浅谈4G移动通信技术的应用与发展

摘 要：4G移动通信系统以其通信速度快、增值服务多、网络频谱宽和智能性能高等独特优势，一跃成为3G网络的延伸。文章首先简单介绍了4G移动通信系统的概念，同时详细描述了4G系统在国内外的发展现状，最后讨论了4G移动通信系统未来发展过程中面临的问题。

关键词： 4G；3G；移动通信；发展现状

随着移动互联网的飞速发展和苹果、三星等智能手机的大规模应用，移动通信的发展日新月异。为了实现“任何人在任何时间、任何地点能够与任何其他人进行任何类型的通信”[1]的美好目标，移动通信至今已经历了数代的发展。以大哥大为代表的1G系统实现了在“任何地方”进行通话，解决了用户的基本通信需求；到了2G时代，以GSM、CDMA为代表的2G系统实现了从模拟到数字通信的实质性转变，其广阔的地域覆盖使得在“任何地点”进行实时通话的目标成为现实，同时提供的低速率数据传输能力，使得“任何类型”的信息交换成为可能；但随着视频、多媒体数据等高速率业务的急剧增长，2G已经力不从心，因此3G应运而生。以TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000为标准的第三代移动通信系统（3G）在频率利用率和系统容量方面有了较大幅度的提升，使得“任何类型”的无线宽带多媒体业务得以实现。至此，移动通信实现了最初的美好梦想，但由于三大标准之间的不兼容，导致3G无法实现全球无线漫游。为此各国已开始迅速发展第四代移动通信，旨在实现“无线的宽带化”[2]。本文将重点对4G的国内外现状以及未来发展可能面临的问题进行探讨。

1 4G概述

4G（4rd-generation）是通信行业从业人员对第四代移动通信系统的简称。作为3G网络的延伸，4G网络的数据传输速率和频谱利用率都有了极大幅度的提升。国际电信联盟要求，在静止或者低速运动的状态下，4G的下行峰值速率理论上能够达到1Gbit/s，实现了从“M”数量级到“G”数量级的巨大转变；在高速移动状态下，下行峰值速率可以达到100Mbit/s，比现有的拨号上网快2000倍，是3G网络下行速度的3-5倍，同时上行传输速率为20 Mbit/s，远远超过了3G网络的上下行传输速率，足以满足不同用户对高速率无线综合业务的要求[3]。在峰值频谱效率方面，4G下行30bps/Hz，上行15bps/Hz，是3G频谱利用率的5-10倍。此外，4G还具有通信服务多元化、计费方式灵活等诸多优势。目前，4G已在即时移动视频、云端游戏、远程医学和智能家居等方面得到了成功应用。

2 4G国内外发展现状

2.1全球4G发展现状

自2009年在瑞典首次推出全球的第一个4G LTE网络以来，各个国家都在大力研究和推进4G的发展，现有的标准已达五种之多，包括LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced、WiMax、HSPA+和LTE。根据全球移动设备供应商协会提供的报告，截止2013年9月份，全球共81个国家和地区已成功建设213张4G商用网络。预计全球的4G用户数量将在2016年底突破9亿人。目前，美国、韩国和日本等国家在4G发展上都呈现出了势如破竹、百花齐放之态。

以美国为例，其4G市场出现了三分天下的局面。美国最大电信运营商Verizon采用了LTE，网络覆盖近百个城市，覆盖率高达95%，现向LTE-Advanced演进；另一家竞争力极强的运营商AT&T采取HSPA+和LTE技术并驾齐驱，其4G网络已在424个市场进行了部署，传输速率能够达到3G网络的4倍和10倍[4]。韩国和日本的4G发展也非常领先。韩国在2011年首次推出了4G LTE的服务，宣布正式进入4G时代。到目前为止，该国已经成为全球4G普及率最高的国家，覆盖本国人口的62%，远远超过日本、澳大利亚等其他4G技术发展较好的国家。此外，日本将LTE速度快、终端多等诸多优势塑造成了自身4G网络的独特魅力，在全球的4G网络中独树一帜。日本运营商为了占据更大的市场份额，往往会推出多种4G优惠套餐，导致年轻用户每隔几个月都会进行一次携号转网，这使得移动互联网市场的竞争进入了白热化阶段，当然运营商也从中收益颇多。各个国家在未来的4G发展中仍是机遇与挑战并存。

2.2我国4G发展现状

2013年12月4日，国家工业和信息化部分别向中国移动、中国电信和中国联通三大电信运营商正式颁发了4G（TD-LTE）牌照，另外，中国联通与中国电信还各获得一张FDD-LTE牌照，宣告我国正式进入4G时代。与欧美、韩国和日本等国家相比，我国的4G发展虽然起步较晚，但发展迅速。在网络建设方面，截至今年2月底，中国移动的4G用户数量已达134万，其网络覆盖城市接近100个，部分省份（浙江等）已实现所有地级市的全面覆盖。预计到今年年底，中国移动满足商用的4G网络覆盖城市将达到344个。在用户终端方面，今年前三个月能够上市的4G终端已超过27款，包括三星、华为等十几种知名品牌。中国电信也在今年2月份正式开启了4G商用。与中国移动相比，中国电信对4G智能终端具有更高的技术要求，希望终端在支持TD-LTE的同时能够兼容FDD-LTE。步伐较为缓慢的中国联通在今年3月底才陆续传出4G商用的消息，预计今年年底开通4G服务的城市将达到300个。随着国内三大电信运营商的4G商用，4G智能终端厂商也再次迎来春天。工信部消息称2014年国内的4G手机出货量将达到7240万部，用户总量将突破3000万户。纵观国内4G技术的发展，已呈现欣欣向荣的发展景象，但仍远远落后于日本、韩国和美国等发达国家。因此，中国的4G发展仍然是任重道远。

3 4G未来发展面临的难题

3.1标准难以统一

据统计，目前全球的4G技术标准已有五种之多，标准不统一的问题已成为各大运营商面临的最大难题。由于在4G的发展过程中没有类似于3GPP的行业组织，各大通信运营商或者厂商各表一枝，缺乏沟通和协调，目前尚无一个统一的4G技术标准，这必将导致各种4G通信系统之间无法实现兼容，无法实现携号转网，给4G用户带来很多不变。因此，如何尽快解决全球范围内通信制式缺乏统一标准的问题将会是未来4G发展的重中之重。

3.2容量受到限制

4G技术带来的最大优势是无线传输速率的大幅度提升，理论上最大下行速率可达100Mbit/s。但手机的速度会受到4G系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。因此4G手机的速率往往会大大折扣，很难达到100Mbit/s的理想速率。例如，在4G LTE网速位居第一的国家——瑞典，其下行平均速率刚刚达到21.1Mbit/s。排名全球第二和第三的香港和丹麦的平均下载速度仅为19.6Mbit/s和19.1Mbit/s。因此，只有最大幅度对4G通信系统进行扩容，才能实现4G的超高传输速率。

3.3设施更新难度大

4G网络建立之前，大部分的无线基础设施均建立在3G系统的基础之上。在3G—LTE—LTE-Advanced的演进过程中，按照通信行业的规则制定者—3GPP的要求，LTE-Advanced与LTE之间实现了较好的前后向兼容性，但从3G系统发展到LTE并不顺利。因为3G的空中接口技术发生了实质性的改变，如MIMO技术等，LTE无法完成与3G系统的后向兼容性。从WCDMA到LTE，都必须对现有网络的基础设施进行系统升级或者直接更换。由于网络基础设施数量巨大，因此系统更新难度加大，更新成本大幅度增加。

4 结束语

4G技术在全球开展已有近五年的时间，已经为全球通信行业的发展带来了翻天覆地的变化。随着4G技术的快速发展和广泛应用，人们的要求越来越高，想法也越来越多， 4G技术将会进一步成熟和完善并顺利完成从3G到4G的平滑过渡。

参考文献

[1]谢斌，杭小虎. 4G移动通信技术的应用与发展研究[J].消费电子，2013，10（8）：23.

[2]张茹芳. 浅析4G移动通信技术的要点和发展趋势[J].信息通信，2012，11（4）：247-248.

[3]李昆，孙强毅. 浅谈4G通信技术的发展与面临的问题[J].科技向导，2013，（7）：359.

[4] 张玉龙，李志峰，赵勋. 对4G移动通信技术应用与发展的展望[J].信息通信，2013，10（31）：95-96.

作者简介：贺利娜（1986-），女，汉族，河南济源人，助教，硕士，主要从事移动通信、无线网络及GPS定位等研究。