固定天线需要实时跟踪每个用户,也就是说发射信号需要针对每个目标用户自动定向。
4G的接入解决方案之一是MMDS(多点多信道分布式系统),它运用类似于蜂窝网络的“一点对多点”体系结构,采用的频谱也跟3G差不多,传输距离大致为35英里,最大数据传输率略低于10M——最终数据传输率依靠于特定的服务提供商。
不过由于固定无线网不够灵活(两通信终端之间不能有障碍物,相关设备体积庞大,且需要专业人安装),其应用受到很大限制。用户能对终端设备进行一些改进,但大多受开发商专有技术的限制,且不支持与基于其它技术的蜂窝网间的漫游。
IEEE正在完善MMDS标准——802.16a,使这些问题最终可能得以解决。802.16a能大大提升网络的互操作性。IEEE 802.16a基于OFDM技术,它能降低设备间可视要求,但用户仍需将设备调整至大致准确的方位,只是不需要精确地排成一行。
但是,频谱的严重不足可能最终导致MMDS淡出市场。而另一实现途径是无线LAN。固定无线网和移动通信系统都可使用未经授权频谱,如今的无线LAN速率已达数十兆,这项标准本身受行政干预少,也不会面临其它大型通信服务商的竞争。