４Ｇ移動通信將對人們生活產生什么樣的影響

摘 要： 隨著數據通信與多媒體業務需求的發展，適應移動數據、移動計算及移動多媒體運作需要的第四代移動通信開始興起。本文簡單介紹了4G概念與4G的關鍵技術，重點討論了4G對人們生活的影響。

關鍵詞： 4G 移動通信 影響

時代在不斷發展，科技在不斷進步，人類在科技的道路上探索并前進著。僅僅從移動通信軟件系統與硬件設備更新換代的速度上，我們就可以感覺到科技發展的速度如此之快。現在“3G通信”幾乎成為人們的口頭禪，電視里不斷播放著3G的廣告，大街小巷里也貼滿了3G的宣傳畫，所謂的3G時代已經到來。正當人們還在著迷于3G移動通信給生活帶來的便利之時，開發商們已經開始了4G移動通信的開發與研究。

1. 4G概念與特點

隨著用戶對帶寬的需求的增加，通信技術的發展一度出現2.5G和2.75G的中間過渡代。當3G移動業務剛剛邁出腳步，就出現了支持語音、數據和視頻三種格式的傳輸技術高速下行鏈路分組接入技術。與此同時，真正意義上的寬帶數據速率標準4G概念也開始出現，但目前對4G通信還沒有精確的定義。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網、移動寬帶系統、互操作的廣播網絡和衛星系統等，將是多功能集成的寬帶移動通信系統，可以提供的數據傳輸速率高達100Mbit/s甚至更高，也是寬帶接入IP系統。簡單而言，4G是一種超高速無線網絡，一種不需要電纜的信息超級高速公路。這種新網絡可使電話用戶以無線形式實現全方位虛擬連接。4G最突出的特點之一，就是網路傳輸速率可以達到前所未有的100Mbit/s，完全能夠滿足用戶的上網需求。4G系統總的技術目標和特點可以概括為：系統具有更高的數據率、更好的業務質量（QoS）、更高的頻譜利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的傳輸質量、更高的靈活性；支持非對稱性業務，并能支持多種業務；體現移動與無線接入網和IP網絡不斷融合的發展趨勢。

2. 4G移動通信關鍵技術

4G通信技術并沒有脫離以前的通信技術，而是以傳統通信技術為基礎，不斷提高無線通信的網絡效率和功能。4G的概念涵蓋了現有的3G、3G增強型技術，以及蜂窩移動通信系統和無線接入/無線局域網(WLAN)。與傳統的通信技術相比，4G通信技術最明顯的優勢在于通話質量及數據通信速度。

2.1 MIMO技術

MIMO（Multiple-InputMultiple-Out-put），即多輸入多輸出系統。如圖1所示，該技術是利用多天線來抑制信道衰落。MIMO技術的空間復用就是在發射端與接受端使用多個天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個數據通道發射信號，從而使信道容量隨著天線數量的增大而線性增加。也就是說利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。利用MIMO技術可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。實現空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。目前MIMO技術領域另一個研究熱點就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼?？諘r碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。

2.2 OFDM技術

OFDM（MCM Multi-CarrierModulation），即正交頻分復用技術，根據多徑信道在頻域中所表現出頻率選擇性衰落特性，提出正交頻分復用的調制技術。如圖2所示，正交頻分復用的基本原理是把高速的數據流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干子信道中進行傳輸，在頻域內將信道劃分為若干互相正交的子信道，每個子信道均擁有自己的載波分別進行調制，信號通過各個子信道獨立傳輸。在OFDM系統中，在OFDM符號之間插入保護間隔來保證頻域子信道之間的正交性，消除OFDM符號之間的干擾。

需要注意的是在發送端實際發送1個OFDM時域序列的長度為Nd+Nc，Nd是一個OFDM符號能夠傳送的頻域符號數，加在前面長度為Nc的序列稱為循環前綴（CyclicPrefix）或防護間隔（GuardInterval），利用它使得前OFDM符號對當前OFDM符號的干擾只影響到循環前綴部分，不會對當前OFDM符號造成影響，這就有效地消除了OFDM符號之間的干擾（ISI）。引入循環前綴會使系統的傳輸效率有所下降，但這是為保證OFDM子載波之間的正交性和消除OFDM符號間干擾所必須付出的代價。因為OFDM有很多獨特的優點，所以OFDM技術越來越受到人們的關注。

2.3 SDR技術

SDR（Softward Defined Radio），即軟件無線電技術，它采用信號處理技術在可編程控制的通用硬件平臺上，把盡可能多的無線與個人通信的功能通過可編程軟件來實現，使其成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號傳輸與處理的無線電系統。

軟件無線電的核心技術是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數字/模擬”轉換器，盡早地完成信號的數字化，從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現?？傊浖o線電是一種基于數字信號處理（DSP）芯片，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結構。

2.4 智能天線技術

智能天線是一種安裝在基站現場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。其原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA（DirectionofArrinal），旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。同時，智能天線技術利用各個移動用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發射多個移動用戶信號而不發生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網絡擴容的需要。智能天線的核心是智能的算法，而算法決定電路實現的復雜程度和瞬時響應速度，因此需要選擇較好算法實現波束的智能控制。

2.5 IPv6協議技術

4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數據流，因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。選擇IPv6協議主要基于以下幾點的考慮：（1）巨大的地址空間：在一段可預見的時期內，它能夠為所有可以想象出的網絡設備提供一個全球唯一的地址；（2）地址自動配置：IPv6支持支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置的方式，無狀態地址自動配置方式是獲得地址的關鍵；（3）服務質量：IPv6能提供不同水平的服務；（4）移動性：移動IPv6在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性。每個移動設備設有一個固定的家鄉地址，這個地址與設備當前聯網的位置無關。IPv6可以提高網絡的整體吞吐量、改善服務質量，安全性有更好的保證，更好地實現多播功能。

除了以上關鍵技術，還有無線鏈路增強技術、多用戶檢測技術、切換技術、高性能接收技術等其他技術業務正在研究階段。

3. 4G移動通信技術對未來生活的影響

就在我們為3G時代的光明前景歡欣鼓舞的時候，就在我們為3G市場如何全面啟動而爭論不休的時候，第四代移動通信技術（4G）已經悄然呈現在我們面前，開始為我們勾畫出信息傳輸速度超過3G達1萬倍的第四代移動通訊技術的藍圖。

3.1通信速度更快

4G將是一種超高速無線網絡，一種不需要電纜的信息超級高速公路。人們可以在移動狀態下進行雙向語音通信，而且大大提高了移動裝置無線訪問Internet的速率。4G將能夠為我們提供全息錄音、遠程控制和移動虛擬現實等功能。人們不但可以享受到模擬人耳的位置進行立體聲錄音效果，而且手機和手機的信息都可以實現遠程控制，確保其安全性。

3.2網絡頻譜更寬

要想使4G通信達到100Mbps的傳輸，通信營運商必須在3G通信網絡的基礎上進行大幅度的改造和研究，以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的蜂窩系統的帶寬高出許多。據研究4G通信執行官們說，估計每個4G信道將占有100MHz的頻譜，相當于W-CDMA3G網絡的20倍。

3.3兼容性更加平滑

要使4G通信盡快地被人們接受，還應該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下輕易地過渡到4G通信。因此，4G應該接口開放，能夠跟多種網絡互聯，并且具備很強的對2G、3G手機的兼容性，以完成對多種用戶的融合，在不同系統間無縫切換，傳送高速多媒體業務數據。人們可以低成本地享受到4G移動通信為生活所帶來的便利。

3.4智能性能更高

4G的網絡系統是一個高度自治、自適應的網絡，具有良好的重構性、可伸縮性、自組織性等，用以滿足不同環境、不同用戶的通信需求。第四代移動通信的智能性，不僅表現在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化，更重要的是4G手機可以實現許多難以想象的功能，例如，4G手機將能根據環境、時間與其他因素適時提醒手機的主人此時該做什么事。4G手機可以隨時隨地讓喜歡體育節目的人們看到體育比賽之類的各種現場直播。

3.5提供各種增殖服務

4G通信并不是從3G通信的基礎上經過簡單的升級而演變過來的，它們的核心建設技術根本就是不同的。3G移動通信系統主要是以CDMA為核心技術，而4G移動通信系統技術則以OFDM最受矚目，利用這種技術人們可以實現諸如無線區域環路(WLL)、數字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增殖服務，將包括圖像、音樂、網頁瀏覽、視頻會議和其他一些信息服務。因為考慮到與3G通信的過渡性，所以現在研究得更多的是FDM/FDMA的整合技術。

3.6實現更高質量的多媒體通信

盡管第三代移動通信系統也能實現各種多媒體通信，但未來的4G通信能滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋范圍、通信質量、造價上支持的高速數據和高分辨率多媒體服務的需要。第四代移動通信系統提供的無線多媒體通信服務將包括語音、數據、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去，為此未來的第四代移動通信系統也稱為“多媒體移動通信”。讓人們的生活在視覺聽覺上都能有更高的升級感受。

3.7通信費用更加便宜

由于4G通信不僅解決了與3G通信的兼容性問題，讓更多的現有通信用戶能輕易地升級到4G通信，而且引入了許多尖端的通信技術，這些技術保證了4G通信能提供一種靈活性非常高的系統操作方式，因此相對其他技術來說，4G通信部署起來就容易迅速得多；同時在建設4G通信網絡系統時，通信營運商們將考慮直接在3G通信網絡的基礎設施之上采用逐步引入的方法，這樣就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。據研究人員宣稱，4G通信的無線即時連接等某些服務費用將比3G通信更加便宜。這是人們最關注的問題之一，以有限的費用，享受更多超值的服務。

4.結語

目前4G移動通信還處于實驗室研究開發階段，具體的設備和技術還沒有完全成型，后續的軟件開發還沒有啟動，這都會給4G的發展帶來很多難題，有待于人們深入研究。隨著新問題、新要求的不斷出現，第四代移動通信技術將會相應地調整、完善和進一步發展。我們相信，在不遠的將來，人們將會不受時間、地點限制，自由地利用移動網絡獲取和傳遞信息，從而使人們的學習、工作、生活發生更深刻的變化。

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