4G移動(dòng)通信的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

郭芙蓉

摘 要：在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)得到了跨越式發(fā)展，自第一代和第二代無(wú)線通信技術(shù)后，第三代無(wú)線通信技術(shù)，也就是通常所說(shuō)的3G通信，也于2009年逐漸興起，并呈現(xiàn)出迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2013年6月，我國(guó)的3G用戶總數(shù)超過(guò)3.2億。而現(xiàn)如今，在3G通信技術(shù)方興未艾的情況下，4G移動(dòng)通信也悄然到來(lái)，并受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。結(jié)合4G移動(dòng)通信的概念，對(duì)其特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)4G移動(dòng)通信的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：4G移動(dòng)通信；特點(diǎn)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

1 4G移動(dòng)通信的特點(diǎn)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，4G就是第四代通訊技術(shù)的簡(jiǎn)稱。對(duì)于4G通信，并沒(méi)有一個(gè)精確的定義，目前認(rèn)同較為廣泛的說(shuō)法是，4G移動(dòng)通信，就是具備2M以上數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠?qū)θ俚囊苿?dòng)用戶提供高質(zhì)量、高速率的影像服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)三維圖像高效傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。4G通信技術(shù)并沒(méi)有脫離以前的通信技術(shù)，而是以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用了一些新的通信技術(shù)，以不斷提升無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)效率和功能。與現(xiàn)在的3G通信相比，4G移動(dòng)通信具有以下特點(diǎn)：

（1）通信速率高：理論上，3G通信的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到2.1Mbps，而4G通信的最高數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達(dá)到100Mbps，是3G通信的50倍左右。

（2）網(wǎng)絡(luò)頻譜寬：要確保4G通信的傳輸速率達(dá)到理論最高速率，相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)商必須對(duì)現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大幅度的改造工作，確保4G在通信帶寬上高出3G通信。據(jù)專家估計(jì)，每一個(gè)4G信道將占有100MHz的頻譜，相比于3G要高出近20倍。

（3）兼容性強(qiáng)：4G移動(dòng)通信在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)各類計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫連接，從而真正實(shí)現(xiàn)“一部手機(jī)，全球通信”。

（4）通信方式靈活：在4G移動(dòng)通信中，通信終端不再局限于移動(dòng)電話，任何物品理論上都可能成為4G通信的終端。在這種情況下，4G通信的終端不僅在設(shè)計(jì)和操作方面更加智能化，也可以根據(jù)對(duì)環(huán)境的感知，適當(dāng)調(diào)整終端結(jié)構(gòu)，確保其效能的最大化。

（5）多業(yè)務(wù)融合：4G通信的業(yè)務(wù)種類更加豐富，除3G通信支持的各種業(yè)務(wù)外，還增加了高質(zhì)量圖像傳輸、虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)等，可以將個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、娛樂(lè)、廣播等行業(yè)整合成一個(gè)整體，更加方便地為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

2 4G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)

2012年1月20號(hào)，國(guó)際電信聯(lián)盟ITU通過(guò)了4G標(biāo)準(zhǔn)，包括LTE、LTE-Advanced、WiMAX以及Wire less MAN-Advanced（802.16m）。盡管標(biāo)準(zhǔn)眾多，但是4G通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)同樣是顯而易見(jiàn)的，其核心技術(shù)也存在著很大的相似性，總的來(lái)說(shuō)，4G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四種。

2.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

OFDM技術(shù)在本質(zhì)上是多載波調(diào)制技術(shù)的一種，屬于高速率調(diào)制技術(shù)。該技術(shù)的基本原理在于，可以將傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中信道劃分為多個(gè)互不相關(guān)的正交子信道，從而將原本傳輸速度較高的串行數(shù)據(jù)庫(kù)分為多個(gè)傳輸速度相對(duì)較低的并行數(shù)據(jù)流，在正交子信道中進(jìn)行傳輸。利用這種技術(shù)，可以有效消除信號(hào)之間的干擾，提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和速率。

2.2 軟件無(wú)線電技術(shù)

該技術(shù)實(shí)際上可以算是一種無(wú)線電廣播通信技術(shù)，屬于用軟件架構(gòu)的一種通信協(xié)議，可以以軟件程序代替硬件功能，建立無(wú)線電通信平臺(tái)，通過(guò)同時(shí)運(yùn)行多種能夠?qū)崿F(xiàn)通信協(xié)議的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多終端通信的無(wú)線通信方式。這種技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決4G通信中用戶端多樣化和復(fù)雜化的問(wèn)題，從而有效地解決了兼容性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了多種通信方式的兼容與傳輸。

2.3 多輸入輸出（MIMO）技術(shù)

該技術(shù)在3G通信中已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果，因此在4G通信中，仍然作為關(guān)鍵技術(shù)而存在。從本質(zhì)上看，MIMO技術(shù)屬于利用多天線傳輸?shù)臒o(wú)線通信技術(shù)，可以由多個(gè)發(fā)送端獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，也可以利用多個(gè)天線對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收。MIMO技術(shù)的應(yīng)用，可以有效降低無(wú)線信道的衰落，提高無(wú)線系統(tǒng)的容量。

2.4 智能天線技術(shù)

智能天線主要由三部分組成，即天線陣列、波束形成網(wǎng)絡(luò)以及波束形成算法。該技術(shù)主要是通過(guò)適當(dāng)?shù)乃惴ǎ沟妹恳粋€(gè)天線單元信號(hào)的幅度和相位都可以處于最佳狀態(tài)，從而構(gòu)成最合適的天線陣列方向圖，對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行減弱或排除。在4G移動(dòng)通信中，智能天線技術(shù)可以減少信號(hào)的傳輸過(guò)程中的衰落以及受到的干擾，提高通信系統(tǒng)的容量，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于移動(dòng)臺(tái)的快速定位。

3 4G移動(dòng)通信的應(yīng)用

4G移動(dòng)通信技術(shù)尚屬于新興事物，目前并沒(méi)有得到較為廣泛的普及，需要在實(shí)踐中不斷地完善和改進(jìn)，通過(guò)試運(yùn)營(yíng)等方式，確保其優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。從試運(yùn)營(yíng)的情況看，4G移動(dòng)通信的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）移動(dòng)領(lǐng)域：包括網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上銀行、轉(zhuǎn)賬支付、電子購(gòu)票、移動(dòng)股票交易、無(wú)線局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)下載等，可以為人們提供更加快捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（2）移動(dòng)電視：利用4G網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)一臺(tái)終端，隨時(shí)隨地連接服務(wù)器，對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行接受和觀看。

（3）移動(dòng)可視電話：在4G移動(dòng)通信環(huán)境中，通話雙方只需要各自擁有一臺(tái)帶有攝像頭的終端，如手機(jī)、PC、PDA等，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音頻視頻的傳輸。

（4）數(shù)據(jù)傳輸：只要持有有效的無(wú)線終端，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，都可以接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速下載，同時(shí)也可以在網(wǎng)外實(shí)現(xiàn)P2P數(shù)據(jù)傳輸，為人們提供更加方便快捷的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

需要注意的是，在對(duì)4G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，還存在著有些問(wèn)題，在一定程度上制約了4G通信的發(fā)展和普及，這些問(wèn)題包括網(wǎng)絡(luò)IP問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議問(wèn)題以及3G網(wǎng)絡(luò)的改造問(wèn)題等，都是需要相關(guān)技術(shù)人員重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球的移動(dòng)通信用戶終端數(shù)量達(dá)到了45億，占據(jù)著全球總?cè)丝诘乃姆种＠靡苿?dòng)通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)人與人之間的相互聯(lián)系和溝通交流，推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。4G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)改變?nèi)藗儸F(xiàn)有的上網(wǎng)習(xí)慣，而且使得移動(dòng)通信中可視化、多媒體化的趨勢(shì)日趨顯著，帶領(lǐng)人們真正步入無(wú)線互聯(lián)時(shí)代。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，作為當(dāng)前移動(dòng)通信發(fā)展的必然趨勢(shì)，4G移動(dòng)通信技術(shù)對(duì)于社會(huì)的影響是十分巨大的，必將帶來(lái)新一輪的變革。因此，對(duì)于相應(yīng)的通信運(yùn)營(yíng)商而言，應(yīng)該充分重視起來(lái)，抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，對(duì)4G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新，為4G移動(dòng)通信的推廣奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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