浅析4G技术及其发展

摘 要：4G是目前正在使用的最新的移动通信系统，跟2G和3G系统相比，它信息传输速度更快、通信质量更好、频率利用率更高。本文主要论述了4G移动通信的几个关键技术，还介绍了各国4G移动通信技术的发展状况。

关键词：4G 通信 关键技术

一、引言

第四代无线通信系统是集无线局域网络与3G于一体并能传输高质量视频图像的技术。第四代无线通信系统是为全球提供高效可靠的无缝连接的无线传输，因此是一个集成了各种模式的通信系统、能将各种移动终端便捷接入的网络，提供信息系统、个人无线通信、多媒体等各种业务的网络。4G系统的数据下载速度可以达到100Mbps，数据上传速度也可以达到20Mbps以上。

二、4G技术

1.基本特征。4G无线通信系统具备以下主要优势[1]：（1）通信速度更快；（2）网络频谱更宽；（3）通信更加灵活；（4）智能性能更高；（5）兼容性能更平滑；（6）提供各种增值服务；（7）实现高质量通信；（8）频率使用效率更高；（9）通信费用更加便宜。

2.关键技术。4G系统有许多创新技术，这些技术可以保证系统的各方面要求。下面简单介绍一下4G系统的几项关键技术。（1）OFDM技术。OFDM是4G通信系统的关键技术之一。它是一种特殊的多载波调制，这种调制用到了复用和并行等技术，可以大大提高频谱资源的利用率。（2） MIMO技术。在4G系统中，MIMO技术也非常重要， 通过利用在空间分开放置的多条天线实现发射端和接收端的多输入多输出，能够充分利用空间资源。MIMO系统采用空时处理技术进行信号处理，能够提供空间分集增益，从而达到抗衰落的目的。（3）无线中继技术。无线中继（Wireless Relay）是指无线访问节点在无线信号传输中起中继作用，并实现信号放大，从而扩大无线通信网络的覆盖范围，并大大提高了系统的信号传输速率。（4） 智能天线技术。智能天线也叫做自适应阵列天线，由天线阵、波束形成网络和波束形成算法等部分组成。在无线通信系统中，智能天线的主要用途包括抗干扰、抗衰落、实现移动台的定位和增加系统容量等。（5） 软件无线电技术。由于无线个人通信系统的发展，原有的以硬件为主的无线通信体系难以为继，促使了软件无线电（SDR）技术的出现。软件无线电技术是采用一个开放性的平台，用软件代替控制硬件，通过软件升级增加新的标准和频率。（6） IPv6 技术。IP是TCP/IP协议中网络层的协议，IPv6（Internet Protocol Version 6）是用于替代现行互联网协议IPv4的下一代IP协议。它具有更大的地址空间，具有灵活的IP报文头部格式，能够支持更多的服务种类，也能够支持自动配置，增加了身份认证，实现了真实用户和IP地址的一一对应，并提高了网络使用的安全性。

3.发展状况。从2009年5月全球第一个4G试商用网络启动至今，4G技术已经发展了七年多，到2020年LTE eNodeB基站数量将达到155，000个。美国威瑞森电信的4G LTE网络在美国的覆盖率为97%。美国电话电报公司的4G包括高速下行链路分组接入技术（HSPA+）和LTE两种技术，目前已覆盖2.8亿用户。T-Mobile公司4G的覆盖率达到了96%，采用的也是HSPA/HSPA+和LTE的混合网络，现有用戶已突破2亿。美国第三大移动运营商Sprint公司在2012年也宣布推出LTE网络。HSPA+和LTE是美国目前4G的主要网络标准，经过几年的发展，目前美国的4G普及率已经很高。在亚洲，日本的4G网络发展处于领先地位。NTT DoCoMo应用频分双工（FDD）模式的LTE网络目前覆盖率超过了70%，到2013年年底已达到80%，到2015年覆盖率达到98%。“Xi” 4G LTE品牌下的手机、平板电脑、上网卡等终端设备在日本除了深入民心外，还赢得了广大手机厂商的认可。E-Mobile公司和KDDI公司的au品牌也都采用了FDD-LTE网络[5]。Softbank公司的4G网络同时运营了FDD和AXGP（兼容TDD）两种技术。而高级扩展全球平台网络兼容分时长期演进（TD-LTE）网络，目前覆盖率已超过92%。同样，韩国的4G网络发展在亚洲也名列前茅。2011年，韩国电信运营商就已经开始提供LTE服务了。韩国的SK电讯和LG U+公司从2011年起开始提供商用LTE服务，韩国LTE网络用户已突破两千万。而在2013年6月底，SK电讯实现了LTE-A（LTE-Advanced，是LTE的演进）网络商用，7月LG U+ LTE-A投入商用，9月韩国电信公司LTE-A网络也投入了商用。技术和终端的发展相辅相成，使4G网络得以在韩国飞速发展，除了在网络建设上的优势外，来自三星公司和LG集团的众多LTE终端也很好地满足了韩国国内市场的需求。欧洲也是移动网络高速发展的地区之一，以英国的4G网络发展情况为例，2012年9月，英国最大的移动运营商EE公司宣布提供首个4G网络服务，该公司4G网络采用的是LTE和全球微波互联接入（WiMax）技术，首批提供4G服务的共有十一个城市，2012年年底达到了十六个，2014年4G网络覆盖率已达到98%。2013年8月，运营商O2宣布开始提供4G LTE服务，但其4G资费竞争优势并不大。虽然2013年底我国工业和信息化部才向中国移动、中国电信和中国联通发放4G牌照（TD-LTE牌照），但中兴、华为等企业都已加入到了世界4G网络的建设中，我国4G网络的发展速度很可能会超越其他国家。

三、结语

预计到2016年底，全球4G用户将突破9亿人，其中亚太地区占41%，北美占21%，欧洲占16%。现在的2G/3G网络器材，有不少可以过渡至4G通讯，对于网络供应商而言，可以减少终端上的投资，同时也可加快技术的发展。OFDM技术和协作通信技术的结合使用，是未来无线通信系统发展的关键技术之一，可以有助于改善频谱资源紧缺、海量数据难以处理和系统传输速率提升困难等瓶颈问题。由于网络覆盖不完整，导致无线终端耗电量较大，并且由于各国使用的LTE频谱不同，不能实现国际漫游，这些问题都有待进一步的改进。

参考文献：

[1] 杨涛. 4G网络发展的关键技术及前景探讨. 信息通信，2013， （1）： 49-50.

[2] Savo G. Glisic. 高级无线通信：4G认知与协作宽带技术. 第二版. 北京：电子工业出版社，2012.

[3] 元泉. LTE轻松进阶. 北京：电子工业出版社，2012.

[4]高占柱. 论4G网络LTE技术的发展历史和发展现状. 电子技术与软件工程，2013，（16）： 61.

[5] 陶旭骏. 从日本4G LTE发展看我国4G发牌问题. 移动通信，2013，（11）： 26-27.

[6] 杨佳文，朱敏. 日本软银高效利用资源发展TD-LTE. 通信世界，2013，（12）： 35.

[7] 中国通信网. SK电讯选择爱立信扩张主要城市LTE网络. 移动通信，2012，（9）： 52.

[8] 信海光. 4G不能再迟到. 中国海关，2013，（6）： 81.

作者简介：严蕾（1981—）女，硕士，中级职称，技师，主要从事电子与通信专业的教学工作。