第四代通信技術的應用前景展望

魏興菊

【摘要】 第四代通信技術是基于前三個階段的技術基礎上發展的，作為一種更先進的科學技術，其在研究階段的關鍵技術有著不可比擬的優勢，為以后人們的快節奏生活提供了保障。本文主要從第四代通信技術的關鍵技術對4G進行討論，并對其應用前景進行展望。【關鍵字】 第四代通信技術 關鍵技術 應用前景

一、 引言

移動通信技術以其用戶可在通信覆蓋區域內的任意位置、并可在移動的情況下通信而得到了大范圍的推廣應用，它在很大程度上推動了社會發展，解決了人們的基本通話需求，為人們的日常生活提供了方便[1]。

隨著電子商品的更新換代，移動通信技術也一直處于穩步發展中，回顧它的發展歷程，大致包含三個階段：第一代移動通信以模擬信號傳輸為基礎，以采用蜂窩網絡結構實現頻率的重復利用，這一技術解決了大區制容量低、活動范圍受限制的問題，從而實現讓成千上萬的公眾利用有限的頻率資源進行大眾化的通信；第二代移動通信主要是以數字信號為傳輸基礎，除了滿足改善通信質量、提高頻率資源利用率和信道容量等要求外，提供低速率的數據傳輸能力也是其功能之一；第三代移動通信在第二代移動通信系統發展的基礎上，吸收其優點并淘汰缺點，能夠提供寬帶服務等多媒體綜合業務，實現全球漫游。

二、第四代移動通信技術

現階段比較流行的第三代移動通信技術與現有無線技術相比，其功能要強大的多，但是由于同行業的競爭、與相關標準不兼容等問題也隨著時間的推進不斷顯示出來，因此，人們迫切的要求設計出一套較完善的融合語音通信與數據通信的全球移動通信網絡標準，將希望寄予第四代移動通信標準的制定，以解決兼容以及第三代所不能解決的問題。

2.1 第四代移動通信技術的優勢

4G是第四代移動通信（The 4th Generation）的簡稱，其移動通信系統可以實現同其他通信系統的無縫銜接并與它們相互兼容[2]。第四代移動通信集可看作是3G 與WLAN的集合體，融合兩者的優點于一身，除了能準確的傳輸數據之外，還可將高速傳輸高質量的視頻圖像以高速度的傳輸數據實現雙向上傳，可與高清晰度電視相媲美。4G系統可提供的下載速度為100Mbps，上傳速度也可達到20Mbps，因其更高的數據率和頻譜利用率，更可靠的安全性、智能性和靈活性以及更優質的傳輸和服務，所以幾乎能夠滿足所有用戶對于無線服務的要求。

在綜合功能方面，第四代通信技術可以把媒體終端與自身所具有的功能融合到一起，通過媒體終端來實現資源分享，并提供無線通服務訊平臺為信息傳輸提供支持，不限地點、時間、環境等因素的限制。利用第四代通信技術還可以提供資料、視頻、圖片的雙向下載傳遞，實現無線區域環路（WLL）、數字廣播（DVB）、數字音訊廣播（DAB）等的無線通信增值服務。第四代通信合理的解決了兼容性問題，通過4G可以下載各式各樣的通信軟件，從而減少通信資費，基于目前的運營商競爭形勢，使得4G的一些服務項目比3G的要實用、便宜的多[3]。

在容量方面上，可以通過在FDMA、TDMA、CDMA 基礎上引入空分多址（SDMA）的途徑來實現這一目標，據有關數據顯示，其容量可達到3G容量的5～10倍[4]。第四代通信技術能將任意地址的寬帶無障礙接入互聯網。它的自適應資源分配功能，可以在任何環境條件下處理不斷變化的業務流和信道條件，自組織性和靈活性在這一技術上得到了很大的體現，根據網絡動態和自變化的信道條件，這一技術還可以保證低碼率與高碼率用戶的共存，綜合固定移動廣播網絡和其他的一些規則，對這些功能體積分布進行動態控制，支持視頻會議、無線因特網等交互式多媒體業務。

2.2 第四代移動通信系統的網絡結構和關鍵技術

第四代移動通信系統網絡結構大致可分為物理網絡層、中間環境層和應用網絡層三個層面。三者中物理網絡層與中間環境層及其應用環境之間的接口是完全開放的，可以以高速的無縫高數據率的無線服務效率為新的應用和服務發展提供平臺，多個頻帶之間實現無障礙的高速運行。第四代移動通信系統的關鍵技術包括信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術、調制和信息傳輸技術；高性能、小型化和低成本的自適應陣列智能天線；大容量、低成本的無線接口和光接口；系統管理資源；軟件無線電、網絡結構協議等[4]。

1）OFDM 技術：OFDM 技術是新型通信技術關鍵技術的重要組成部分，對無線網絡的傳輸起著很大的作用。OFDM 技術的工作原理是將傳統的通信系統信道進行劃分，其劃分方式以若干沒有直接關系的正交子信道來體現，從而將原來傳輸速度較高的串行數據流劃分成了很多傳輸速度相對較低的并行數據流，通過調制每一個子信道上所給予的子載波，在同一時間段內，將各個子載波進行并行傳輸，如此便可有效地保證信道的頻率具有一定的選擇性，也可確保通信網絡中的每個子信道都具有平坦性。現有的數據表明，OFDM 技術的優點在相當大的范圍內已得到認證，它的規避信號干擾的能力是毋庸置疑的，在保證系統頻譜利用率及信傳速率的的問題上，發揮了很大的作用，而針對通信性能的頻率選擇性衰落問題，也在很大程度上得到了解決[5]。

2）智能天線技術：這種技術的主要功能是抑制垃圾信號干擾、自動跟蹤定位以及自動進行數字波束調節等功能，是4G 通信技術的關鍵技術。這一技術除了可以對抗信號在傳輸過程中的干擾和衰落之外，增加通信系統的總容量并快速實現移動臺的定位也是其特有的功能之一，在信息傳輸性能方面占有不可替代的重要地位。這種技術在雷達和聲納軍事領域應用較廣泛，空間濾波和定位是這一技術應用的主要目的。

3）軟件無線電技術：SDR技術是（Software Defined Radio）的簡稱，可以將各種通信技術聯系在一起，作為是4G 微電子技術的基礎，其開放平臺升級方便，允許介入多方運營。軟件無線電技術保證了4G 通信技術不管在什么環境下，都能有效幫助用戶可以時刻使用無線網絡的接入方式進行通信，使用戶在不相同的網絡環境下進行相互的業務轉換，有效地實現無縫隙漫游通信。它的工作原理是用軟件編程取代相應的硬件功能，建立起無線電通信平臺，同時運行多種軟件系統實現通信協議等功能，達到通過軟件的應用和更新來實現多種終端通信的無線通信方式，解決了 4G 通信系統中存在的用戶終端多樣化和復雜化等問題，使不同的用戶終端始終在同一平臺交流。

4）多用戶檢測技術：這種技術的主要作用是提高用戶終端以及信號基站移動通信系統的容量。多用戶檢測技術的工作理念是在同一時間內將所有用戶使用的傳輸信道中所傳輸的信號全部看作是有用的信號，并不再將它作為干擾信號進行處理，同時通過各種各樣的信息處理技術對有用的信號進行有效處理，從而實現多個用戶信號的聯合檢測[8]。

三、第四代移動通信技術的應用前景

目前，這一全新的技術還處于初始階段，但隨著新技術的不斷發展，其日后的影響力將會普及到所有的領域中。

1）應用在智能手機：手機作為日常通信的主要工具，一些手機用戶已經不再滿足于手機現有的使用功能，從而對手機提出了更高的要求，4G技術信息的高效傳輸速度，被廣泛應用在了手機上，在此基礎上，也刺激了智能手機的出現和領域擴大，可以有效地對手機用戶身份進行認定和鑒別。

2）應用在射頻測量技術：作為驗證微波射頻器件性能和檢驗理論設計的必需技術，射頻測量技術是微波電路計算機輔助設計技術的基礎，4G網絡擁有的高頻譜帶寬可以實現射頻測量更快速度、更高精度的要求。

3）應用在智慧家庭：通過利用計算機和網絡通訊對家電進行控制等技術創建“智慧家庭”服務平臺，能夠有效的對家庭實現智能控制、信息交流及消費服務并將它們與家居生活有效地結合起來以提高生活質量和生活品質。

4）應用在智慧課堂：利用多媒體技術，無線網絡傳輸技術、云技術等進行課堂教育，以豐富課堂教育，老師和學生之間的交流互動可以結合網絡的流通性來達到這一目標。在課上，老師可以通過主機對學生的電腦進行遠程控制，形成一個連接式的互動平臺，從而提高學生的課堂樂趣，增加學生自主學習的積極性和主動性，在課下，還可以通過遠程教育及時解答學生的家庭作業問題，幫助學生提高成績。

5）應用在移動醫護：這種應用主要是面向大中型醫院，基于現在的移動醫療服務模式的整體信息化解決方案，可通過在院區內鋪設 WLAN 網絡及互聯網專線傳輸通道可以協助醫護人員通過智能手機終端完成臨床診療及護理工作。這種應用的普及是以信息化手段輔助醫護人員減少工作差錯，實現隨時隨地隨身共享醫護信息，有效提升醫院人員的工作和服務效率。

6）應用在其他技術：其他技術包括在抗洪救險、抗震救災等方面的應用。由于其具有的強大網絡覆蓋功能，工作人員可通過無線覆蓋的形式準確的提供并獲取相關的有效數據資料，為救災工作提供切實有效的技術支持，從而加強人員、物資的高效率調度。

四、結語

現在的時代是一個科技信息大發展的時代，通信技術在一定程度上決定著現階段人們的生活方式，隨著通信技術的不斷發展，人們的生活趨于更方便、更快捷的節奏。雖然目前的第四代通信技術的發展道路還在不斷的摸索中前行，但回首已經度過的三個階段，不難發現，通信技術的發展是朝著人們的意愿而發展的。因此，我們有理由相信，在不久的將來，我們一定會迎接一個更快節奏生活時代的到來。

參 考 文 獻

[1]楊超，梅康，陳金鷹，等.4G通信技術及其應用前景[J].熱點技術，2011，（5）：58-60.

[2]劉占成，馬龍.淺談4G通信技術應用前景[J].合作經濟與科技，2013，20（25）：127-128.

[3]馬骉.4G通信技術及其應用前景分析[J].新應用：71.

[4]朱海濤.第四代移動通信發展前景[J].信息科技，2010，（11）：111-112.