淺析4G技術(shù)及其發(fā)展

摘 要：4G是目前正在使用的最新的移動(dòng)通信系統(tǒng)，跟2G和3G系統(tǒng)相比，它信息傳輸速度更快、通信質(zhì)量更好、頻率利用率更高。本文主要論述了4G移動(dòng)通信的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，還介紹了各國(guó)4G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：4G 通信 關(guān)鍵技術(shù)

一、引言

第四代無(wú)線通信系統(tǒng)是集無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)與3G于一體并能傳輸高質(zhì)量視頻圖像的技術(shù)。第四代無(wú)線通信系統(tǒng)是為全球提供高效可靠的無(wú)縫連接的無(wú)線傳輸，因此是一個(gè)集成了各種模式的通信系統(tǒng)、能將各種移動(dòng)終端便捷接入的網(wǎng)絡(luò)，提供信息系統(tǒng)、個(gè)人無(wú)線通信、多媒體等各種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。4G系統(tǒng)的數(shù)據(jù)下載速度可以達(dá)到100Mbps，數(shù)據(jù)上傳速度也可以達(dá)到20Mbps以上。

二、4G技術(shù)

1.基本特征。4G無(wú)線通信系統(tǒng)具備以下主要優(yōu)勢(shì)[1]：（1）通信速度更快；（2）網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬；（3）通信更加靈活；（4）智能性能更高；（5）兼容性能更平滑；（6）提供各種增值服務(wù)；（7）實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量通信；（8）頻率使用效率更高；（9）通信費(fèi)用更加便宜。

2.關(guān)鍵技術(shù)。4G系統(tǒng)有許多創(chuàng)新技術(shù)，這些技術(shù)可以保證系統(tǒng)的各方面要求。下面簡(jiǎn)單介紹一下4G系統(tǒng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。（1）OFDM技術(shù)。OFDM是4G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。它是一種特殊的多載波調(diào)制，這種調(diào)制用到了復(fù)用和并行等技術(shù)，可以大大提高頻譜資源的利用率。（2） MIMO技術(shù)。在4G系統(tǒng)中，MIMO技術(shù)也非常重要， 通過利用在空間分開放置的多條天線實(shí)現(xiàn)發(fā)射端和接收端的多輸入多輸出，能夠充分利用空間資源。MIMO系統(tǒng)采用空時(shí)處理技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，能夠提供空間分集增益，從而達(dá)到抗衰落的目的。（3）無(wú)線中繼技術(shù)。無(wú)線中繼（Wireless Relay）是指無(wú)線訪問節(jié)點(diǎn)在無(wú)線信號(hào)傳輸中起中繼作用，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，從而擴(kuò)大無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，并大大提高了系統(tǒng)的信號(hào)傳輸速率。（4） 智能天線技術(shù)。智能天線也叫做自適應(yīng)陣列天線，由天線陣、波束形成網(wǎng)絡(luò)和波束形成算法等部分組成。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，智能天線的主要用途包括抗干擾、抗衰落、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的定位和增加系統(tǒng)容量等。（5） 軟件無(wú)線電技術(shù)。由于無(wú)線個(gè)人通信系統(tǒng)的發(fā)展，原有的以硬件為主的無(wú)線通信體系難以為繼，促使了軟件無(wú)線電（SDR）技術(shù)的出現(xiàn)。軟件無(wú)線電技術(shù)是采用一個(gè)開放性的平臺(tái)，用軟件代替控制硬件，通過軟件升級(jí)增加新的標(biāo)準(zhǔn)和頻率。（6） IPv6 技術(shù)。IP是TCP/IP協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，IPv6（Internet Protocol Version 6）是用于替代現(xiàn)行互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4的下一代IP協(xié)議。它具有更大的地址空間，具有靈活的IP報(bào)文頭部格式，能夠支持更多的服務(wù)種類，也能夠支持自動(dòng)配置，增加了身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)用戶和IP地址的一一對(duì)應(yīng)，并提高了網(wǎng)絡(luò)使用的安全性。

3.發(fā)展?fàn)顩r。從2009年5月全球第一個(gè)4G試商用網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)至今，4G技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了七年多，到2020年LTE eNodeB基站數(shù)量將達(dá)到155，000個(gè)。美國(guó)威瑞森電信的4G LTE網(wǎng)絡(luò)在美國(guó)的覆蓋率為97%。美國(guó)電話電報(bào)公司的4G包括高速下行鏈路分組接入技術(shù)（HSPA+）和LTE兩種技術(shù)，目前已覆蓋2.8億用戶。T-Mobile公司4G的覆蓋率達(dá)到了96%，采用的也是HSPA/HSPA+和LTE的混合網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有用戶已突破2億。美國(guó)第三大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Sprint公司在2012年也宣布推出LTE網(wǎng)絡(luò)。HSPA+和LTE是美國(guó)目前4G的主要網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前美國(guó)的4G普及率已經(jīng)很高。在亞洲，日本的4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展處于領(lǐng)先地位。NTT DoCoMo應(yīng)用頻分雙工（FDD）模式的LTE網(wǎng)絡(luò)目前覆蓋率超過了70%，到2013年年底已達(dá)到80%，到2015年覆蓋率達(dá)到98%。“Xi” 4G LTE品牌下的手機(jī)、平板電腦、上網(wǎng)卡等終端設(shè)備在日本除了深入民心外，還贏得了廣大手機(jī)廠商的認(rèn)可。E-Mobile公司和KDDI公司的au品牌也都采用了FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)[5]。Softbank公司的4G網(wǎng)絡(luò)同時(shí)運(yùn)營(yíng)了FDD和AXGP（兼容TDD）兩種技術(shù)。而高級(jí)擴(kuò)展全球平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)兼容分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)（TD-LTE）網(wǎng)絡(luò)，目前覆蓋率已超過92%。同樣，韓國(guó)的4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展在亞洲也名列前茅。2011年，韓國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商就已經(jīng)開始提供LTE服務(wù)了。韓國(guó)的SK電訊和LG U+公司從2011年起開始提供商用LTE服務(wù)，韓國(guó)LTE網(wǎng)絡(luò)用戶已突破兩千萬(wàn)。而在2013年6月底，SK電訊實(shí)現(xiàn)了LTE-A（LTE-Advanced，是LTE的演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)商用，7月LG U+ LTE-A投入商用，9月韓國(guó)電信公司LTE-A網(wǎng)絡(luò)也投入了商用。技術(shù)和終端的發(fā)展相輔相成，使4G網(wǎng)絡(luò)得以在韓國(guó)飛速發(fā)展，除了在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上的優(yōu)勢(shì)外，來(lái)自三星公司和LG集團(tuán)的眾多LTE終端也很好地滿足了韓國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。歐洲也是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的地區(qū)之一，以英國(guó)的4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況為例，2012年9月，英國(guó)最大的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商EE公司宣布提供首個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，該公司4G網(wǎng)絡(luò)采用的是LTE和全球微波互聯(lián)接入（WiMax）技術(shù)，首批提供4G服務(wù)的共有十一個(gè)城市，2012年年底達(dá)到了十六個(gè)，2014年4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率已達(dá)到98%。2013年8月，運(yùn)營(yíng)商O2宣布開始提供4G LTE服務(wù)，但其4G資費(fèi)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并不大。雖然2013年底我國(guó)工業(yè)和信息化部才向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通發(fā)放4G牌照（TD-LTE牌照），但中興、華為等企業(yè)都已加入到了世界4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，我國(guó)4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度很可能會(huì)超越其他國(guó)家。

三、結(jié)語(yǔ)

預(yù)計(jì)到2016年底，全球4G用戶將突破9億人，其中亞太地區(qū)占41%，北美占21%，歐洲占16%。現(xiàn)在的2G/3G網(wǎng)絡(luò)器材，有不少可以過渡至4G通訊，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商而言，可以減少終端上的投資，同時(shí)也可加快技術(shù)的發(fā)展。OFDM技術(shù)和協(xié)作通信技術(shù)的結(jié)合使用，是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，可以有助于改善頻譜資源緊缺、海量數(shù)據(jù)難以處理和系統(tǒng)傳輸速率提升困難等瓶頸問題。由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完整，導(dǎo)致無(wú)線終端耗電量較大，并且由于各國(guó)使用的LTE頻譜不同，不能實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游，這些問題都有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)蕾（1981—）女，碩士，中級(jí)職稱，技師，主要從事電子與通信專業(yè)的教學(xué)工作。