4G通信工程技术要点及现实应用探究

2021-09-09杜鹏程

甘肃科技纵横 2021年3期

杜鹏程

摘要：在信息时代背景下，通信技术的发展日新月异。现代社会快节奏的生活，人们对网络技术各方面的需求日益凸显。在3G技术日渐成熟的基础上，通信行业就以开拓创新的意识以及洞悉市场的目光对3G通信进一步开展研究，力求功能进一步优化升级，满足客户个性化多样化的服务和需求。随着科技攻关的不断深入，在一次次改进突破中，4G通信技术成为科技发展的新产物，也为4G通信客户提供了更为完善的服务和专业技术的保障。从技术领域来说，4G通信技术频谱更高；通讯方式更加多样化；智能化程度更高。针对4G通信工程的多天线技术、智能天线技术、ipv6技术等重要技术及其现实应用进行探讨。

关键词：4G；通信工程；技术要点；现实应用

中图分类号：TN929.53文献标志码：A

0引言

随着科学技术的创新和发展，如今4G通信早已替代原有的3G通信，通信技术的每次升级换代都对社会经济发展带来深刻变革，也推动了人们生产生活方式的转变。3G移动通信在数据传输速度上曾让人耳目一新，社会经济发展日新月异，人们对通信技术的依赖日益凸显，迫切要求更快捷的数据传输速度和更流畅的观感体验，4G通信应运而生。和3G相比，4G通信很快就得到了广大消费者的认可，并迅速占领市场，其原因主要是4G通信网速更快、技术更成熟、安全性更好、设计更人性化。4G通信技术所具有的科技含量的大幅提升，为用户在信息的甄别、传输、使用、存储上提供了一系列完整可靠地保障，网络技术更加稳定，数据传输速度更加迅速便捷，功能也更趋多样化，同时更注重用户体验，追求个性化服务。

14G通信工程技术

1.14G通信工程技术的概念

4G通信工程技术作为科技发展进步催生出来的一项新技术，从第一代到第四代，从有线到无线，技术不断改进升级，功能不断优化，服务也不断完善。4G通信是3G蜂窝系统的延续改进和发展。4G通信是无线网络和3G通信相结合的产物，在图像高速传输的同时，确保了传输图像的高清晰度和高质量。4G通信网络下载速度为100 Mbps，能够实现无线连接，并能提供多元化的服务，如网络互联、全球通讯、终端应用等，3G通信向4G通信过渡中实现了无缝衔接，4G通信在成本之内满足了用户多样化通信需求。相对于3G通信而言，4G通信技术兼容性强、传输速率高、不同用户共存、不同业务融合、智能化、灵活度高等特点。

1.24G通信工程技术的特点

1.2.1存储量大，传输速率高

与3G相比，4G技术增大了传输频宽，存储量也相应提高十倍以上，在实现图像高速传输上确保图像质量与清晰度与电脑水平相当。此外，4G通信技术对于时间和空间的限制性很低，4G通信技术下载运行速度高达100 M/s，用户可以在高速移动（如上高速、乘坐高铁）时正常的接打电话、传输数据资料等。

1.2.2操作简便灵活，自由度高

4G通信技术全面考虑到用户的感受，可以不受时间空间限制，为用户实现无障碍入网。同时用户在选择业务和使用网络上自由度高，能够按照自己的实际需求进行相应的业务操作；4G网络系统有良好的弹性机制，能够依照用户使用状况自行作出调整，充分满足用户需求和环境要求。

1.2.3简便安全，个性化服务强

4G通信整合以往个人通信和数据传输上的不同应用，保留了同样的无线线谱，使功能更加完善，业务范围更广，网速提升更明显，满足用户个性化的服务需求。

1.2.4应用广泛，费用更低

4G通信技术具有较强的开放性和兼容性，几乎任何网络它都可以很好使用。操作流程灵活简便，用户能够更加自由的使用各项业务，技术改进进一步降低了运营成本，使用费用低。

24G通信工程的技术要点

2.1正交频分复用（OFDM）技术

正交频分复用（OFDM）技术是4G通信工程技术的核心，它是通过子信道的分流来实现信号的传递。也就是把信道分成几个正交子信道，再用低速子数据流替代原有的高速数据信号通过子信道传输。在频率的利用上，OFDM技术实现了频率的充分利用，在很大程度上起到抗干扰能力，减少了数据在传递中的损耗，降低了通信信号衰弱的速度，有效的提升了4G通信系统工作的质量。另外，OFDM技术循环前缀方式的应用使得其在码问的抗干扰方面作用明顯，同时OFDM技术自适应的调制机制也使得数据传输速度极大地提高。

2.2多天线技术

多天线技术是通过若干个天线来进行信息的传递。以往通信工程均为单天线，而4G通信工程利用分集技术原理，采用了多天线技术，它能够实现容量相乘，从而支持更多用户，同时降低了频谱使用频率。分集技术在实际应用中所有参数都取决于接收机，4G通信中的多天线的技术，体现出了智能天线技术创新。智能天线技术能够通过划分空间从而获取更多地址，在地址码和时间间隙相同的情况下，频带也一样，而给定空间与信号传输路径则是独立和不同的用户，即便是在频谱有限的情况下，通过快速增加通信容量，也能支持较多的用户，从而大幅提升了频谱的使用效率。在有效扩充用户信号容量的同时，也改善了服务质量。另外，在相同的频率段内使用多天线技术，在频率资源受到限制时，依旧可以通过高频信号进行传输，在同一时间间隙中，可多路信号进行传输，从而保证用户高效率的获得传输信号。

2.3智能天线（SA）技术

智能天线技术，即SA技术。它通过调节阵子信号、权数及相位来改变阵列方向图的形状，通过标记不同方位同样频率的天线来进行频率复用实现多光束频率复用。这种通过不同空间路径划分的方法又被称为空分多址，它是依据完备的要求天线需要给每个用户分一个点波束，在这种情况下，只要按照用户的空间位置对每个用户的无限信号进行划分，也就实现了多址划分。这项技术使得波束始终追溯着目标所在的方向实现与用户的同步移动，这就大幅度降低了发射功率，使得天线的效益得到很大的提高。

2.4软件无线电（SDR）技术

软件无线电技术，即SDR技术。它是将标准化、模块化的硬件功能单元经过通用硬件平台，以软件加载方式对各类无线电通信系统实现开放式结构的技术。该技术使无线电台的各个部分都发挥着各自作用，其软件系统包括信号流变换软件、调制解调算法软件、信源编码软件、信道纠错编码等。其优点是无需更换硬件，通过下载更新即可实现软件升级，还可根据实际需要对软件进行编程。

在4G通信技术中，软件无线电技术为4G通信技術搭建了可以实现多方运营参与的开放式、标准化硬件平台，通过提供开放式平台，提供快捷方便的升级服务。

2.5IPV6的技术

4G通信系统利用IP全分组的方法进行数据运输，通信网络设备能够分给唯一的可实现自动配置的路由地址，这样就最大程度保证了各种网络之间的链接，形成高级别服务系统。IPv6技术具有很强的移动性，不易受外界环境干扰，即使通信设备位移不断发生变化，通信质量也可保证不受影响，从而极大地提高了移动通信的质量。

IPV6技术实现了空间的拓展，所有使用通信网络的任何设备，都拥有全世界唯一的IP地址。用户在使用网络时，网络数据已完成了加密和效验，从而极大提高了网络的保密性和安全性。在4G移动通信技术中的IPv6技术与普通的此类技术相比具有极大的优越性。

34G通信工程技术的现实应用

基于4G通信工程技术高效率、大容量的数据传输等特点，被广泛应用于智能手机、公共医疗卫生和智慧城市、智慧农业等领域。信息获取的方便快捷，推动了智能手机APP、网络游戏、自媒体、软件开发、远程医疗会诊、智慧城市等新兴应用的诞生和发展。

3.1在智能手机上的应用

如今，4G网络已是“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”，4G网络技术的运用深刻改变了人们的生产和生活。自2013年以来，全球移动数据用户总流量占比重中，中国移动数据用户流量从35%上升至2019年的50%以上，中国逐步跃升成为全球最大的4G市场，移动用户拥有量超过7亿人口。4G大幅提升网速后，视频类业务成为4G主要应用。使用4G网络可以实现影像资料的高清下载和网络上传，高清电影和视频在线观看，带来更为流畅、清晰地观影体验。由4G网络所延伸出的新兴应用，把传统行业带入了新的智能时代。

4G网络的应用，以智能手机为载体，与人们日常衣食住行娱乐相结合，催生出一系列智能手机APP应用。如今，上淘宝、天猫买衣服，到美团、饿了么点外卖，去携程买机票订酒店，到百度地图、高德地图查出行路线，用支付宝、微信扫码收付款，无聊时刷刷微博，看看抖音，玩玩快手打发时间，这一切便捷高效的智能手机APP操作，让生活变得有滋有味、丰富多彩。

3.2在公共医疗卫生服务上的应用

公共医疗卫生作为健康中国建设的重要内容，4G通信工程与医疗卫生服务相结合，为医院诊断治疗及服务提供了全新的技术手段和方法。卫生移动医护通就是以4G通信技术为手段，以服务医疗为目标，面向各大中型医院，为医院诊疗提供一套完整的信息化管理方案。作为一种移动医疗服务模式，它主要是通过在医院内部铺设无线网络通信，接入互联网，搭建数据集成平台，用于医疗数据的接收和分析处理，再将处理好的信息发送到手机、iPad等移动终端设备。医生和护理人员通过手持移动终端就能够及时的发现和处理问题，完成日常的诊疗活动。通过使用卫生移动医护通，运用信息技术辅助医护人员的工作，能够有效减少工作中的失误，降低风险。此外通过随时随地实现共享诊疗信息，提高了信息共享的有效性和及时性，在提高医护人员工作效率的同时也优化了服务质量。

此外，4G通信技术的应用也直接推动了远程医疗的发展，医护人员可以不受时间空间限制，对疑难重症病患，组织不同地区不同领域的权威专家进行远程会诊，从而极大地提高了诊断治疗效率，减少病亡。

3.3在智慧城市建设上的应用

当今社会，随着城市化进程的不断深入，城镇化率提高，“大城市病”成为制约城市化发展的一大瓶颈。实现可持续发展是解决“大城市病”的一剂良，通过建设智慧城市，提高城市的智能化水平，提高城市空间、功能、公共资源等的利用率，从而实现可持续发展的目的。

智慧城市通过遥感检测手段，利用现代通信技术对包括公共服务、医疗卫生、生产生活、商业活动、环境保护在内的各种信息进行监测，分析整合城市运行中的各项关键信息，通过科学评判做出智能响应。它是运用大数据、云计算等平台，对涉及人们衣食住行等各方面的海量数据进行分析整合，提出智能化的解决方案，服务大众生活，是现代信息技术服务人们生产生活的最好体现。在这一过程中，4G通信以其高效率、大容量的数据传输的特点，在高清影视、视频通话、3D在线游戏、VR实景导航、云存储等方面广泛应用，不断满足人们在衣食住行以及娱乐等多样化个性化的需求。

在4G通信的快速发展下，催生大数据、物联网等新兴产业，已经在电子商贸、物流运输、医疗卫生、供电排水、购物消费等方面广泛应用，为建设智慧城市起到了技术支撑的重要作用。

3.4在智慧农业上的应用

我国疆域面积幅员辽阔，从东南到西北地形地势气候环境差异明显，这就使得我国的农业生产种植存在很大差异。随着农业科技的进步，原本粗放型的种植模式逐步向集约化发展，在农业转型中发展智慧农业成为必然趋势。

4G通信技术以其高效的信息化服务，精确的信息内容，科学合理信息处理方式，成为智慧农业发展强有力的技术支撑。智慧农业利用智能通信技术嵌入农业知识，通过智能的演算推理为农业生产提供相应的科学方案来服务农业生产管理。其提供的方案包含全面广泛的科学信息，为农业科技工作者及农民合理安排农业生产提供决策依据，同时在精准灌溉、施肥、病虫害防治等方面，也发挥了良好的作用。

3.5在智能家居上的应用

通过使用4G网络的“智能家居”开始出现在了人们的日常生活当中，改变了人们的生活方式。智能家居系统又称智能住宅，它是按照人体工程学得原理，利用4G网络、计算机、综合布线等技术、结合客服个性化的服务需求，将与家居生活中的各个子系统如家用电器、灯光音响、卫生洗浴、煤气地暖、窗帘开关、厨房厨具、安保防控等结合，通过4G通信及计算机智能管控，为人的生活服务，提升用户体验的目的。智能家居作为4G通信深入发展的产物，其全面发展离不开4G移动网络，更需要全产业链的智能化改造。2010年首款智能家居产品“宜居通”研发成功，通过在家中物品上安装监控感应装置，实时采集物品状态信息，发送至手机终端，实现对物品的监控。用户也可以使用手机发送指令，遥控监控物件状态。当时运营商设想了智能家居研发“三步走”的方案，首先是实现对家庭环境安全的监测，即安全监控；其次是利用手机对家电进行远程操控，如开关空调、调节热水器等；最后是实现全智能家居，对家中各类家电用品等实现远程操控。

如今，智能家居已走过十年，技术更加成熟，产品日益丰富，功能日趋完善，类型也变得多样。

3.6在日常生活上的应用

当今社会，人们对信息的需求程度大大提高，在日常工作、学习和娱乐中，需要保存大量的信息资源，而大容量正好是现代通信技术的一个优点。4G通信所具有的大容量，使得信息的中转时间进一步缩短，信息存储也变得更加便利。随着手机等终端设备的技术提升，4G网络在下载和存储技术以及复杂信息的处理上，变得十分简单。同时，4 G系统能够通过一个简单的终端设备将个人通信和公众信息结合在一起，在图像传输、多媒体娱乐、购物消费，影院电影票购买等多个方面实现对信息的自动处理，使人们的业余生活更加丰富多彩。

此外，4 G通信技术不仅限于手机和电脑应用，还扩展到国防军事、雷达监测、远洋航海、远程监控、航空航天、地震预警等各方各面，为推动人类社会发展进步起到了重要作用。

4结论

随着移动通信技术的不断发展，4G通信作为21世纪高新科技发展的产物，被广大群众认为是有史以来最复杂的技术系统。4G通信技术以其高速的数据传输，被称为机器之间的“高速对话”，在我国广泛应用和普及，为人们的工作和生活带来极大的便利。虽然4G通信给移动通信业务带来了新机遇，但是要顺利且全面地实施4G通信，在发展上还是会面临极大的市场挑战。放眼未来，智能化将成为网络发展的重要趋势，4G通信工程技术需要从配套设施，核心技术和终端设备等方面加大科研科研投入力度，不断提升网络速度、优化服务内容，最终才能更快更好的实现智能化发展。

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