魏興菊

【摘要】 第四代通信技術(shù)是基于前三個階段的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的，作為一種更先進的科學技術(shù)，其在研究階段的關(guān)鍵技術(shù)有著不可比擬的優(yōu)勢，為以后人們的快節(jié)奏生活提供了保障。本文主要從第四代通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)對4G進行討論，并對其應(yīng)用前景進行展望。【關(guān)鍵字】 第四代通信技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)用前景

一、 引言

移動通信技術(shù)以其用戶可在通信覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意位置、并可在移動的情況下通信而得到了大范圍的推廣應(yīng)用，它在很大程度上推動了社會發(fā)展，解決了人們的基本通話需求，為人們的日常生活提供了方便[1]。

隨著電子商品的更新?lián)Q代，移動通信技術(shù)也一直處于穩(wěn)步發(fā)展中，回顧它的發(fā)展歷程，大致包含三個階段：第一代移動通信以模擬信號傳輸為基礎(chǔ)，以采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)頻率的重復(fù)利用，這一技術(shù)解決了大區(qū)制容量低、活動范圍受限制的問題，從而實現(xiàn)讓成千上萬的公眾利用有限的頻率資源進行大眾化的通信；第二代移動通信主要是以數(shù)字信號為傳輸基礎(chǔ)，除了滿足改善通信質(zhì)量、提高頻率資源利用率和信道容量等要求外，提供低速率的數(shù)據(jù)傳輸能力也是其功能之一；第三代移動通信在第二代移動通信系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，吸收其優(yōu)點并淘汰缺點，能夠提供寬帶服務(wù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)，實現(xiàn)全球漫游。

二、第四代移動通信技術(shù)

現(xiàn)階段比較流行的第三代移動通信技術(shù)與現(xiàn)有無線技術(shù)相比，其功能要強大的多，但是由于同行業(yè)的競爭、與相關(guān)標準不兼容等問題也隨著時間的推進不斷顯示出來，因此，人們迫切的要求設(shè)計出一套較完善的融合語音通信與數(shù)據(jù)通信的全球移動通信網(wǎng)絡(luò)標準，將希望寄予第四代移動通信標準的制定，以解決兼容以及第三代所不能解決的問題。

2.1 第四代移動通信技術(shù)的優(yōu)勢

4G是第四代移動通信（The 4th Generation）的簡稱，其移動通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)同其他通信系統(tǒng)的無縫銜接并與它們相互兼容[2]。第四代移動通信集可看作是3G 與WLAN的集合體，融合兩者的優(yōu)點于一身，除了能準確的傳輸數(shù)據(jù)之外，還可將高速傳輸高質(zhì)量的視頻圖像以高速度的傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)雙向上傳，可與高清晰度電視相媲美。4G系統(tǒng)可提供的下載速度為100Mbps，上傳速度也可達到20Mbps，因其更高的數(shù)據(jù)率和頻譜利用率，更可靠的安全性、智能性和靈活性以及更優(yōu)質(zhì)的傳輸和服務(wù)，所以幾乎能夠滿足所有用戶對于無線服務(wù)的要求。

在綜合功能方面，第四代通信技術(shù)可以把媒體終端與自身所具有的功能融合到一起，通過媒體終端來實現(xiàn)資源分享，并提供無線通服務(wù)訊平臺為信息傳輸提供支持，不限地點、時間、環(huán)境等因素的限制。利用第四代通信技術(shù)還可以提供資料、視頻、圖片的雙向下載傳遞，實現(xiàn)無線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)字廣播（DVB）、數(shù)字音訊廣播（DAB）等的無線通信增值服務(wù)。第四代通信合理的解決了兼容性問題，通過4G可以下載各式各樣的通信軟件，從而減少通信資費，基于目前的運營商競爭形勢，使得4G的一些服務(wù)項目比3G的要實用、便宜的多[3]。

在容量方面上，可以通過在FDMA、TDMA、CDMA 基礎(chǔ)上引入空分多址（SDMA）的途徑來實現(xiàn)這一目標，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，其容量可達到3G容量的5～10倍[4]。第四代通信技術(shù)能將任意地址的寬帶無障礙接入互聯(lián)網(wǎng)。它的自適應(yīng)資源分配功能，可以在任何環(huán)境條件下處理不斷變化的業(yè)務(wù)流和信道條件，自組織性和靈活性在這一技術(shù)上得到了很大的體現(xiàn)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)和自變化的信道條件，這一技術(shù)還可以保證低碼率與高碼率用戶的共存，綜合固定移動廣播網(wǎng)絡(luò)和其他的一些規(guī)則，對這些功能體積分布進行動態(tài)控制，支持視頻會議、無線因特網(wǎng)等交互式多媒體業(yè)務(wù)。

2.2 第四代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

第四代移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大致可分為物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層三個層面。三者中物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是完全開放的，可以以高速的無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)效率為新的應(yīng)用和服務(wù)發(fā)展提供平臺，多個頻帶之間實現(xiàn)無障礙的高速運行。第四代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術(shù)、調(diào)制和信息傳輸技術(shù)；高性能、小型化和低成本的自適應(yīng)陣列智能天線；大容量、低成本的無線接口和光接口；系統(tǒng)管理資源；軟件無線電、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議等[4]。

1）OFDM 技術(shù)：OFDM 技術(shù)是新型通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)的重要組成部分，對無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸起著很大的作用。OFDM 技術(shù)的工作原理是將傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)信道進行劃分，其劃分方式以若干沒有直接關(guān)系的正交子信道來體現(xiàn)，從而將原來傳輸速度較高的串行數(shù)據(jù)流劃分成了很多傳輸速度相對較低的并行數(shù)據(jù)流，通過調(diào)制每一個子信道上所給予的子載波，在同一時間段內(nèi)，將各個子載波進行并行傳輸，如此便可有效地保證信道的頻率具有一定的選擇性，也可確保通信網(wǎng)絡(luò)中的每個子信道都具有平坦性?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)表明，OFDM 技術(shù)的優(yōu)點在相當大的范圍內(nèi)已得到認證，它的規(guī)避信號干擾的能力是毋庸置疑的，在保證系統(tǒng)頻譜利用率及信傳速率的的問題上，發(fā)揮了很大的作用，而針對通信性能的頻率選擇性衰落問題，也在很大程度上得到了解決[5]。

2）智能天線技術(shù)：這種技術(shù)的主要功能是抑制垃圾信號干擾、自動跟蹤定位以及自動進行數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能，是4G 通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。這一技術(shù)除了可以對抗信號在傳輸過程中的干擾和衰落之外，增加通信系統(tǒng)的總?cè)萘坎⒖焖賹崿F(xiàn)移動臺的定位也是其特有的功能之一，在信息傳輸性能方面占有不可替代的重要地位。這種技術(shù)在雷達和聲納軍事領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛，空間濾波和定位是這一技術(shù)應(yīng)用的主要目的。

3）軟件無線電技術(shù)：SDR技術(shù)是（Software Defined Radio）的簡稱，可以將各種通信技術(shù)聯(lián)系在一起，作為是4G 微電子技術(shù)的基礎(chǔ)，其開放平臺升級方便，允許介入多方運營。軟件無線電技術(shù)保證了4G 通信技術(shù)不管在什么環(huán)境下，都能有效幫助用戶可以時刻使用無線網(wǎng)絡(luò)的接入方式進行通信，使用戶在不相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行相互的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換，有效地實現(xiàn)無縫隙漫游通信。它的工作原理是用軟件編程取代相應(yīng)的硬件功能，建立起無線電通信平臺，同時運行多種軟件系統(tǒng)實現(xiàn)通信協(xié)議等功能，達到通過軟件的應(yīng)用和更新來實現(xiàn)多種終端通信的無線通信方式，解決了 4G 通信系統(tǒng)中存在的用戶終端多樣化和復(fù)雜化等問題，使不同的用戶終端始終在同一平臺交流。

4）多用戶檢測技術(shù)：這種技術(shù)的主要作用是提高用戶終端以及信號基站移動通信系統(tǒng)的容量。多用戶檢測技術(shù)的工作理念是在同一時間內(nèi)將所有用戶使用的傳輸信道中所傳輸?shù)男盘柸靠醋魇怯杏玫男盘?，并不再將它作為干擾信號進行處理，同時通過各種各樣的信息處理技術(shù)對有用的信號進行有效處理，從而實現(xiàn)多個用戶信號的聯(lián)合檢測[8]。

三、第四代移動通信技術(shù)的應(yīng)用前景

目前，這一全新的技術(shù)還處于初始階段，但隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，其日后的影響力將會普及到所有的領(lǐng)域中。

1）應(yīng)用在智能手機：手機作為日常通信的主要工具，一些手機用戶已經(jīng)不再滿足于手機現(xiàn)有的使用功能，從而對手機提出了更高的要求，4G技術(shù)信息的高效傳輸速度，被廣泛應(yīng)用在了手機上，在此基礎(chǔ)上，也刺激了智能手機的出現(xiàn)和領(lǐng)域擴大，可以有效地對手機用戶身份進行認定和鑒別。

2）應(yīng)用在射頻測量技術(shù)：作為驗證微波射頻器件性能和檢驗理論設(shè)計的必需技術(shù)，射頻測量技術(shù)是微波電路計算機輔助設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)，4G網(wǎng)絡(luò)擁有的高頻譜帶寬可以實現(xiàn)射頻測量更快速度、更高精度的要求。

3）應(yīng)用在智慧家庭：通過利用計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊對家電進行控制等技術(shù)創(chuàng)建“智慧家庭”服務(wù)平臺，能夠有效的對家庭實現(xiàn)智能控制、信息交流及消費服務(wù)并將它們與家居生活有效地結(jié)合起來以提高生活質(zhì)量和生活品質(zhì)。

4）應(yīng)用在智慧課堂：利用多媒體技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、云技術(shù)等進行課堂教育，以豐富課堂教育，老師和學生之間的交流互動可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的流通性來達到這一目標。在課上，老師可以通過主機對學生的電腦進行遠程控制，形成一個連接式的互動平臺，從而提高學生的課堂樂趣，增加學生自主學習的積極性和主動性，在課下，還可以通過遠程教育及時解答學生的家庭作業(yè)問題，幫助學生提高成績。

5）應(yīng)用在移動醫(yī)護：這種應(yīng)用主要是面向大中型醫(yī)院，基于現(xiàn)在的移動醫(yī)療服務(wù)模式的整體信息化解決方案，可通過在院區(qū)內(nèi)鋪設(shè) WLAN 網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)專線傳輸通道可以協(xié)助醫(yī)護人員通過智能手機終端完成臨床診療及護理工作。這種應(yīng)用的普及是以信息化手段輔助醫(yī)護人員減少工作差錯，實現(xiàn)隨時隨地隨身共享醫(yī)護信息，有效提升醫(yī)院人員的工作和服務(wù)效率。

6）應(yīng)用在其他技術(shù)：其他技術(shù)包括在抗洪救險、抗震救災(zāi)等方面的應(yīng)用。由于其具有的強大網(wǎng)絡(luò)覆蓋功能，工作人員可通過無線覆蓋的形式準確的提供并獲取相關(guān)的有效數(shù)據(jù)資料，為救災(zāi)工作提供切實有效的技術(shù)支持，從而加強人員、物資的高效率調(diào)度。

四、結(jié)語

現(xiàn)在的時代是一個科技信息大發(fā)展的時代，通信技術(shù)在一定程度上決定著現(xiàn)階段人們的生活方式，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活趨于更方便、更快捷的節(jié)奏。雖然目前的第四代通信技術(shù)的發(fā)展道路還在不斷的摸索中前行，但回首已經(jīng)度過的三個階段，不難發(fā)現(xiàn)，通信技術(shù)的發(fā)展是朝著人們的意愿而發(fā)展的。因此，我們有理由相信，在不久的將來，我們一定會迎接一個更快節(jié)奏生活時代的到來。

參 考 文 獻

[1]楊超，梅康，陳金鷹，等.4G通信技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].熱點技術(shù)，2011，（5）：58-60.

[2]劉占成，馬龍.淺談4G通信技術(shù)應(yīng)用前景[J].合作經(jīng)濟與科技，2013，20（25）：127-128.

[3]馬骉.4G通信技術(shù)及其應(yīng)用前景分析[J].新應(yīng)用：71.

[4]朱海濤.第四代移動通信發(fā)展前景[J].信息科技，2010，（11）：111-112.