淺析4G通信技術應用特點及發展趨勢

巴根

摘 要： 隨著智能終端和移動互聯網應用的發展，人們對手機高速上網的需求越來越大。4G通信技術成為滿足人們不斷增長的通信需求的必然途徑。文章對第四代通信系統的關鍵技術及其應用特點進行分析，并展望其未來發展趨勢。

關鍵詞： 4G移動通信 OFDM MIMO IPv6

隨著智能終端和移動互聯網應用的發展，人們對手機高速上網的需求越來越大。4G集前三代移動通信系統的諸多優點集中于一體，滿足人們不斷增長的通信需要。

一、4G的概念

第四代移動通信技術（4G）可稱為光帶接入與分布網絡，可實現非對稱的、高于2Mb/s的數據傳輸，可以為全速移動的用戶提供高質量的、150Mb/s的影像服務，可創造性地實現對三維圖像的高質量傳輸。4G通信系統包括移動廣帶系統、廣帶無線固定接入、互操作的廣播網絡和廣帶無線局域網。這一技術不僅可以在跨越不同頻帶的網絡、不同的無線及固定平臺中實現無線服務的提供，而且用戶可以在任何一個地方用寬帶連接到互聯網中，從而提供遠程控制、定位定時與數據采集等各種綜合服務。

二、4G通信系統的關鍵技術

1.正交頻分復用技術（OFDM）。OFDM技術屬于多載波調制技術中的一種，其機理是對信道進行合理劃分，使之形成諸多正交子信道，將高速傳播的數據信號轉換為低速、并行子數據流，使每個子數據流可在每個子信道上傳輸。在接收端利用相關技術將正交信號分塊，使它們彼此間的干擾顯著減小，同時保證子信道上信號帶寬不超過信道帶寬，保證信道均衡，將符號間產生的干擾予以消除。

2.智能天線技術。智能天線技術是指自適應陣列天線或波束間無切換的多波束。智能天線可對數字波束進行自動跟蹤與調節，對信號干擾加以抑制，從而使系統通信質量大幅提高，屬于4G系統中的一種關鍵技術。

3.無線鏈路增強技術。可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強技術有：分集技術，如通過空間分集、時間分集（信道編碼）、頻率分集和極化分集等方法獲得最好的分集性能；多天線技術，如采用2或4天線實現發射分集，或采用多輸入多輸出（MIMO）技術實現發射和接收分集。MIMO技術是指利用多發射、多接收天線進行空間分集的技術，它采用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，大大提高容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術是實現高數據速率、提高系統容量、提高傳輸質量的空間分集技術。

4.IPv6技術。在4G通信系統中，所用的數據流傳輸方式是在IP之上建立起來的全分組方式，因此在下一代網絡中，IPv6技術將成為核心協議。在對IPv6協議進行選擇時，要對其移動性、服務質量、地址空間要求與自動控制等問題進行充分考慮。

5.軟件無線電技術。軟件無線電技術是利用數字信號處理技術，在可以通過編程進行控制的通用軟件平臺上，用軟件對無線電臺中如信號基帶處理、前端接收等各部分的功能進行定義與實現。也就是說，軟件無線電是在數字信號處理之上制作的芯片，是將軟件作為核心構建的新型無線通信體系結構。

三、4G通信技術的應用特點

4G通信技術的根本目的主要是能夠在各終端產品間發送、接收來自另一端的信號，并在多個不同的網路系統、平臺與無線通訊介面之間找到最快速與最有效率的通信路徑，以完成最即時的傳輸、接收與定位等動作。

1.更大傳輸頻寬。對大范圍高速移動的使用者（最高250km/h）頻寬需求為2Mbps，中速移動的使用者（60km/h）頻寬需求為20Mbps，低速移動或室內靜止的使用者頻寬需求為100Mbps。

2.更高儲存容量。由于傳輸頻寬增大，因此資料儲存容量至少需求為3G系統的10倍以上。

3.更高相容性。4G通信技術具備向下相容、開放介面、全球漫游、與網路互聯、多元終端應用等，并能從3G通信技術平穩過渡至4G。

4.不同系統的無縫連接。行動使用者在移動中，特別是高速移動，也都能順利使用通信系統，并在不同系統間進行無縫轉換（SeamlessTransitions），傳送高速多媒體資料等。

5.整合性的便利服務。4G系統將個人通信、資訊傳輸、廣播服務與多媒體娛樂等各項應用整合，提供更為廣泛、便利、安全與個性化的服務。

四、4G通信技術的未來發展趨勢

1.4G通信技術在手機上得到廣泛應用。4G移動通信技術具備信息高速度的傳輸優勢，盡快實現將4G移動通信技術應用于手機上，促進手機智能化的突破發展，實現手機用戶身份鑒定。

2.4G通信技術社區無線接入更強大。以OFDM為基礎的4G移動通信技術，信號強大、覆蓋范圍廣，無線接入能力十分強大。即便是在偏遠的社區也能實現無線接入，打破有線的限制和各種障礙。

3.多種高科技技術將得到突破進展。與4G移動通信技術傳輸速度相關的交互干擾技術將得到進一步的進展，促使信號傳遞更為有效。4G移動通信技術可以實現網絡糾錯，使網絡自愈，從而促進無線接入技術的發展。可以實現對多用戶的迅速識別，并且能夠降低能耗，實現節能環保。

4.4G通信技術能夠隨時隨地地實現通信功能。4G將無線局域網WLAN與3G移動通信技術合二為一，使高清保真圖像傳輸毫無障礙，下載和上網速度之快能夠遠遠滿足無線用戶的需求，并且用戶可以通過4G移動通信技術隨意進行業務選擇。4G移動通信技術通過其驚人的數據傳輸速度可以實現物聯網業務等綜合性較強的業務的接入。

5.高速的傳輸速度。4G移動通信技術最突出的特點就是，傳輸速度明顯高于3G移動通信技術，以20Mbbit/s的速度上傳，以100Mbbit/s的速度下載，能夠及時、迅速地傳輸海量信息，相比于3G移動通信技術每秒2Mbbit的速度有了明顯提升。

6.高度的智能化網絡。設備的智能化優化設計，能夠使信息適應不同的傳輸需求，即便是在復雜的多信道傳輸條件下仍能夠準確、及時地發送信息和接收信號。

7.超強的兼容性能。4G移動通信技術兼容性能超強。在全球范圍內都能夠實現緊密連接，無縫化服務，如：漫游無縫化、接口全開放等功能。

8.全面的覆蓋性能。4G移動通信技術的覆蓋性能之強是其他通信技術不能匹敵的。它能夠在DSL都無法覆蓋的區域實現信號的全面覆蓋。即便是信號不強的野外區域也能夠實現信息的高速傳輸。

9.優質的多媒體通信。4G移動通信技術以OFDM為核心，可以在雜波干擾的情況下仍舊正常傳輸信息，這樣就方便了語音、影像的傳播，數據、圖畫等也能有效傳遞。IP網絡上的語音通話功能、手機高分辨率的觀影感受等都可以通過4G移動通信技術得以實現。

4G通信技術研究的深入，新技術的引用，以及效能的提高，將為4G帶來更廣闊的應用領域和市場。