摘 要：近些年來(lái)，人們對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的需求與日俱增。目前正在運(yùn)營(yíng)的2G、3G網(wǎng)絡(luò)已較難滿足用戶的需求。而隨著移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展，4G移動(dòng)通訊系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，成為新一代通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到人們的工作生活中去。本文首先介紹了4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上對(duì)比分析了4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討了4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用以及對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展前景進(jìn)行預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：4G網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)通信；前景

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5

1 4G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

按照4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能，由內(nèi)到外可以將4G網(wǎng)絡(luò)分為三層，依次是物理網(wǎng)絡(luò)層、中間緩沖層、應(yīng)用層。物理網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是提供用戶網(wǎng)絡(luò)接入，以及提供路由功能，即允許用戶使用終端接入4G網(wǎng)絡(luò)中，該功能可通過(guò)無(wú)線通訊和核心網(wǎng)結(jié)合而成，是4G比較具有代表性的技術(shù)革新。中間緩沖層主要提供安全管理、QoS映射及地址轉(zhuǎn)換這三種功能。應(yīng)用層能夠提供加載和管理業(yè)務(wù)的功能，為用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)提供服務(wù)。在4G網(wǎng)絡(luò)的這三層中，每層之間的接口就是開(kāi)放的IP協(xié)議，這既有利于用戶的接入，也便于開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用及服務(wù)，這樣就使得4G網(wǎng)絡(luò)能夠產(chǎn)生高數(shù)據(jù)率的無(wú)線信號(hào)，也就是說(shuō)4G網(wǎng)絡(luò)能夠在多個(gè)頻帶中運(yùn)行。這樣，4G網(wǎng)絡(luò)就能夠應(yīng)用于多模終端和多個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，也可以應(yīng)用于不同的運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)模式。

2 4G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

4G通信系統(tǒng)比前幾代移動(dòng)通信技術(shù)更復(fù)雜，需要采用多種關(guān)鍵技術(shù)才可以將其實(shí)現(xiàn)。通常情況下，所采用的技術(shù)包括以下幾種：

2.1 智能天線技術(shù)

在整個(gè)波束間不存在切換的自適應(yīng)陣列或多波束天線技術(shù)，就是智能無(wú)線技術(shù)。在自適應(yīng)陣列過(guò)程中，大量天線所接收的信號(hào)通過(guò)處理后被整合在一起，這種無(wú)線陣列不但可以提供較高的無(wú)線增益，還可以帶來(lái)分集增益的大量增加。

2.2 正交頻分復(fù)用（OFDM）

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種多載波數(shù)字通信技術(shù)，這種技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)高效的抗干擾調(diào)制技術(shù)和提高頻帶利用率開(kāi)辟了一條的新路徑。OFDM是4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。OFDM的頻譜效率高，其信號(hào)的相鄰子載波相互重疊，這在頻譜資源有限的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中顯得至關(guān)重要。其次，其抗噪聲性能和抗衰落能力強(qiáng)。OFDM通過(guò)多個(gè)子載波傳輸用戶信息，這樣就增長(zhǎng)了單載波系統(tǒng)傳輸信號(hào)的時(shí)間，也增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。

2.3 移動(dòng)IPv6技術(shù)

全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)，這樣就使得4G技術(shù)可以在不同頻率的網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，而且信號(hào)相互傳遞速度更高失真度更小。同時(shí)，4G技術(shù)還徹底的擺脫了IPV4協(xié)議，全部使用分組方式的IPV6協(xié)議。這種協(xié)議有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）IPv6協(xié)議巨大的地址空間可為任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供全球唯一地址，如PDA、蜂窩設(shè)備等，另外IPv6協(xié)議采用128比特地址方案，為將來(lái)數(shù)十年提供了足夠的IP地址。（2）IPv6的包頭比IPv4的包頭更有效率，數(shù)據(jù)字段更少，支持了包頭的校驗(yàn)，游標(biāo)記字段可以提供流量區(qū)分。（3）IPv6新的擴(kuò)展包頭替代了IPv4包頭的選項(xiàng)字段，在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。（4）多等級(jí)層次有助于路由聚合，提高了路由選擇到因特網(wǎng)的效率和可擴(kuò)展性，使具有嚴(yán)格路由聚合的多點(diǎn)接入成為可能。（5）為IPv6設(shè)計(jì)了許多過(guò)渡機(jī)制，允許從IPv4網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)地向IPv6網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡。（6）IPv6被設(shè)計(jì)為比IPv4協(xié)議能更有效地處理移動(dòng)性和安全機(jī)制。

3 4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4G通訊技術(shù)與前幾代的通訊技術(shù)相比，其優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)、且不可比擬，下面對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)做詳細(xì)介紹。

3.1 通信速度快

與前幾代通信技術(shù)相比，4G通信技術(shù)在研發(fā)過(guò)程中引進(jìn)和采用了許多功能強(qiáng)大的技術(shù)，運(yùn)用以路由技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引進(jìn)了交換層級(jí)技術(shù)。該技術(shù)能同時(shí)包含了不同類(lèi)型的通信接口，大大提升4G網(wǎng)絡(luò)速度，使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸可達(dá)10Mbps～20Mbps，甚至達(dá)到了100Mbps，相當(dāng)于目前手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的幾十倍。

3.2 通信靈活

未來(lái)4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)若普遍應(yīng)用，將更加方便人們的工作生活。4G通信高速快捷，用戶可以隨時(shí)隨地使用終端設(shè)備如手機(jī)、平板電腦等進(jìn)行傳輸資料文件，不用擔(dān)心流量且受固定網(wǎng)線或無(wú)線Wifi點(diǎn)的限制，使用視頻、通話更方便清晰，網(wǎng)上購(gòu)物游戲更隨心所欲，可以說(shuō)4G帶來(lái)的更多是用戶使用上的便捷靈活。

3.3 更強(qiáng)的智能性

還體現(xiàn)在現(xiàn)有用戶所不能體驗(yàn)到的智能性能。比如需要預(yù)定電影座票時(shí)，可以直接把電影院的售票情況、座位情況自動(dòng)下載，顯示得一清二楚，方便用戶選購(gòu)。

3.4 增值服務(wù)

4G通信系統(tǒng)是有別于3G通信系統(tǒng)的一個(gè)新技術(shù)，并未從3G的基礎(chǔ)上升級(jí)而來(lái)。3G通信技術(shù)主要是以CDMA為核心，而4G通信系統(tǒng)則以正交頻分復(fù)用（OFDM）為核心，4G利用OFDM可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字音訊廣播和無(wú)線區(qū)域環(huán)路等增值服務(wù)

4 4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用及前景

2013年12月4日，國(guó)家工信部分別向中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司、中國(guó)電信集團(tuán)公司和中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司頒發(fā)LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）經(jīng)營(yíng)許可。

在我國(guó)，TD-LTE已基本成熟。4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)逐漸進(jìn)入千家萬(wàn)戶。由于4G網(wǎng)絡(luò)具有豐富的應(yīng)用，將給人們帶來(lái)更多網(wǎng)絡(luò)通訊上的便利。比如移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、視頻會(huì)議乃至車(chē)聯(lián)網(wǎng)等一系列應(yīng)用都將隨著4G的普及而更為大眾所熟知并接受，廣大用戶屆時(shí)將能感受到更全面強(qiáng)大的4G信息化應(yīng)用服務(wù)。在城市公交站、地鐵站等各種公共場(chǎng)所，便民應(yīng)用將更普及，市民將體驗(yàn)到更方便快捷的4G上網(wǎng)服務(wù)。在城市交通中，可以實(shí)現(xiàn)高清視頻監(jiān)控，更能保證交通安全、順暢。在教育行業(yè)，校園監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)更加實(shí)時(shí)清晰，查詢自習(xí)教室或者借閱圖書(shū)館的圖書(shū)時(shí)將更便捷。在醫(yī)療應(yīng)用中，遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)救護(hù)車(chē)會(huì)診也逐漸成為現(xiàn)實(shí)，全面滿足醫(yī)患需求。在職場(chǎng)中，職員們更能隨時(shí)隨地用手機(jī)參加單位企業(yè)的視頻會(huì)議。與此同時(shí)，4G還將給用戶提供新穎強(qiáng)大的移動(dòng)娛樂(lè)應(yīng)用，可以隨時(shí)隨地觀看全高清視頻、賽事直播，同步直播減少緩沖?？梢钥锤咔錗V電視連續(xù)劇等，聽(tīng)無(wú)損原聲帶唱片，擁有完美的音質(zhì)效果。還可以玩大型高清游戲，游戲接入更迅速、反應(yīng)更快?？梢哉f(shuō)，在4G到來(lái)的時(shí)代，一切都將變成現(xiàn)實(shí)。

此外，4G還能幫助廣大上網(wǎng)用戶輕松從有線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，避免了布有線網(wǎng)的不便。4G無(wú)線傳感器甚至將直接促進(jìn)智能家居系統(tǒng)的快速發(fā)展和低成本普及，為家居無(wú)線遙控操作提供便利。另外，4G通訊能讓大眾以最高的性價(jià)比暢享無(wú)線智能生活，領(lǐng)略到科技帶來(lái)的時(shí)尚生活魅力。未來(lái)的4G通信給人們帶來(lái)通暢無(wú)阻的溝通自由。寬帶化、智能化、個(gè)性化、媒體化、多功能化和環(huán)保化將成為全球4G應(yīng)用發(fā)展的新趨勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)下是一個(gè)科技高速發(fā)展的時(shí)代，通信行業(yè)的技術(shù)更新速度快，新技術(shù)層出不窮，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為通信快、高性能、高頻率的寬帶無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而出，充分滿足用戶服務(wù)的要求。如今世界上許多國(guó)家在進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研制，包括4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、漫游等環(huán)境下的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，想必在將來(lái)得到普及并得到市場(chǎng)的認(rèn)可。

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作者簡(jiǎn)介：李山（1974.11-），男，高工，研究生、MBA學(xué)位；李娜（1978.11-），女，工程師，本科、理學(xué)學(xué)士。

作者單位：中國(guó)電信河北省分公司，石家莊 050000；中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第50研究所，上海 200063