3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的對比

張云龍

（東北石油大學，1 633318）

0 引言

3G 的出現(xiàn)使移動通信前進了一大步,相對于2G,它能夠提供更大的容量、更佳的通信質(zhì)量并且支持多媒體應用。但是3G 系統(tǒng)尚有很多需要改進的地方,例如:（1）缺乏全球統(tǒng)一標準;（2）所采用的語音交換架構(gòu)仍承襲了第二代(2G)的電路交換,而不是純IP 方式;（3）流媒體(視頻)的應用不盡人意;（4）數(shù)據(jù)傳輸率也只接近于普通撥號接入的水平,更趕不上xDSL 等。3G 面臨的致命缺點就是移動無線接入網(wǎng)絡(luò)的空中接口標準不統(tǒng)一。相對于3G 而言,第四代移動通信系統(tǒng)(4G)在技術(shù)和應用上將有質(zhì)的飛躍,而不僅僅是在第三代移動通信的基礎(chǔ)上再加上某些新的改進技術(shù)。

隨著3G 網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，人們的上網(wǎng)速度快了、手機信號好了、電子產(chǎn)品的品種也越來越豐富了。3G 網(wǎng)絡(luò)的普及給我們的生活帶來了各種便利，我們可以坐在車上辦公，可以進行視頻會議。種種的好處，都是因為3G 帶給我們的網(wǎng)絡(luò)的便利。慢慢的人們已經(jīng)不滿足于3G 的現(xiàn)狀，人們向往著4G 網(wǎng)絡(luò)的普及。本文通過對3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)在各個方面的對比來向人們展示3G 和4G網(wǎng)絡(luò)的不同之處。

1 3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施

通過從3G 向4G 發(fā)展，運營商將對其基礎(chǔ)設(shè)施進行變革。從語音及數(shù)據(jù)類交付拓撲發(fā)展成多媒體及娛樂交付拓撲。新拓撲針對各種不同用戶及使用情境進行了優(yōu)化。利用small cell覆蓋現(xiàn)有宏蜂窩拓撲的信號盲區(qū)，運營商和用戶將通過更好的無線電頻譜效率及頻譜再利用獲得更高的數(shù)據(jù)速率。

2 3G 和4G 的多址接入技術(shù)

3G 系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù)，對擴頻碼的選擇也就變得很重要。IS-95 系統(tǒng)中采用了64位Walsh 函數(shù)作為擴頻碼，前向信道的性能可以得到保證但反向信道性能還不盡如人意。3G 系統(tǒng)主要以CDMA 為核心技術(shù)。CDMA 是將相互正交的不同碼分配不同的用戶。4G 系統(tǒng)的核心技術(shù)OFDM 屬于多載波雕制（MCM）。

3 3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)參數(shù)

下面我們從開始時間、典型標準、頻帶范圍、帶寬、多址技術(shù)、核心網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)速率、接入方式、交換方式、前向糾錯碼、模塊設(shè)計、協(xié)議和移動臺速率等參數(shù)來對3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)進行對比。

4 3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的通信格局

3G 網(wǎng)絡(luò)屬于分層結(jié)構(gòu)，通常分為核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶設(shè)備三層。核心網(wǎng)又分為電路網(wǎng)和分組網(wǎng)兩個服務(wù)區(qū)域。用戶設(shè)備通過標準的無限接口與接入網(wǎng)進行連接。它分為三種工作模式，單載波頻分雙工、多載波頻分雙工和時分雙工方式。

4G 將采用全數(shù)字全IP 技術(shù)，使用單一的蜂窩核心網(wǎng)取代密密麻麻的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及邊緣智能化向全網(wǎng)智能化進行發(fā)展。核心網(wǎng)分為各種接入方式，例如IEEE802.11a、WCDMA、Bluetooth、HyperLAN 等。每個用戶設(shè)備可以擁有一個唯一的號碼，通過分層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的互操作，這種結(jié)構(gòu)使得多種業(yè)務(wù)能透明地與IP 核心網(wǎng)連接,具有較好的通用性和可擴展性。4G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

5 3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的性能

3G 系統(tǒng)實際所能提供的最高速率也只有384kbps（雖然標稱最高速率為2Mbps），不能滿足用戶的需求，而4G 移動通信系統(tǒng)的目標速率是100Mbps。4G 系統(tǒng)的容量至少為3G 系統(tǒng)的10倍。4G 系統(tǒng)下行信道的最高速率將達100Mbps，因此移動終端下載文件的速度將比3G 系統(tǒng)快得多。3G 使用1.8-2.5GHz 的頻率，其頻譜效率只有2bps/Hz，頻率資源不夠豐富，而4G 使用2-8GHz 的頻率，其頻譜效率應達到5bps/Hz，能夠滿足手機用戶的日益增長。從目前3G 的標準來看，地區(qū)覆蓋方面存在著許多技術(shù)問題，而4G 可在不同接入技術(shù)之間進行全球漫游與互通，實現(xiàn)無縫通信，另外4G 還可以在DSL 和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。

6 3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的安全規(guī)定

3G 的安全規(guī)定：

·3G 業(yè)務(wù)中，除了需要緊急呼叫服務(wù)外，其余的業(yè)務(wù)接入都需要一個有效的USIM，通過網(wǎng)絡(luò)來決定緊急呼叫是否需要提供USIM。

·對業(yè)務(wù)提供者來說可以在業(yè)務(wù)開始、傳送期間來驗證用戶的合法性，以防止入侵者通過偽裝或誤用權(quán)限來接入3G 業(yè)務(wù)。

·對于業(yè)務(wù)服務(wù)者來說應防止越權(quán)修改用戶業(yè)務(wù)，防止越權(quán)修改某些信令數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，特別是在無線接口上。

·在執(zhí)法領(lǐng)域中，業(yè)務(wù)提供者將會依國家相關(guān)法律提供合法的竊聽，3G 可以為執(zhí)法機構(gòu)提供檢測和竊聽每一個呼叫和呼叫嘗試，和其它服務(wù)。

4G 的安全規(guī)定：

·可用性 availability

保證網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)不會被破壞或中斷，例如惡意攻擊

·互操作性 interoperability

確保安全解決方案能夠避免互操作性問題，例如通過使用適用于大多數(shù)下一代網(wǎng)絡(luò)

應用和服務(wù)場景的通用解決方案

·易用性 usability

可以讓最終用戶容易使用安全功能和服務(wù)

·QoS 保證 QoS guarantee

類似加密算法的安全解決方案應該滿足語音和多媒體業(yè)務(wù)的QoS 限制

·低成本高效益 cost-effectiveness

盡量減少安全方案帶來的額外費用，使之低于威脅風險的成本

·靈活性 flexibility

安全體系結(jié)構(gòu)必須足夠靈活，以適應未來的威脅、自身的脆弱性和不斷變化的的安全要求

7 3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)作為運營產(chǎn)品提供的服務(wù)

無線運營商正在積極尋求手機之外的新產(chǎn)品市場機會，種類眾多的消費電子產(chǎn)品將可以作為3G/4G 無線服務(wù)接入終端，助燃無線服務(wù)市場的進一步擴大。分析指出，多達20 類的消費電子終端將嵌入 3G/4G 無線連接技術(shù)，運營商將可以通過這些終端提供數(shù)據(jù)和媒體服務(wù)。這些具有3G/4G 無線連接性的消費電子終端在美國的市場存量在2014年將達到1 億部的規(guī)模，為無線運營商催生出新的市場空間。美國市場將有840 萬部帶有3G/4G 連接功能的消費電子終端，其中超過半數(shù)是消費者筆記本電腦。到2010年，具有3G/4G 連接功能的無線消費電子終端市場存量規(guī)模將幾乎翻倍，達到1660 萬部；到2014年將達到1.1 億部。

8 3G 和4G 系統(tǒng)所面臨的問題

在高速發(fā)展的過程中，3G 技術(shù)這個領(lǐng)域不可避免地出現(xiàn)了一些問題。其中比較突出的就是服務(wù)的問題與普及的難度。在商業(yè)化的道路上，商家之間的競爭廣告的宣傳之中無不在對消費者進行承諾，宣傳各自產(chǎn)品的優(yōu)點，但是當用戶滿懷期待的使用之后發(fā)現(xiàn)其中問題的時候，目前的各大運營公司還缺乏確保售后服務(wù)的能力。

4G 系統(tǒng)面臨的問題是：資費不是貴而是起點高。一定要牢記，要從以往3G 主推低端用戶的營銷觀念中轉(zhuǎn)變過來，3G 用戶定位就是中高端用戶，關(guān)鍵是找準目標客戶群體；對渠道轉(zhuǎn)型過程中遇到的困難，要積極給予幫助，要引導渠道發(fā)展新業(yè)務(wù)，只有轉(zhuǎn)型成功，才能帶來好的發(fā)展。

9 結(jié)論

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，我們也得到了各種實惠。從3G 技術(shù)的普遍應用我們就可以感受的到。4G 技術(shù)并不脫離之前的通信技術(shù)，它以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，通過最新的通信技術(shù)及設(shè)備來保證更好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境?？v觀通信技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，我們相信，第四代技術(shù)將會帶給我們更好的多媒體服務(wù)。

目前雖然4G 網(wǎng)絡(luò)仍然處于起步階段，運營商們還在全力打造他們的4G 網(wǎng)絡(luò)，但是我們通過本文對3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的對比，可以讓人們更加明白的了解3G和4G網(wǎng)絡(luò)在本質(zhì)上存在的區(qū)別。對于我國的消費者來說，4G 還很遙遠。雖然中國移動的4G 運營商正在急行軍，不過距離我國真正發(fā)放4G 牌照還有很長的時間。本文將未來的4G 網(wǎng)絡(luò)和目前基本普及的3G 網(wǎng)絡(luò)進行了對比，一方面普及了我們對3G 和4G 網(wǎng)絡(luò)的認知，另一方面也讓我們明白了，未來的網(wǎng)絡(luò)將會是什么樣子。

[1]Jack H.Winters.Smart Antennas for Wireless System.IEEEPersonal Communications,February 1998.

[2]3GPP TS 25.401.RAN Overall Description.

[3]李小文、李貴勇、陳賢亮等.第三代移動通信系統(tǒng)、信令及實現(xiàn).北京:人民郵電出版社2003年.

[4]啜鋼.王文博常永宇等.移動通信原理與應用.北京:北京郵電大學出版社,2002年.

[5]林金.桐李.默芳.移動通信中的關(guān)鍵技術(shù).北京:北京郵電大學出版社,2000年.

[6]李蔚蔚.童貞理.何方白.3G 與4G 關(guān)鍵技術(shù)的比較和過渡 2003年.