4G网络通信技术及发展前景

引言：21世纪是网络的时代，网络技术在生产和生活上都得到广泛的运用，并深深融入现代市场经济的发展，给世界的多元性和多样化带来了深远的变革。数据通信与多媒体发展成为大众生活的一部分，4G网络通信技术为适应移动数据以及移动计算和移动多媒体运作起到了巨大的促进作用。本文就第四代移动通信发展要点、现状及前景展开分析。

引言：在这个日新月异的网络世界，通信技术应用需求飞速发展，关键技术的支撑才可以保证4G移动通信技术的运用的普及性与适用性。从20世纪60年代开始，计算机网络逐步成长，在此期间，计算机网络通信系统发展的关键就是通信技术，它关系着信息处理和信息传递与流通共享，而4G网络则推进了无线网络的快速发展。就其运用性而言，4G移动通信技术在智能家居、智能手机通信、智能交通、射频测量等等方面都占据重要作用。4G网络通信技术的发展将给整个移动通信产业带来广阔的运用领域和市场。

一、4G网络通信技术定义

1.4G网络通信技术即第四代移动通信技术，有着FD-LTE和TD-LTE两种技术标准，指的是多种无线技术的综合系统，是现有的3G通信网络的升级版，具有可以在不同的固定平台、无线平台和跨越不同频带的网络中提供服务的特征，可以定位定时、数据采集、远程控制，具有下载传输速度快、沟通时延小、质量高等优点。也就是说，4G静态传输速率满足1Gbps，而在高速移动状态下可以达到100Mbps，作为4G的技术之一，可以在任何网络覆盖的地方宽带接入互联网，不过分的说4G是未来无线传输的主流技术。它融合了WLAN系统与3G网络技术，因为它的优越性而成为未来市场的核心。

2.4G网络以正交频分复用为核心技术，在解决用户使用手机电视和视频通话方面信号不稳、视频通话效果不好等方面能够提供更为高效的数据速率，能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品，能夠满足几乎所有用户对于无线服务的要求。很明显在数据传输、容量和带宽方面4G更接近个人通信，有着3G不可比拟的优越性。

3.4G网络具有三层网络结构，物理网络层、中间环境层和应用网络层。其中，物理网络层可以为接入和路由选择功能提供路径，结合了无线和核心网格式。中间环境层的主要功用是致力于网络服务质量的映射、网络地址变换以及完全性管理。而应用网络层与物理网络层、中间环境层可以提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带，适应于多个无线标准及多模终端，用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游，跨越多个运营商和服务商。

二、4G网络通信技术的四大现状

1.实际容量跟不上理论状态

高清视频通话、实时热门直播、高速移动上网、多种移动宽带服务等等暗示着4G通信与众不同的传输速度。理论上，4G网络技术静态传输速率可满足1Gbps，而在高速移动状态下可以达到100Mbps，完全可以解决用户的智能手机需求，但现实中，真的可以如愿以偿吗？专家表示用户所期待的智能手机的速度将会受到系统容量有限、通信系统容量的限制，实际4G手机会很难达到其理论速度。无线接入网络的拥堵意味着4G手机用户越多，无线网络的使用速度就会越慢。

2.标准多而技术难

早在3G手机时代，由于没有统一的国际标准，各种互不兼容移动通信系统就已是世界各大通信厂商所苦恼的问题，也给跨界的用户带来不便。4G网络通信技术也逃不过这一选题，要想让全球范围内用户进行移动通信，开发第四代移动通信系统统一的通信制式是必经之路。但众口难调，通信格式统一之路非一日之功。相信4G通信网络技术会带给世界革命性的变化，但是目前想要做到普及还有相当大的难度。事实上，4G通信的下载速度还面临着一系列技术问题。楼区、山区、有障碍物区都会使4G网络信号强度受到影响。再者说，第四代无线通信网络的架构相当复杂，WLAN、视频广播系统、数字音频、3G和2G通信系统、蓝牙技术系统、卫星通信系统、以及固定无线网接入系统，是相当复杂的通信系统网络结构，因而，这也是影响老百姓享用4G网络进程的原因之一。

3.系统或终端短缺

在上世纪八十年代，第一代移动通信在模拟技术的基础上形成，是指最初的模拟仅限语音的蜂窝电话。九十年代，第二代移动通信融合了数字技术而兴起，后来出现基于第二代技术发展起来的第三代移动通信，在架构4G通信网络系统之前，在第三代移动通信系统基础上建立的覆盖全球的大部分无线基础设施，都需要经历着大量的变化和更新才会转向提供语音及高速网络的第四代移动通信。4G通信在功能日益增多，而与此同时，4G网络系统的建设和开发也会遇到比以前三代系统建设更多的困难和麻烦。简单说就是，每当一种新的技术推出时，其后的网络系统终端设计和开发必须及时能跟上步伐，才能使新网络技术得到很快推广和应用。通信终端的生产滞后于网络建设，这却势必会减缓4G通信技术全面进入市场以及占领市场的速度。也就是说，第四代移动通信系统的市场消化还需要逐步过渡。系统或终端的短缺延迟了4G通信网络的普及，影响着4G的赢利计划与投资回收，从而延缓整个行业的发展。

4.我国4G通信资费的现状

近年来随着技术发展，运营商网络的数据容量和传输速度高速提升，单位流量的成本已大幅下降，我国三大运营商在4G资费方面，各有千秋。三大运营商在新的网络资源、业务成本与用户需求环境下从业务重心出发，将重点投放在流量而非电话和短信上，4G资费下降成为大势所趋。用户应该根据自己的需求，选择性价比高的运营商。用户一直以来十分关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，但计费方式更加灵活机动，根据自身的需求确定所需的服务成为4G的一大卖点。与此同时，互联网的发展，也让用户对的流量需求不断增加，早日建立合理的4G网络通信资费系统也是大势所趋。但目前很多用户反映，流量消耗速度太快，表现出对4G资费的担忧与不适。

三、4G网络通信中的关键技术详细分析

1.Orthogonal Frequency Division Multiplexing技术

正交频分复用技术是Long Term Evolution 系统的技术基础与核心。往往OFDM系统参数的设定会影响整个系统的性能。所以对于OFDM系统的最基本参数载波间隔要十分重视，不容有失。理论分析与仿真比较是可行的方案，循环前缀Cyclic Prefix的长度决定了正交频分复用技术系统的抗多径能力和覆盖能力。Long Term Evolution系统采用长短两套循环前缀方案将待传输的高速串行数据经串并变换，利用长Cyclic Prefix克服多径干扰和正交频分复用技术减小信号波形间的干扰，支持大面积的用户小区覆盖和多小区广播业务的展开。OFDM技术的主要原理是把需要传输的串行数据流进行分解，无数个传输速率较低的并行数据流被转换到相互正交的子载波上进行传输，最后保证高速数据传输。

2.调制和编码技術

第四代通信系统关键技术之一就是编码和调制技术，4G移动通信系统采用多种调制和多种编码技术，根据其原理，充分发挥调制编码有效性、可靠性和安全性的特点，有效利用调制和编码技术可以在不影响系统的传输速率的前提条件下，实施准确的编码和调制，保证其系统完好的性能。

3.多输入与多输出

基站和移动终端往往有多个天线，MIM0技术提供很高的频谱利用率，改善无线信道的性能，避免类似信令风暴的产生，充分利用空间传播中的多径分量，增加空间容量，提供空间复用增益和空间分集增益，从而提高无线系统的覆盖范围。MIMO作为提高系统输率的最主要手段，分为发射分集和空间复用两大类。考虑采用的发射分集方案包括块状编码传送分集，而选择的预编码技术是基于预编码向量。

4.智能天线技术

智能天线通过形成波束在空间域内抑制交互干扰改善信号质量，并增强特殊范围内想要的信号并增加传输的容量，说来也就是4G网络通信的重要一部分，也是通信技术的关键。它的原理是为实现射频信号的接收和发射，使用天线阵和相干无线收发信机来进行调控，对于保证通讯品质大有裨益。同时，利用基带数字信号处理器，进行上行波束赋形。其中，包括了波束转换天线与自适应天线阵，波束转换天线检测信号强度，主要用于模拟通信系统。自适应天线阵主要用于数字通信系统，用反馈控制方法自动调准天线阵的方向图，使它在干扰方向形成零陷，抵消干扰信号。

5.软件无线电

软件无线电的工作原理是使宽带模数转换器以及数模转换器等先进的模块最大限度的靠近射频天线的要求。用软件加载方式，打开各类无线电通信系统开放式结构，其软件系统相当复杂，有各类无线信令规则与处理软件、调制解调算法软件、信道纠错编码、信源编码软件、信号流变换软件等等，帮助保证4G网络技术的平台兼容。

6.多用户检测技术

多用户检测技术指的是对单个用户的信号进行检测，利用现有资源，解决了远近效应的问题，利用了造成多址干扰的所有用户信号信息，有效实现系统对功率控制精度的降低，以强大的抗干扰性能提高系统容量，从而多用户检测技术也跻身4G网络通信的关键技术之列。

7.以IP为中心

全IP的网络是4G网络通信系统立足的土壤，具有开放的结构，允许各种空中接口接入，具有优良的兼容性。能把业务、控制和传输间的范围控制好，具有很大的灵活性与兼容性。保证4G核心网在没有外界干扰情况下获得一个可以使用的路由地址，保证用户的便捷。

四、4G网络通信技术的优势特征

1.通信速度快和容量大

相比前三代通信技术，第一代模拟式仅提供语音服务，第二代数位式移动通信系统传输速率最高也只有32Kbps，第三代移动通信系统数据传输速率达到2Mbps，第四代网络通信系统传输速率最高可以达到100Mbps，完全是革命性的变革。4G通信的一大特征当属具有更快的无线通信速度的传输速度。速率的提高和容量的增大是人们关注的热点，同时也是4G网络通信的主打宣传点，其主要作用就是可以给人们的生活带来了无可比拟的便捷与安适感。

2.强大的兼容性

4G通信虽然功能强大但就目前我国的通信基础，要让更多的通信用户过渡到4G通信，需要强大的兼容性与灵活性。在需要适应资源分配和自我管理结构等通信过程中，第四代移动通信系统以较强的兼容性和灵活性尽量靠近全球漫游，接口开放，跟多种网络互联，终端多样化等功能状态的实现。并且4G的强大还在于能够实现多部手机之间的兼容，体现了很好的兼容性和智能性，4G手机的功能可以与一台小型电脑媲美。

3.融合多种业务的普适性

近年，人们快节奏以及多样化的生活方式使得通信网络已经不局限于电话、短信、语音。相反，人们更热衷于追求的是更方便快捷的网络视频、语音聊天、微博互粉等交互方式。甚至将联系、娱乐、影视传媒、广播、企业、工作等联系在一起。事实上，4G网络通信技术在特定的领域中上述的技术服务已经可以得到满足，所以第四代网络通信系统具有强大的普适性。

4.满足用户共存

4G网络通信技术一个特点就是多类型用户的共存。多类型用户共存就是4G网络通信技术可以自主去连接不同的网络信道，通过选择不同的运营商和不同速率为用户打造最快最安稳的网络空间，并且满足双向的下载和传递资料、图画、影像等。

5.智能性能高

紧跟时代，第四代网络通信技术的智能性更高，表现之一是4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，大大降低对菜单和滚动操作的依赖程度；表现二是4G手机的智能化的感应系统，根据设定，适时地对操作人员工作学习娱乐进行提醒。

五、4G网络技术的发展趋势与应用前景

1.4G 网络通信技术的发展趋势

4G 网络把互联网的速度和移动性完美融合，令无线网络的面貌焕然一新。毋庸置疑，4G等同于宽带速度，满足了人们在家庭、办公场所和地铁等地对互联网的无线访问，让广大群众以前所未有的方式，随时在更多地点与互联网进行互动，提高了人们的工作效率和生活品质，受到大众的欢迎与关注。

2.4G网络通信技术的应用前景

4G网络技术凭借其时效性和移动性，带来广阔的应用领域和市场。其中智能手机，是4G的一大用武之地。利用4G，年轻用户可以随时随地的上网利用社交软件与亲友联系，创造了广阔的市场。其二，4G在射频测量技术中也有应用，如对于射频信号源、射频频谱以及射频信号分析仪、网络分析仪等射频测量技术等，4G网络拥有的高频谱带宽可以满足射频测量提出的快速度、高精度的要求。

六、结束语

现代的世界无法离开网络，网络技术在生产和生活上都得到广泛的运用，深深融入现代市场经济的发展，给世界的多元性和多样化带来深刻的改变，数据通信与多媒体发展成为大众生活的一部分。4G网络通信满足人们对生活和工作的高标准要求，是通信技术发展的里程碑。随着科学技术的发展，相信4G网络通信技术会让我们的生活越来越美好。

参考文献

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（作者单位：西安电信分公司）

作者简介

卫莹（1980年1月），女，西安电信分公司，工程师，710004。