邵淑芹 張活鋒

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現(xiàn)代通信中的4G技術(shù)分析

邵淑芹 張活鋒

廣東宜通世紀(jì)科技股份有限公司，廣東 廣州 510000

4G技術(shù)即IMT-Advanced技術(shù)，它在2005年被命名提出，形成準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)，與業(yè)內(nèi)的TD-LTE-Adavanced技術(shù)相關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)代通信領(lǐng)域，4G技術(shù)的應(yīng)用范圍已相當(dāng)廣泛。它作為當(dāng)今人類通信領(lǐng)域的重大變革與發(fā)展標(biāo)志而存在，帶給人們更快的傳輸速度、更優(yōu)質(zhì)的解析圖像以及更高能的信息頻率，基本滿足了不同行業(yè)領(lǐng)域的各種業(yè)務(wù)應(yīng)用發(fā)展需求。從技術(shù)角度分別分析了現(xiàn)代4G通信技術(shù)在廣播電視、智能天線以及無線網(wǎng)絡(luò)中的基本應(yīng)用。

4G技術(shù)；廣播電視；智能天線；無線網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代通信領(lǐng)域已發(fā)展到第四代移動(dòng)通信技術(shù)，即4G技術(shù)。它所采用的是不同于3G技術(shù)的CDMA正交頻分復(fù)用（OFDM）與正交頻分多址（OFDM access）兩種通信技術(shù)，從本質(zhì)上集合了3G與WLAN的一體化長期演進(jìn)技術(shù)類型，即LTE（Long Term Evolution），所以4G技術(shù)又被稱之為4G LTE技術(shù)。新技術(shù)不但能提供3G已有的通信服務(wù)功能，還能基于高速寬帶無線接入滿足新興技術(shù)要求，目前它已被應(yīng)用于廣播電視、多媒體互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等等領(lǐng)域，還被認(rèn)為是下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)IMT-Advanced。由于該技術(shù)所展現(xiàn)出的數(shù)據(jù)快速傳輸能力與高質(zhì)量視頻、音頻及圖像能力相當(dāng)優(yōu)秀，所以它在全球的發(fā)展進(jìn)步也相當(dāng)快。

1 現(xiàn)代通信中4G技術(shù)的基本特征

4G技術(shù)全方位優(yōu)于上一代技術(shù)，具體來講它的優(yōu)勢(shì)特征就體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

1.1 極強(qiáng)的信號(hào)傳播能力

近年來，3G技術(shù)在我國通信市場中已經(jīng)成熟，但其所能覆蓋的面積有限，基本上無法實(shí)現(xiàn)全方位信號(hào)接收，很多情況下容易出現(xiàn)通信質(zhì)量低下的現(xiàn)實(shí)問題。而4G技術(shù)則完美地解決了這一問題。它擁有極強(qiáng)的信號(hào)傳播能力，在滿足常規(guī)通信功能要求的同時(shí)，也能滿足某些高圖畫質(zhì)量要求的電視業(yè)務(wù)及視頻會(huì)議功能要求。目前，國內(nèi)的移動(dòng)通信運(yùn)營商所采用的是3G與4G混合服務(wù)的通信模式，在滿足基本通信功能的基礎(chǔ)上也為用戶提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)信息交換服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多媒體通信。

1.2 極快的傳輸速度

4G技術(shù)擁有較快的通信傳輸速度，這是因?yàn)樗木W(wǎng)絡(luò)頻寬在2～8?GHz。這一數(shù)據(jù)相當(dāng)于3G網(wǎng)絡(luò)通信通用頻寬的20倍左右。在上行速度方面，4G也能達(dá)到3G的20倍以上（20?MB/s）。從整體表現(xiàn)來看，4G技術(shù)的接入能力更強(qiáng)，這保證了它始終擁有較快的傳輸速度，規(guī)避了傳統(tǒng)通信技術(shù)存在的速率缺陷劣勢(shì)，如此速度環(huán)境下的4G通信也更流暢。

1.3 極高的智能化水平

4G技術(shù)是典型的高智能水平技術(shù)。它的高智能化主要體現(xiàn)在它的應(yīng)用功能方面，比如它擁有自主選擇和處理能力。舉個(gè)例子，4G手機(jī)可時(shí)刻根據(jù)用戶需求提供個(gè)性化定制服務(wù)，比如人們比較常用的地理位置定位。雖然該技術(shù)在3G網(wǎng)絡(luò)上就已經(jīng)有所體現(xiàn)，但4G技術(shù)支持下的地理位置定位則更精確、更快速，可為用戶提供導(dǎo)航設(shè)備一般的定位系統(tǒng)服務(wù)，非常便利。

1.4 極靈活的通信方式

4G移動(dòng)通信技術(shù)背景下的各種通信工具顯然更靈活，通信方式種類更多，比如它就已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)語音通信模式，而是擁有全新的視頻通信模式。這是對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)終端服務(wù)的完善過程。為了體現(xiàn)通信方式的靈活性，這種高智能化的通信模式隨時(shí)隨地都可以展開，不受時(shí)間、空間等環(huán)境的限制?；谶@一功能，4G通信技術(shù)也將手機(jī)與多媒體平臺(tái)及計(jì)算機(jī)電腦上的所有功能都串聯(lián)起來，讓手機(jī)用戶僅僅依靠一只手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)更多種類的通信方式應(yīng)用，使得人們的社交活動(dòng)變得更加高效率，社交內(nèi)容也越來越豐富精彩[1]。

2 4G技術(shù)在各個(gè)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

4G技術(shù)目前在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中普及應(yīng)用率極高，比如在廣播電視領(lǐng)域、無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域等等都有廣泛應(yīng)用。圍繞這些領(lǐng)域談?wù)?G技術(shù)的具體應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)。

2.1 4G技術(shù)在廣播電視通信領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

在廣播電視通信領(lǐng)域，4G技術(shù)主要應(yīng)用于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)P2P（Peer to Peer）中。它與P2P技術(shù)融合共同進(jìn)行資源挖掘，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)資源并記錄資源的運(yùn)用及管理過程。目前的P2P結(jié)合4G技術(shù)的資源發(fā)掘方式主要包括兩種：集中目錄式與泛洪請(qǐng)求式。其他策略則主要基于這兩種策略拓展演變得出。

在當(dāng)前的4G廣播電視直播系統(tǒng)中，P2P技術(shù)的出現(xiàn)也間接優(yōu)化了4G技術(shù)，將廣播電視向網(wǎng)絡(luò)媒體的方向發(fā)展推進(jìn)，例如人們熟悉的PPS、PPlive、芒果TV都是以P2P技術(shù)為基礎(chǔ)依托的高效率、高頻段直播應(yīng)用軟件。P2P技術(shù)與4G技術(shù)的融合主要體現(xiàn)在終端與終端之間的視頻數(shù)據(jù)流交互轉(zhuǎn)換技術(shù)過程中，二者交互融合的目的還在于最大限度保證系統(tǒng)內(nèi)用戶的視頻資源共享發(fā)展優(yōu)勢(shì)。例如，當(dāng)前的4G廣播電視就已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)智能終端上，只要下載相應(yīng)的軟件就能收看TV在線直播，甚至能實(shí)現(xiàn)視頻下載、點(diǎn)播等功能操作。客觀地講，4G廣播電視直播系統(tǒng)已完全突破了傳統(tǒng)直播技術(shù)所存在的地點(diǎn)空間限制。它的直播系統(tǒng)形式更加自由化、智能化與人性化，可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接駁，通過強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)現(xiàn)更多資源共享過程，滿足用戶的多元化需求[2]。

2.2 4G技術(shù)在智能天線技術(shù)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

從通信專業(yè)技術(shù)角度講，4G技術(shù)的基礎(chǔ)是基于IP地址的高度智能化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，所以它的靈活性、智能性與適應(yīng)性更強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋和無縫切換連接，滿足高速率數(shù)據(jù)傳輸過程。從智能天線技術(shù)應(yīng)用角度來看，它運(yùn)用到了4G技術(shù)的OFDM技術(shù)內(nèi)容，可將頻域信道劃分為多個(gè)呈現(xiàn)相互正交狀態(tài)的子信道，且每一個(gè)子信道上都擁有一個(gè)子載波，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸調(diào)制過程。另外，它還應(yīng)用到了軟件無線電SDR（Software Defined Radio）技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于可以結(jié)合無線信令及各種編碼軟件滿足物理層連接要求，豐富通信方式，即實(shí)現(xiàn)多層次、多模式、多通路的通信交互過程，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的無障礙數(shù)據(jù)傳輸。從更深層次來講，它所采用的MIMO多入多出技術(shù)更加嚴(yán)謹(jǐn)，且技術(shù)內(nèi)容更加豐富，例如它的多輸入與多輸入通信方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間天線信道的大幅分集及復(fù)用增益，對(duì)信道信號(hào)傳輸頻率提升很有幫助。

智能天線運(yùn)用到了這些相對(duì)復(fù)雜，但功能性極強(qiáng)的4G技術(shù)分支內(nèi)容。它首先建立了自適應(yīng)天線陣列，可應(yīng)用于空間濾波及目標(biāo)定位領(lǐng)域，如軍事、氣象、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等領(lǐng)域都會(huì)運(yùn)用到它。它的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也相當(dāng)成熟，利用到了多個(gè)天線陣元組成全新的數(shù)字信號(hào)列陣，專門處理各種無線電波導(dǎo)向問題，明確無線電波的傳輸方向，最終充分獲取目標(biāo)移動(dòng)用戶的目標(biāo)信號(hào)內(nèi)容，同時(shí)做到抑制、消除其他各種干擾信號(hào)，保證信號(hào)傳輸?shù)母咝屎透哔|(zhì)量。

在智能天線應(yīng)用過程中，重點(diǎn)要突出它的智能性特點(diǎn)，基于信號(hào)傳輸目標(biāo)進(jìn)行波達(dá)位置定位，分析信號(hào)的傳輸時(shí)間、頻率以及碼元，看其是否會(huì)在傳輸過程中生成定向波束。如果會(huì)，則要主動(dòng)切換天線方位圖，結(jié)合目前的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)重新建立針對(duì)目標(biāo)用戶的最佳信號(hào)波束，爭取在短時(shí)間內(nèi)將高增益載波束完全指向目標(biāo)用戶，最終做到信號(hào)最佳傳輸過程?？傮w來講，這種智能天線實(shí)現(xiàn)的智能化功能基本能夠滿足當(dāng)前4G技術(shù)的自適應(yīng)空間數(shù)字處理技術(shù)要求，如目前的4G智能天線就能夠滿足對(duì)4G通信系統(tǒng)的完全優(yōu)化。它與MIMO相互結(jié)合，共同構(gòu)建多天線陣元分級(jí)傳輸技術(shù)體系，能夠?qū)⒛承┮呀?jīng)衰減的信號(hào)重新增強(qiáng)[3]。

2.3 4G技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)安全通信領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

在某些沒有Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)的普通環(huán)境中，4G會(huì)建立起自己的無線網(wǎng)絡(luò)通信空間，為用戶提供正常的上網(wǎng)環(huán)境。在4G無線網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置中，它主要基于4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行傳輸?shù)母咚俾逝c高穩(wěn)定性兩點(diǎn)特征實(shí)現(xiàn)對(duì)無線局域網(wǎng)絡(luò)可移動(dòng)性、拓展性與兼容性的全面優(yōu)化。從安全角度講，4G網(wǎng)絡(luò)還能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能終端與用戶的直接連接，基于無線智能終端中的各種應(yīng)用程序來提高通信水平優(yōu)化，同時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)通信過程中存在的各種復(fù)雜信息和安全隱患，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。從目前4G技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)安全通信領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展進(jìn)程來看，它希望實(shí)現(xiàn)以下六個(gè)方面內(nèi)容。

第一，盡量做到對(duì)移動(dòng)智能終端的有效控制，一次性完成所有無線通信任務(wù)量，避免為移動(dòng)智能終端積累任務(wù)量。因?yàn)槿蝿?wù)量越多，無線通信網(wǎng)絡(luò)所提供的數(shù)據(jù)處理功能就越薄弱，數(shù)據(jù)處理效果也就越差。

第二，盡量控制每一條通信信息的長度與內(nèi)容，避免因?yàn)樾畔⑦^長而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延誤，要保證4G技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝市浴?/p>

第三，保證無線通信網(wǎng)絡(luò)的安全維護(hù)程序被用戶所了解，按照用戶要求對(duì)安全維護(hù)程序進(jìn)行或局部、或全局的完善。

第四，采用合理的無線網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，并為用戶提供信息數(shù)據(jù)查詢訂閱功能。

第五，根據(jù)用戶需求及能力來設(shè)置4G通信網(wǎng)絡(luò)安全防范措施，盡量保證所有的安全防范措施都在移動(dòng)智能終端中完成，最大限度減少用戶的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用負(fù)擔(dān)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)整體質(zhì)量。

第六，根據(jù)用戶的實(shí)際應(yīng)用情況做到隨時(shí)調(diào)整無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，保證4G技術(shù)應(yīng)用在無線通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)制中的技術(shù)、功能靈活性[4]。

3 總結(jié)

總而言之，4G技術(shù)在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，其凸顯的各項(xiàng)功能也在文中有所描述。它實(shí)現(xiàn)了各個(gè)領(lǐng)域中的智能通信要求，滿足了信息快速精確互聯(lián)，促進(jìn)了國家移動(dòng)通信事業(yè)的快速向前發(fā)展，也契合了某些新技術(shù)內(nèi)容，深度挖掘了自身潛力，做到了將智能化、數(shù)字化、個(gè)性化與多媒體化融為一體，成為人類未來通信事業(yè)發(fā)展的核心關(guān)鍵。

[1]謝文輝. 4G技術(shù)在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用與發(fā)展初探[J].硅谷，2014（11）：6，16.

[2]李偉. 4G技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用[D]. 天津：天津大學(xué)，2015.

[3]王亞軍，張艷. 4G通信中的關(guān)鍵技術(shù)之智能天線技術(shù)[J]. 信息通信，2015（1）：213-214，215.

[4]吳禮友. 4G通信技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)安全通信探討[J]. 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2017（11）：94-95.

Analysis of 4G Technology in Modern Communication

Shao Shuqin Zhang Huofeng

Guangdong Eastone Century Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510000

4G technology is IMT-Advanced technology. It was named in 2005 and formed a quasi-4G standard, which is related to the industry’s TD-LTE-Adavanced technology. In the field of modern communications, the application of 4G technology has become quite extensive. It exists as a sign of major changes and developments in today’s human communication field, bringing people faster technical speeds, better analytic images, and higher information frequencies, which basically meet the needs of various business applications in different industries. From the technical point of view, the basic application of modern 4G communication technology in broadcast television, smart antenna and wireless network is analyzed.

4G technology; broadcast television; smart antenna; wireless network

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