鄭莉 中國移動通信集團設計院有限公司有線所

4G通信技術綜述

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本文概述了第四代移動通信技術的概念、關鍵技術及主要優(yōu)勢，并簡要介紹了目前4G通信技術的發(fā)展現狀，并對其面臨的挑戰(zhàn)進行討論。

第四代移動通信 通信技術 優(yōu)勢 發(fā)展與挑戰(zhàn)

1 4G通信技術的概念

移動通信技術的發(fā)展到目前為止經歷了三個階段，每一代的發(fā)展都有關鍵的技術支撐。第一代移動通信技術是頻分多址技術，第二代是時分多址和碼分多址技術，第三代是頻帶變寬、數據傳輸加快，無線應用開始普及。但第三代的數據傳輸速率仍然不能滿足人們的使用需求，第四代通信技術由此誕生。

4G通信是指能夠傳輸一定質量要求的圖像信息和視頻，滿足用戶對于無線通信等的需求，在價格方面，4G的計費方式更加人性化，用戶可根據自身流量的使用情況進行相應服務的訂購，相比3G更加有優(yōu)勢。4G的不同體現在其通信終端的網絡技術類型上，如WiFi、超寬帶無線電等，其終端的智能程度更高，多媒體應用更廣泛。

2 4G通信的關鍵技術

2.1 正交頻分復用技術

正交頻分復用技術（OFDM）的核心是將頻域劃分為若干個正交的子信道，在每個子信道上分別使用不同的子載波進行調制傳輸，用以達到減少信號之間的干擾的目的。由于移動通信中最有特點的是多徑干擾和多徑時延擴展，對于傳輸的數據要求其速率要小于信道的相關帶寬，否則會引起信號的失真和質量。OFDM技術的出現能夠解決上述問題，成為4G通信的核心技術之一。

2.2 多輸入多輸出天線技術和智能天線

多輸入多輸出天線技術（MIMO）在不增加帶寬、不改變天線的發(fā)送功率的前提下，通過增加天線矩陣的規(guī)模，即增加天線的數量，來提高信道容量，改善頻譜利用率。MIMO技術能夠增加空間分集增益，使通信系統(tǒng)的誤碼率減小，具體算法主要有：ZF算法、ML算法、MMSE算法等，應用MIMO技術還能對抗多徑衰落。

智能天線是通過無線基站的天線陣和收發(fā)信機來對各個天線鏈路上的信號進行算法合并，其主要有兩種方式進行實現：全自適應方式和基于多波束的波束切換方式。通過波束在空間范圍內的相互干擾抑制實現增強目的信號的傳輸需求。

2.3 軟件無線電技術

軟件無線電是指在一個指定的硬件平臺上，使用軟件來處理信號，不同的軟件具有不同的功能，能夠對信號進行相應的處理和優(yōu)化。軟件無線電技術在4G通信系統(tǒng)中應用較廣，能夠利用軟件無線電技術進行信道的分離，調制所需信號等。通過創(chuàng)建一個無線電通信平臺，能夠進行多種模式下的通信過程，保證了不同系統(tǒng)間的通信交流。

3 4G通信技術的主要優(yōu)勢

3.1 數據傳輸速率加快

4G通信發(fā)起的最初的目的就是為了提高數據的傳輸速率，相比于前三代的移動通信技術，第四代移動通信做到了提高無線通信和無線訪問互聯網的數據傳輸速率。第一代只提供語音服務，第二代的數據傳輸速率只有9.6kb/s，最高時才有32kb/s，第三代時達到了2Mb/s，而現如今的4G移動通信可以將數據傳輸速率提高至10Mb/s-20Mb/s，最高時有100Mb/s。

3.2 擴寬頻譜帶寬

4G移動通信的數據傳輸速率的高數值促使4G網絡的通信帶寬要超出3G網絡很多，只有這樣才能保證其數據傳輸速率的大幅度提升。

3.3 靈活性提高

由于4G通信網絡的發(fā)展，只能終端的發(fā)展迅速，手機已經不能簡單的用電話來定義，4G手機更趨近于一臺小型電腦，將數據進行上傳和下載，實現之間的通信操作，這是我們能隨時隨地獲取想要信息，進行通信，4G給我們帶來的通信靈活程度遠遠超出前三代。

3.4 通話費用便宜

4G通信在數據流量上更加保證了用戶的自主選擇性，通過用戶自身的使用需求，在這方面產生的費用價格有所降低，既保證了使用的方便流暢，也能為用戶節(jié)省資金，吸引更多的使用者。

4 4G通信技術的發(fā)展歷史

4G通信時代在2010年開始，世界發(fā)達國家對于4G技術標準進行了詳細的制定。早在2000年美國就推出了4G Access網絡，第一階段的落實是構建移動電話基地臺軟件，第二階段是建立智能天線系統(tǒng)。愛立信在2000年也開始研發(fā)第四代移動通信系統(tǒng)，并聯合加利福尼亞大學進行合作研發(fā)。中國從2002年開始，進行蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術的項目研究。經過全世界通信行業(yè)的不斷努力，4G時代的到來是必然趨勢。

5 4G通信技術面臨的挑戰(zhàn)

4G通信技術雖然已經投入使用，但其未來的發(fā)展仍然充滿挑戰(zhàn)。其中，通信容量受到限制，原因是隨著數據傳輸速率的大幅度提高，通信系統(tǒng)的容量是有上限的，用戶數量越多，則速度就會減慢，100Mb/s只是理論上的速度，實際應用中無法實現。

6 總結

4G時代的不足和挑戰(zhàn)加快了5G時代的到來，未來通信前景會更加美好。

[1]張海軍,李欣.4G通信技術的研究與應用[J].產業(yè)與科技論壇,2014(3):74-75

[2]鄭威,劉揚.4G移動通信技術應用及發(fā)展研究[J].信息通信,2015(4):250-250.