淺析4G技術及其發展

摘 要：4G是目前正在使用的最新的移動通信系統，跟2G和3G系統相比，它信息傳輸速度更快、通信質量更好、頻率利用率更高。本文主要論述了4G移動通信的幾個關鍵技術，還介紹了各國4G移動通信技術的發展狀況。

關鍵詞：4G 通信 關鍵技術

一、引言

第四代無線通信系統是集無線局域網絡與3G于一體并能傳輸高質量視頻圖像的技術。第四代無線通信系統是為全球提供高效可靠的無縫連接的無線傳輸，因此是一個集成了各種模式的通信系統、能將各種移動終端便捷接入的網絡，提供信息系統、個人無線通信、多媒體等各種業務的網絡。4G系統的數據下載速度可以達到100Mbps，數據上傳速度也可以達到20Mbps以上。

二、4G技術

1.基本特征。4G無線通信系統具備以下主要優勢[1]：（1）通信速度更快；（2）網絡頻譜更寬；（3）通信更加靈活；（4）智能性能更高；（5）兼容性能更平滑；（6）提供各種增值服務；（7）實現高質量通信；（8）頻率使用效率更高；（9）通信費用更加便宜。

2.關鍵技術。4G系統有許多創新技術，這些技術可以保證系統的各方面要求。下面簡單介紹一下4G系統的幾項關鍵技術。（1）OFDM技術。OFDM是4G通信系統的關鍵技術之一。它是一種特殊的多載波調制，這種調制用到了復用和并行等技術，可以大大提高頻譜資源的利用率。（2） MIMO技術。在4G系統中，MIMO技術也非常重要， 通過利用在空間分開放置的多條天線實現發射端和接收端的多輸入多輸出，能夠充分利用空間資源。MIMO系統采用空時處理技術進行信號處理，能夠提供空間分集增益，從而達到抗衰落的目的。（3）無線中繼技術。無線中繼（Wireless Relay）是指無線訪問節點在無線信號傳輸中起中繼作用，并實現信號放大，從而擴大無線通信網絡的覆蓋范圍，并大大提高了系統的信號傳輸速率。（4） 智能天線技術。智能天線也叫做自適應陣列天線，由天線陣、波束形成網絡和波束形成算法等部分組成。在無線通信系統中，智能天線的主要用途包括抗干擾、抗衰落、實現移動臺的定位和增加系統容量等。（5） 軟件無線電技術。由于無線個人通信系統的發展，原有的以硬件為主的無線通信體系難以為繼，促使了軟件無線電（SDR）技術的出現。軟件無線電技術是采用一個開放性的平臺，用軟件代替控制硬件，通過軟件升級增加新的標準和頻率。（6） IPv6 技術。IP是TCP/IP協議中網絡層的協議，IPv6（Internet Protocol Version 6）是用于替代現行互聯網協議IPv4的下一代IP協議。它具有更大的地址空間，具有靈活的IP報文頭部格式，能夠支持更多的服務種類，也能夠支持自動配置，增加了身份認證，實現了真實用戶和IP地址的一一對應，并提高了網絡使用的安全性。

3.發展狀況。從2009年5月全球第一個4G試商用網絡啟動至今，4G技術已經發展了七年多，到2020年LTE eNodeB基站數量將達到155，000個。美國威瑞森電信的4G LTE網絡在美國的覆蓋率為97%。美國電話電報公司的4G包括高速下行鏈路分組接入技術（HSPA+）和LTE兩種技術，目前已覆蓋2.8億用戶。T-Mobile公司4G的覆蓋率達到了96%，采用的也是HSPA/HSPA+和LTE的混合網絡，現有用戶已突破2億。美國第三大移動運營商Sprint公司在2012年也宣布推出LTE網絡。HSPA+和LTE是美國目前4G的主要網絡標準，經過幾年的發展，目前美國的4G普及率已經很高。在亞洲，日本的4G網絡發展處于領先地位。NTT DoCoMo應用頻分雙工（FDD）模式的LTE網絡目前覆蓋率超過了70%，到2013年年底已達到80%，到2015年覆蓋率達到98%。“Xi” 4G LTE品牌下的手機、平板電腦、上網卡等終端設備在日本除了深入民心外，還贏得了廣大手機廠商的認可。E-Mobile公司和KDDI公司的au品牌也都采用了FDD-LTE網絡[5]。Softbank公司的4G網絡同時運營了FDD和AXGP（兼容TDD）兩種技術。而高級擴展全球平臺網絡兼容分時長期演進（TD-LTE）網絡，目前覆蓋率已超過92%。同樣，韓國的4G網絡發展在亞洲也名列前茅。2011年，韓國電信運營商就已經開始提供LTE服務了。韓國的SK電訊和LG U+公司從2011年起開始提供商用LTE服務，韓國LTE網絡用戶已突破兩千萬。而在2013年6月底，SK電訊實現了LTE-A（LTE-Advanced，是LTE的演進）網絡商用，7月LG U+ LTE-A投入商用，9月韓國電信公司LTE-A網絡也投入了商用。技術和終端的發展相輔相成，使4G網絡得以在韓國飛速發展，除了在網絡建設上的優勢外，來自三星公司和LG集團的眾多LTE終端也很好地滿足了韓國國內市場的需求。歐洲也是移動網絡高速發展的地區之一，以英國的4G網絡發展情況為例，2012年9月，英國最大的移動運營商EE公司宣布提供首個4G網絡服務，該公司4G網絡采用的是LTE和全球微波互聯接入（WiMax）技術，首批提供4G服務的共有十一個城市，2012年年底達到了十六個，2014年4G網絡覆蓋率已達到98%。2013年8月，運營商O2宣布開始提供4G LTE服務，但其4G資費競爭優勢并不大。雖然2013年底我國工業和信息化部才向中國移動、中國電信和中國聯通發放4G牌照（TD-LTE牌照），但中興、華為等企業都已加入到了世界4G網絡的建設中，我國4G網絡的發展速度很可能會超越其他國家。

三、結語

預計到2016年底，全球4G用戶將突破9億人，其中亞太地區占41%，北美占21%，歐洲占16%。現在的2G/3G網絡器材，有不少可以過渡至4G通訊，對于網絡供應商而言，可以減少終端上的投資，同時也可加快技術的發展。OFDM技術和協作通信技術的結合使用，是未來無線通信系統發展的關鍵技術之一，可以有助于改善頻譜資源緊缺、海量數據難以處理和系統傳輸速率提升困難等瓶頸問題。由于網絡覆蓋不完整，導致無線終端耗電量較大，并且由于各國使用的LTE頻譜不同，不能實現國際漫游，這些問題都有待進一步的改進。

參考文獻：

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[2] Savo G. Glisic. 高級無線通信：4G認知與協作寬帶技術. 第二版. 北京：電子工業出版社，2012.

[3] 元泉. LTE輕松進階. 北京：電子工業出版社，2012.

[4]高占柱. 論4G網絡LTE技術的發展歷史和發展現狀. 電子技術與軟件工程，2013，（16）： 61.

[5] 陶旭駿. 從日本4G LTE發展看我國4G發牌問題. 移動通信，2013，（11）： 26-27.

[6] 楊佳文，朱敏. 日本軟銀高效利用資源發展TD-LTE. 通信世界，2013，（12）： 35.

[7] 中國通信網. SK電訊選擇愛立信擴張主要城市LTE網絡. 移動通信，2012，（9）： 52.

[8] 信海光. 4G不能再遲到. 中國海關，2013，（6）： 81.

作者簡介：嚴蕾（1981—）女，碩士，中級職稱，技師，主要從事電子與通信專業的教學工作。