2G(第二代移动通信技术,The Second Generation)标准的制定到确定经历了1987到1995左右近10年的时间 [1]。2G系统让大哥大发短信成为了可能,尽管只能进行低速数据传输,但将移动业务的范围扩大到了数据服务。第二代移动通信技术通常分为两种:一种是基于TDMA,以GSM为代表,在全世界使用人数上占据优势;另一种由美国高通公司提出的CDMA规格,使用范围较TDMA较窄,目前实际由韩国主导。在我国,China Unicom、China Mobile选择的是GSM系统,China Telecom选择了CDMA系统。与1G相比,2G具有更强的通信保密性,但其密钥非常容易被破解。除此之外,由于鉴权的单向性,系统仅能防止非法客户入侵,但用户却不能对网络进行鉴权,成为很大的安全性漏洞。
第三代移动通信技术(3G,The Third Generation)是基于第二代移动通信技术,进一步演进的具有高速下载数据能力的通信技术,能够同时提供语音数据综合服务与移动多媒体服务 [2],传输速率通常在几百kbps以上。 国际电信联盟(ITU)将第三代移动通信标准规定为“IMT-2000”标准。 国际电信联盟(ITU)域2000年五月确定了全球四大主流无线接口标准,它们分别是由欧洲和日本主导的 WCDMA 标准、由美国的高通公司研发的 CDMA2000 标准、由中国自主研发的TD-SCDMA 标准以及WiMAX(World Wide Interoperability for Microwave Access,WiMax)标准。与2G系统相比,3G移动通信系统传输速率较高,可实现全球漫游[3],但3G技术的传输速率已到瓶颈期而难以再有大幅提高,故必须找到更好的通信技术来满足日益增长的通信需求。
2000年,国际电信联盟(ITU)开始了4G的相关工作,2003年前后,对4G的频带、业务和功能以及一系列关键指标做出了定义。二零零五年底,ITU将B3G技术重新命名为IMT-Advanced,将未来的空中接口技术命名为IMT-Advanced技术。IMT-Advanced国际标准有LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced。LTE-Advanced是LTE的升级,向后兼容LTE,峰值速率为上行500Mbps,下行1Gbps,有两个分支LTE FDD和LTE TDD。WirelessMan-Advanced又称WiMax2,即WiMax的升级演进,是由IEEE主导制定的,其接收的上下行峰值速率可达100Mbps,静止定点接收速率可达1Gbps。也WiMax2也是ITU承认的4G标准,但2010年后WiMAX技术已被运营商放弃。
4G技术与3G之间的主要区别有终端设备类型、网络拓扑结构和所构成网络的技术。4G集3G和WLAN于一体[3],能够以100Mbps的速率进行下载,上传速度也能够达到20Mbps,并且支持传输更加丰富的多媒体信息,几乎能够满足全部用户对无线服务的需求。价格方面,4G和固定宽带网络不相上下,而计费的方式则更为灵活。不仅如此,第四代移动通信系统的部署范围更为广阔,可以部署到Cable TV Modem不能覆盖的地方。4G的优越性是不言自喻的:更宽的网络频谱、高速的数据传输速度、多样化的增值业务、更平滑的兼容性能、极高的频谱利用率、低廉的通信资费。
4G通信的关键技术[3]主要有正交频分复用(OFDM)、智能天线与多入多出(MIMO)天线技术和软件无线电。无线信道中信号的传输难以避免多径效应,对于通信有严重的影响,由于信号的带宽必须小于相关带宽,决定信号带宽的数据传输速率则受到了影响。OFDM技术可以有效的缓解上述问题。智能天线技术可以有效的改善信号质量,并且增加信道容量。相比普通的SISO(Single-input Single -output),MIMO(Multiple-input Multiple-output)技术提供了空间的自由度,可以在不增加系统带宽以及天线的总发送功率损耗的条件下,成倍提高频谱利用率,提高无线信道容量。软件无线电技术则将软件和硬件更为智能、有机地结合了起来。