4G網絡通信技術及發展前景

引言：21世紀是網絡的時代，網絡技術在生產和生活上都得到廣泛的運用，并深深融入現代市場經濟的發展，給世界的多元性和多樣化帶來了深遠的變革。數據通信與多媒體發展成為大眾生活的一部分，4G網絡通信技術為適應移動數據以及移動計算和移動多媒體運作起到了巨大的促進作用。本文就第四代移動通信發展要點、現狀及前景展開分析。

引言：在這個日新月異的網絡世界，通信技術應用需求飛速發展，關鍵技術的支撐才可以保證4G移動通信技術的運用的普及性與適用性。從20世紀60年代開始，計算機網絡逐步成長，在此期間，計算機網絡通信系統發展的關鍵就是通信技術，它關系著信息處理和信息傳遞與流通共享，而4G網絡則推進了無線網絡的快速發展。就其運用性而言，4G移動通信技術在智能家居、智能手機通信、智能交通、射頻測量等等方面都占據重要作用。4G網絡通信技術的發展將給整個移動通信產業帶來廣闊的運用領域和市場。

一、4G網絡通信技術定義

1.4G網絡通信技術即第四代移動通信技術，有著FD-LTE和TD-LTE兩種技術標準，指的是多種無線技術的綜合系統，是現有的3G通信網絡的升級版，具有可以在不同的固定平臺、無線平臺和跨越不同頻帶的網絡中提供服務的特征，可以定位定時、數據采集、遠程控制，具有下載傳輸速度快、溝通時延小、質量高等優點。也就是說，4G靜態傳輸速率滿足1Gbps，而在高速移動狀態下可以達到100Mbps，作為4G的技術之一，可以在任何網絡覆蓋的地方寬帶接入互聯網，不過分的說4G是未來無線傳輸的主流技術。它融合了WLAN系統與3G網絡技術，因為它的優越性而成為未來市場的核心。

2.4G網絡以正交頻分復用為核心技術，在解決用戶使用手機電視和視頻通話方面信號不穩、視頻通話效果不好等方面能夠提供更為高效的數據速率，能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品，能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。很明顯在數據傳輸、容量和帶寬方面4G更接近個人通信，有著3G不可比擬的優越性。

3.4G網絡具有三層網絡結構，物理網絡層、中間環境層和應用網絡層。其中，物理網絡層可以為接入和路由選擇功能提供路徑，結合了無線和核心網格式。中間環境層的主要功用是致力于網絡服務質量的映射、網絡地址變換以及完全性管理。而應用網絡層與物理網絡層、中間環境層可以提供無縫高數據率的無線服務，并運行于多個頻帶，適應于多個無線標準及多模終端，用戶可實現在3G、4G、WLAN及固定網間無縫漫游，跨越多個運營商和服務商。

二、4G網絡通信技術的四大現狀

1.實際容量跟不上理論狀態

高清視頻通話、實時熱門直播、高速移動上網、多種移動寬帶服務等等暗示著4G通信與眾不同的傳輸速度。理論上，4G網絡技術靜態傳輸速率可滿足1Gbps，而在高速移動狀態下可以達到100Mbps，完全可以解決用戶的智能手機需求，但現實中，真的可以如愿以償嗎？專家表示用戶所期待的智能手機的速度將會受到系統容量有限、通信系統容量的限制，實際4G手機會很難達到其理論速度。無線接入網絡的擁堵意味著4G手機用戶越多，無線網絡的使用速度就會越慢。

2.標準多而技術難

早在3G手機時代，由于沒有統一的國際標準，各種互不兼容移動通信系統就已是世界各大通信廠商所苦惱的問題，也給跨界的用戶帶來不便。4G網絡通信技術也逃不過這一選題，要想讓全球范圍內用戶進行移動通信，開發第四代移動通信系統統一的通信制式是必經之路。但眾口難調，通信格式統一之路非一日之功。相信4G通信網絡技術會帶給世界革命性的變化，但是目前想要做到普及還有相當大的難度。事實上，4G通信的下載速度還面臨著一系列技術問題。樓區、山區、有障礙物區都會使4G網絡信號強度受到影響。再者說，第四代無線通信網絡的架構相當復雜，WLAN、視頻廣播系統、數字音頻、3G和2G通信系統、藍牙技術系統、衛星通信系統、以及固定無線網接入系統，是相當復雜的通信系統網絡結構，因而，這也是影響老百姓享用4G網絡進程的原因之一。

3.系統或終端短缺

在上世紀八十年代，第一代移動通信在模擬技術的基礎上形成，是指最初的模擬僅限語音的蜂窩電話。九十年代，第二代移動通信融合了數字技術而興起，后來出現基于第二代技術發展起來的第三代移動通信，在架構4G通信網絡系統之前，在第三代移動通信系統基礎上建立的覆蓋全球的大部分無線基礎設施，都需要經歷著大量的變化和更新才會轉向提供語音及高速網絡的第四代移動通信。4G通信在功能日益增多，而與此同時，4G網絡系統的建設和開發也會遇到比以前三代系統建設更多的困難和麻煩。簡單說就是，每當一種新的技術推出時，其后的網絡系統終端設計和開發必須及時能跟上步伐，才能使新網絡技術得到很快推廣和應用。通信終端的生產滯后于網絡建設，這卻勢必會減緩4G通信技術全面進入市場以及占領市場的速度。也就是說，第四代移動通信系統的市場消化還需要逐步過渡。系統或終端的短缺延遲了4G通信網絡的普及，影響著4G的贏利計劃與投資回收，從而延緩整個行業的發展。

4.我國4G通信資費的現狀

近年來隨著技術發展，運營商網絡的數據容量和傳輸速度高速提升，單位流量的成本已大幅下降，我國三大運營商在4G資費方面，各有千秋。三大運營商在新的網絡資源、業務成本與用戶需求環境下從業務重心出發，將重點投放在流量而非電話和短信上，4G資費下降成為大勢所趨。用戶應該根據自己的需求，選擇性價比高的運營商。用戶一直以來十分關注的價格方面，4G與固定寬帶網絡在價格方面不相上下，但計費方式更加靈活機動，根據自身的需求確定所需的服務成為4G的一大賣點。與此同時，互聯網的發展，也讓用戶對的流量需求不斷增加，早日建立合理的4G網絡通信資費系統也是大勢所趨。但目前很多用戶反映，流量消耗速度太快，表現出對4G資費的擔憂與不適。

三、4G網絡通信中的關鍵技術詳細分析

1.Orthogonal Frequency Division Multiplexing技術

正交頻分復用技術是Long Term Evolution 系統的技術基礎與核心。往往OFDM系統參數的設定會影響整個系統的性能。所以對于OFDM系統的最基本參數載波間隔要十分重視，不容有失。理論分析與仿真比較是可行的方案，循環前綴Cyclic Prefix的長度決定了正交頻分復用技術系統的抗多徑能力和覆蓋能力。Long Term Evolution系統采用長短兩套循環前綴方案將待傳輸的高速串行數據經串并變換，利用長Cyclic Prefix克服多徑干擾和正交頻分復用技術減小信號波形間的干擾，支持大面積的用戶小區覆蓋和多小區廣播業務的展開。OFDM技術的主要原理是把需要傳輸的串行數據流進行分解，無數個傳輸速率較低的并行數據流被轉換到相互正交的子載波上進行傳輸，最后保證高速數據傳輸。

2.調制和編碼技術

第四代通信系統關鍵技術之一就是編碼和調制技術，4G移動通信系統采用多種調制和多種編碼技術，根據其原理，充分發揮調制編碼有效性、可靠性和安全性的特點，有效利用調制和編碼技術可以在不影響系統的傳輸速率的前提條件下，實施準確的編碼和調制，保證其系統完好的性能。

3.多輸入與多輸出

基站和移動終端往往有多個天線，MIM0技術提供很高的頻譜利用率，改善無線信道的性能，避免類似信令風暴的產生，充分利用空間傳播中的多徑分量，增加空間容量，提供空間復用增益和空間分集增益，從而提高無線系統的覆蓋范圍。MIMO作為提高系統輸率的最主要手段，分為發射分集和空間復用兩大類?？紤]采用的發射分集方案包括塊狀編碼傳送分集，而選擇的預編碼技術是基于預編碼向量。

4.智能天線技術

智能天線通過形成波束在空間域內抑制交互干擾改善信號質量，并增強特殊范圍內想要的信號并增加傳輸的容量，說來也就是4G網絡通信的重要一部分，也是通信技術的關鍵。它的原理是為實現射頻信號的接收和發射，使用天線陣和相干無線收發信機來進行調控，對于保證通訊品質大有裨益。同時，利用基帶數字信號處理器，進行上行波束賦形。其中，包括了波束轉換天線與自適應天線陣，波束轉換天線檢測信號強度，主要用于模擬通信系統。自適應天線陣主要用于數字通信系統，用反饋控制方法自動調準天線陣的方向圖，使它在干擾方向形成零陷，抵消干擾信號。

5.軟件無線電

軟件無線電的工作原理是使寬帶模數轉換器以及數模轉換器等先進的模塊最大限度的靠近射頻天線的要求。用軟件加載方式，打開各類無線電通信系統開放式結構，其軟件系統相當復雜，有各類無線信令規則與處理軟件、調制解調算法軟件、信道糾錯編碼、信源編碼軟件、信號流變換軟件等等，幫助保證4G網絡技術的平臺兼容。

6.多用戶檢測技術

多用戶檢測技術指的是對單個用戶的信號進行檢測，利用現有資源，解決了遠近效應的問題，利用了造成多址干擾的所有用戶信號信息，有效實現系統對功率控制精度的降低，以強大的抗干擾性能提高系統容量，從而多用戶檢測技術也躋身4G網絡通信的關鍵技術之列。

7.以IP為中心

全IP的網絡是4G網絡通信系統立足的土壤，具有開放的結構，允許各種空中接口接入，具有優良的兼容性。能把業務、控制和傳輸間的范圍控制好，具有很大的靈活性與兼容性。保證4G核心網在沒有外界干擾情況下獲得一個可以使用的路由地址，保證用戶的便捷。

四、4G網絡通信技術的優勢特征

1.通信速度快和容量大

相比前三代通信技術，第一代模擬式僅提供語音服務，第二代數位式移動通信系統傳輸速率最高也只有32Kbps，第三代移動通信系統數據傳輸速率達到2Mbps，第四代網絡通信系統傳輸速率最高可以達到100Mbps，完全是革命性的變革。4G通信的一大特征當屬具有更快的無線通信速度的傳輸速度。速率的提高和容量的增大是人們關注的熱點，同時也是4G網絡通信的主打宣傳點，其主要作用就是可以給人們的生活帶來了無可比擬的便捷與安適感。

2.強大的兼容性

4G通信雖然功能強大但就目前我國的通信基礎，要讓更多的通信用戶過渡到4G通信，需要強大的兼容性與靈活性。在需要適應資源分配和自我管理結構等通信過程中，第四代移動通信系統以較強的兼容性和靈活性盡量靠近全球漫游，接口開放，跟多種網絡互聯，終端多樣化等功能狀態的實現。并且4G的強大還在于能夠實現多部手機之間的兼容，體現了很好的兼容性和智能性，4G手機的功能可以與一臺小型電腦媲美。

3.融合多種業務的普適性

近年，人們快節奏以及多樣化的生活方式使得通信網絡已經不局限于電話、短信、語音。相反，人們更熱衷于追求的是更方便快捷的網絡視頻、語音聊天、微博互粉等交互方式。甚至將聯系、娛樂、影視傳媒、廣播、企業、工作等聯系在一起。事實上，4G網絡通信技術在特定的領域中上述的技術服務已經可以得到滿足，所以第四代網絡通信系統具有強大的普適性。

4.滿足用戶共存

4G網絡通信技術一個特點就是多類型用戶的共存。多類型用戶共存就是4G網絡通信技術可以自主去連接不同的網絡信道，通過選擇不同的運營商和不同速率為用戶打造最快最安穩的網絡空間，并且滿足雙向的下載和傳遞資料、圖畫、影像等。

5.智能性能高

緊跟時代，第四代網絡通信技術的智能性更高，表現之一是4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化，大大降低對菜單和滾動操作的依賴程度；表現二是4G手機的智能化的感應系統，根據設定，適時地對操作人員工作學習娛樂進行提醒。

五、4G網絡技術的發展趨勢與應用前景

1.4G 網絡通信技術的發展趨勢

4G 網絡把互聯網的速度和移動性完美融合，令無線網絡的面貌煥然一新。毋庸置疑，4G等同于寬帶速度，滿足了人們在家庭、辦公場所和地鐵等地對互聯網的無線訪問，讓廣大群眾以前所未有的方式，隨時在更多地點與互聯網進行互動，提高了人們的工作效率和生活品質，受到大眾的歡迎與關注。

2.4G網絡通信技術的應用前景

4G網絡技術憑借其時效性和移動性，帶來廣闊的應用領域和市場。其中智能手機，是4G的一大用武之地。利用4G，年輕用戶可以隨時隨地的上網利用社交軟件與親友聯系，創造了廣闊的市場。其二，4G在射頻測量技術中也有應用，如對于射頻信號源、射頻頻譜以及射頻信號分析儀、網絡分析儀等射頻測量技術等，4G網絡擁有的高頻譜帶寬可以滿足射頻測量提出的快速度、高精度的要求。

六、結束語

現代的世界無法離開網絡，網絡技術在生產和生活上都得到廣泛的運用，深深融入現代市場經濟的發展，給世界的多元性和多樣化帶來深刻的改變，數據通信與多媒體發展成為大眾生活的一部分。4G網絡通信滿足人們對生活和工作的高標準要求，是通信技術發展的里程碑。隨著科學技術的發展，相信4G網絡通信技術會讓我們的生活越來越美好。

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（作者單位：西安電信分公司）

作者簡介

衛瑩（1980年1月），女，西安電信分公司，工程師，710004。