引言：21世紀是網(wǎng)絡(luò)的時代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在生產(chǎn)和生活上都得到廣泛的運用，并深深融入現(xiàn)代市場經(jīng)濟的發(fā)展，給世界的多元性和多樣化帶來了深遠的變革。數(shù)據(jù)通信與多媒體發(fā)展成為大眾生活的一部分，4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為適應(yīng)移動數(shù)據(jù)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(fā)展要點、現(xiàn)狀及前景展開分析。

引言：在這個日新月異的網(wǎng)絡(luò)世界，通信技術(shù)應(yīng)用需求飛速發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的支撐才可以保證4G移動通信技術(shù)的運用的普及性與適用性。從20世紀60年代開始，計算機網(wǎng)絡(luò)逐步成長，在此期間，計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵就是通信技術(shù)，它關(guān)系著信息處理和信息傳遞與流通共享，而4G網(wǎng)絡(luò)則推進了無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。就其運用性而言，4G移動通信技術(shù)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(jù)重要作用。4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展將給整個移動通信產(chǎn)業(yè)帶來廣闊的運用領(lǐng)域和市場。

一、4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)定義

1.4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)即第四代移動通信技術(shù)，有著FD-LTE和TD-LTE兩種技術(shù)標準，指的是多種無線技術(shù)的綜合系統(tǒng)，是現(xiàn)有的3G通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)的特征，可以定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠程控制，具有下載傳輸速度快、溝通時延小、質(zhì)量高等優(yōu)點。也就是說，4G靜態(tài)傳輸速率滿足1Gbps，而在高速移動狀態(tài)下可以達到100Mbps，作為4G的技術(shù)之一，可以在任何網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)，不過分的說4G是未來無線傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)。它融合了WLAN系統(tǒng)與3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因為它的優(yōu)越性而成為未來市場的核心。

2.4G網(wǎng)絡(luò)以正交頻分復用為核心技術(shù)，在解決用戶使用手機電視和視頻通話方面信號不穩(wěn)、視頻通話效果不好等方面能夠提供更為高效的數(shù)據(jù)速率，能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品，能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。很明顯在數(shù)據(jù)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(yōu)越性。

3.4G網(wǎng)絡(luò)具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。其中，物理網(wǎng)絡(luò)層可以為接入和路由選擇功能提供路徑，結(jié)合了無線和核心網(wǎng)格式。中間環(huán)境層的主要功用是致力于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的映射、網(wǎng)絡(luò)地址變換以及完全性管理。而應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層與物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層可以提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶，適應(yīng)于多個無線標準及多模終端，用戶可實現(xiàn)在3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游，跨越多個運營商和服務(wù)商。

二、4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的四大現(xiàn)狀

1.實際容量跟不上理論狀態(tài)

高清視頻通話、實時熱門直播、高速移動上網(wǎng)、多種移動寬帶服務(wù)等等暗示著4G通信與眾不同的傳輸速度。理論上，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)靜態(tài)傳輸速率可滿足1Gbps，而在高速移動狀態(tài)下可以達到100Mbps，完全可以解決用戶的智能手機需求，但現(xiàn)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(tǒng)容量有限、通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的擁堵意味著4G手機用戶越多，無線網(wǎng)絡(luò)的使用速度就會越慢。

2.標準多而技術(shù)難

早在3G手機時代，由于沒有統(tǒng)一的國際標準，各種互不兼容移動通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也逃不過這一選題，要想讓全球范圍內(nèi)用戶進行移動通信，開發(fā)第四代移動通信系統(tǒng)統(tǒng)一的通信制式是必經(jīng)之路。但眾口難調(diào)，通信格式統(tǒng)一之路非一日之功。相信4G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shù)問題。樓區(qū)、山區(qū)、有障礙物區(qū)都會使4G網(wǎng)絡(luò)信號強度受到影響。再者說，第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)相當復雜，WLAN、視頻廣播系統(tǒng)、數(shù)字音頻、3G和2G通信系統(tǒng)、藍牙技術(shù)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、以及固定無線網(wǎng)接入系統(tǒng)，是相當復雜的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而，這也是影響老百姓享用4G網(wǎng)絡(luò)進程的原因之一。

3.系統(tǒng)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(shù)的基礎(chǔ)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(shù)字技術(shù)而興起，后來出現(xiàn)基于第二代技術(shù)發(fā)展起來的第三代移動通信，在架構(gòu)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之前，在第三代移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的覆蓋全球的大部分無線基礎(chǔ)設(shè)施，都需要經(jīng)歷著大量的變化和更新才會轉(zhuǎn)向提供語音及高速網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)和開發(fā)也會遇到比以前三代系統(tǒng)建設(shè)更多的困難和麻煩。簡單說就是，每當一種新的技術(shù)推出時，其后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)終端設(shè)計和開發(fā)必須及時能跟上步伐，才能使新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到很快推廣和應(yīng)用。通信終端的生產(chǎn)滯后于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，這卻勢必會減緩4G通信技術(shù)全面進入市場以及占領(lǐng)市場的速度。也就是說，第四代移動通信系統(tǒng)的市場消化還需要逐步過渡。系統(tǒng)或終端的短缺延遲了4G通信網(wǎng)絡(luò)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(yè)的發(fā)展。

4.我國4G通信資費的現(xiàn)狀

近年來隨著技術(shù)發(fā)展，運營商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)資源、業(yè)務(wù)成本與用戶需求環(huán)境下從業(yè)務(wù)重心出發(fā)，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(yīng)該根據(jù)自己的需求，選擇性價比高的運營商。用戶一直以來十分關(guān)注的價格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下，但計費方式更加靈活機動，根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)成為4G的一大賣點。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也讓用戶對的流量需求不斷增加，早日建立合理的4G網(wǎng)絡(luò)通信資費系統(tǒng)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(xiàn)出對4G資費的擔憂與不適。

三、4G網(wǎng)絡(luò)通信中的關(guān)鍵技術(shù)詳細分析

1.Orthogonal Frequency Division Multiplexing技術(shù)

正交頻分復用技術(shù)是Long Term Evolution 系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)與核心。往往OFDM系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定會影響整個系統(tǒng)的性能。所以對于OFDM系統(tǒng)的最基本參數(shù)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(huán)前綴Cyclic Prefix的長度決定了正交頻分復用技術(shù)系統(tǒng)的抗多徑能力和覆蓋能力。Long Term Evolution系統(tǒng)采用長短兩套循環(huán)前綴方案將待傳輸?shù)母咚俅袛?shù)據(jù)經(jīng)串并變換，利用長Cyclic Prefix克服多徑干擾和正交頻分復用技術(shù)減小信號波形間的干擾，支持大面積的用戶小區(qū)覆蓋和多小區(qū)廣播業(yè)務(wù)的展開。OFDM技術(shù)的主要原理是把需要傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流進行分解，無數(shù)個傳輸速率較低的并行數(shù)據(jù)流被轉(zhuǎn)換到相互正交的子載波上進行傳輸，最后保證高速數(shù)據(jù)傳輸。

2.調(diào)制和編碼技術(shù)

第四代通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一就是編碼和調(diào)制技術(shù)，4G移動通信系統(tǒng)采用多種調(diào)制和多種編碼技術(shù)，根據(jù)其原理，充分發(fā)揮調(diào)制編碼有效性、可靠性和安全性的特點，有效利用調(diào)制和編碼技術(shù)可以在不影響系統(tǒng)的傳輸速率的前提條件下，實施準確的編碼和調(diào)制，保證其系統(tǒng)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(shù)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(chǎn)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(tǒng)的覆蓋范圍。MIMO作為提高系統(tǒng)輸率的最主要手段，分為發(fā)射分集和空間復用兩大類?？紤]采用的發(fā)射分集方案包括塊狀編碼傳送分集，而選擇的預(yù)編碼技術(shù)是基于預(yù)編碼向量。

4.智能天線技術(shù)

智能天線通過形成波束在空間域內(nèi)抑制交互干擾改善信號質(zhì)量，并增強特殊范圍內(nèi)想要的信號并增加傳輸?shù)娜萘?，說來也就是4G網(wǎng)絡(luò)通信的重要一部分，也是通信技術(shù)的關(guān)鍵。它的原理是為實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)射，使用天線陣和相干無線收發(fā)信機來進行調(diào)控，對于保證通訊品質(zhì)大有裨益。同時，利用基帶數(shù)字信號處理器，進行上行波束賦形。其中，包括了波束轉(zhuǎn)換天線與自適應(yīng)天線陣，波束轉(zhuǎn)換天線檢測信號強度，主要用于模擬通信系統(tǒng)。自適應(yīng)天線陣主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)，用反饋控制方法自動調(diào)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(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)模轉(zhuǎn)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(tǒng)開放式結(jié)構(gòu)，其軟件系統(tǒng)相當復雜，有各類無線信令規(guī)則與處理軟件、調(diào)制解調(diào)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的平臺兼容。

6.多用戶檢測技術(shù)

多用戶檢測技術(shù)指的是對單個用戶的信號進行檢測，利用現(xiàn)有資源，解決了遠近效應(yīng)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(xiàn)系統(tǒng)對功率控制精度的降低，以強大的抗干擾性能提高系統(tǒng)容量，從而多用戶檢測技術(shù)也躋身4G網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)之列。

7.以IP為中心

全IP的網(wǎng)絡(luò)是4G網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)立足的土壤，具有開放的結(jié)構(gòu)，允許各種空中接口接入，具有優(yōu)良的兼容性。能把業(yè)務(wù)、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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的優(yōu)勢特征

1.通信速度快和容量大

相比前三代通信技術(shù)，第一代模擬式僅提供語音服務(wù)，第二代數(shù)位式移動通信系統(tǒng)傳輸速率最高也只有32Kbps，第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率達到2Mbps，第四代網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)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(guān)注的熱點，同時也是4G網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)，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(yīng)資源分配和自我管理結(jié)構(gòu)等通信過程中，第四代移動通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，終端多樣化等功能狀態(tài)的實現(xiàn)。并且4G的強大還在于能夠?qū)崿F(xiàn)多部手機之間的兼容，體現(xiàn)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(yè)務(wù)的普適性

近年，人們快節(jié)奏以及多樣化的生活方式使得通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)視頻、語音聊天、微博互粉等交互方式。甚至將聯(lián)系、娛樂、影視傳媒、廣播、企業(yè)、工作等聯(lián)系在一起。事實上，4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在特定的領(lǐng)域中上述的技術(shù)服務(wù)已經(jīng)可以得到滿足，所以第四代網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)具有強大的普適性。

4.滿足用戶共存

4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以自主去連接不同的網(wǎng)絡(luò)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(wěn)的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的智能性更高，表現(xiàn)之一是4G通信的終端設(shè)備的設(shè)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(xiàn)二是4G手機的智能化的感應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定，適時地對操作人員工作學習娛樂進行提醒。

五、4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢與應(yīng)用前景

1.4G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

4G 網(wǎng)絡(luò)把互聯(lián)網(wǎng)的速度和移動性完美融合，令無線網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)進行互動，提高了人們的工作效率和生活品質(zhì)，受到大眾的歡迎與關(guān)注。

2.4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用前景

4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)憑借其時效性和移動性，帶來廣闊的應(yīng)用領(lǐng)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(wǎng)利用社交軟件與親友聯(lián)系，創(chuàng)造了廣闊的市場。其二，4G在射頻測量技術(shù)中也有應(yīng)用，如對于射頻信號源、射頻頻譜以及射頻信號分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等射頻測量技術(shù)等，4G網(wǎng)絡(luò)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(jié)束語

現(xiàn)代的世界無法離開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在生產(chǎn)和生活上都得到廣泛的運用，深深融入現(xiàn)代市場經(jīng)濟的發(fā)展，給世界的多元性和多樣化帶來深刻的改變，數(shù)據(jù)通信與多媒體發(fā)展成為大眾生活的一部分。4G網(wǎng)絡(luò)通信滿足人們對生活和工作的高標準要求，是通信技術(shù)發(fā)展的里程碑。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，相信4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)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(wèi)瑩（1980年1月），女，西安電信分公司，工程師，710004。