1.2.4 第四代移动通信

为了克服3G技术存在的不足，第三代合作伙伴计划（3GPP）于2004 年年底启动了下一代移动通信系统的标准化工作，并命名为长期演进（Long Term Evolution, LTE）。而ITU于2008 年完成了IMT-2000（即3G）系统的演进——IMT-Advanced （即俗称的“4G”）系统的最小性能需求和评估方法等的制定。为了保持3GPP 标准的技术优势和市场竞争优势，3GPP 于2008年4月正式开始了LTE 演进标准——LTE-Advanced（简称LTE-A）的研究和制定工作，并于2010年6月通过ITU的评估，LTE-Advanced于2010年10月正式成为4G的主要技术之一。

IMT-Advanced（即4G）定义的蜂窝网络系统必须满足以下要求。

1）基于全IP（All IP）分组交换网络。

2）在高速移动性的环境下达到约100 Mbit/s的数据速率；在低速移动性的环境下达到约1 Gbit/s的数据速率，即移动/固定无线网络接入的峰值数据速率。

3）能够动态地共享和利用网络资源来支持每单元多用户同时使用。

4）使用5～20 MHz可扩展的信道带宽，带宽高达40 MHz。

5）链路频谱效率的峰值为15 bit/(s·Hz)（下行）和6.75 bit/(s·Hz)（上行）。

6）系统频谱效率为下行3 bit/(s·Hz·cell)，室内2.25 bit/(s·Hz·cell)。

7）支持跨不同系统网络的平滑切换。

8）提供高服务质量（Quality of Service,QoS），具备支持新一代多媒体的传输能力。

4G以正交频分复用多收发（OFDM-MIMO）天线技术和空分多址（SDMA）技术为基础，采用Turbo码编码技术，支持FDD和TDD两种模式，其网络结构如图1-4所示。

图1-4 4G网络结构

4G网络分为演进的通用移动通信系统陆地无线接入网（E-UTRAN）和演进分组核心网（Evolved Packet Core,EPC）两部分。首先，接入网的结构更为扁平化，整个网络只有一种基站——eNodeB。eNodeB的功能由3G阶段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN的部分功能演化而来，新增加了系统接入控制、承载控制、移动性管理、无线资源管理、路由选择等功能，并可以通过X2接口互联。其次，EPC能够前向兼容已有的系统架构，并将之前的相关实体取代成移动性管理实体（Mobility Management Entity,MME）与服务网关（Serving Gateway,SGW），将电路域和分组域的业务统一承载在分组域上，实现了核心网的全IP化，并将控制面和用户面相分离。

整体而言，4G网络为全IP化网络，可有效满足移动通信业务的高带宽发展需求。与3G通信系统相比，4G通信系统数据传输速率更快，且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应，系统容量和频谱效率得到大幅提升。然而，随着经济社会及物联网技术的迅速发展，云计算、智慧城市、车联网等新型网络和业务形态不断产生，对通信技术提出了更高层次的需求。移动通信网络应面向工业制造、智慧交通、智能电网等领域提供个性化的服务，而以高带宽为特性的4G网络难以满足超低时延、大规模接入和超高带宽等业务需求。面对这些存在的问题，5G技术被提上了日程。