浅谈4G网络发展的关键技术及应用前

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【摘要】4g是指第四代移动通信技术，是多种无线技术的综合系统，融合了现有的3G 的增强型技术，集3G网络技术和无线LAN 系统为一体。

【关键词】4G技术，原理，特点，发展前景

通信技术日新月异，给人们带来不少享受。随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代（4G）移动通信开始兴起，因此有理由相信这种第四代（4G）移动通信技术给人们带来更加美好的未来。

一、4G技术的概念。

4G是指第四代移动通信技术，是多种无线技术的综合系统，融合了现有的3G 的增强型技术，主要是集3G与WLAN于一体，能够传输高质量视频图像，传输速率达到100Mbps，上传速度20Mbps，并能够满足所有用户对于无线服务的要求，可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带网络中提供无线服务，可以在任何地方宽带接入互联网提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。能够实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信等的无缝连接并相互兼容。

二、4G技术的原理。

4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。它的主要原理是：待传输的高速串行数据经传并变换，变成在子信道上并行传输的低速数据流，再用相互正交的载波进行调制，然后叠加一起发送，接收端用相干载波进行相干接受，再经并串变换恢复为原高速数据。如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。

三、4G的技术特点。

4G是多功能集成宽带移动通信系统，比3G更接近于个人通信。其特点主要有：1.高速率。4G的信息传输速率要比3G高一个等级，从2Mbit/s提高到10Mbit/s。2.灵活性强。4G拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性。3.兼容性好。目前ITU承认的、已有相当规模的移动通信标准有GSM、CDMA和TDMA三大分支，可通过4G标准的制定来解决兼容问题。4.用户共存性。4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通从而满足多类型用户的需求。5.业务多样性。未来通信中所需的是多媒体通信：个人通信、信息系统、广播和娱乐等将结合成一个整体。4G能提供各种标准的通信业务，满足宽带和综合多种业务需求。6.技术基础较好。4G将以几项突破性技术为基础，如OFDM、无线接入、软件无线电等，能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。

四、4G的关键技术。

4G通信系统的这些特点，决定了它将采用一些不同于3G的技术。对于4G中将使用的核心技术，业界并没有太大的分歧。总结起来，有以下几种。

1.正交频分复用（OFDM）技术。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，其主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽。

2.多输入多输出（MIMO）技术。MIMO技术是指利用多发射、多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。在功率带宽受限的无线信道中，MIMO技术是实现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的空间分集技术。

3.智能天线。智能天线形成波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种：全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。

4.软件无线电。软件无线电的基本思想是把尽可能多的无线及个人通信功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。也可以说，是一种用软件来实现物理层连接的无线通信方式。

5.基于IP的核心网。4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络（CN）协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

五、4G的发展趋势。

从4G的发展前景看，OFDM 和智能天线等核心技术外还包含一些相关技术， （1）交互干扰抑制和多用户识别：待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为 4G的组成部分。它们以交互干扰抑制的方式引入到基站和移动电话系统，消除不必要的邻近和共信道用户的交互干扰，确保接收高质量信号，这种组合将满足更大用户容量和覆盖范围，大大减少网络基础设施的部署，确保服务质量。（2）无线接入网（RAN）：4G系统高速度，大容量，低比特成本。

六、4G的应用前景。

新技术的引用和效能的提高，将为4G带来更为广阔的应用领域和市场。

1.4G在智能手机中的应用。利用4G可在语音通话的同时双向传递资料、图画、影像。4G手机可根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么或不该做什么事。4G手机可以将电影院票房资料直接下载下来，包括售票情况、座位情况。使人们可以根据这些信息来进行在线购买电影票，可以在4G手机上根据自己需要直接购买车票、机票。

2.4G在射频测量技术中的应用。射频测量技术包括射频信号源、射频功率计、射频频谱或射频信号分析仪、网络分析仪等。随着射频技术的发展，对射频测量提出更快速度，更高精度的要求。4G 网络拥有的高频谱带宽，可在很大程度上满足射频测量的需求。