4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用

摘 要：近些年來，人們對移動通信網(wǎng)絡(luò)的需求與日俱增。目前正在運營的2G、3G網(wǎng)絡(luò)已較難滿足用戶的需求。而隨著移動通信技術(shù)的高速發(fā)展，4G移動通訊系統(tǒng)應(yīng)運而生，成為新一代通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到人們的工作生活中去。本文首先介紹了4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上對比分析了4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢，探討了4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用以及對4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展前景進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：4G網(wǎng)絡(luò)；移動通信；前景

中圖分類號：TN929.5

1 4G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

按照4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能，由內(nèi)到外可以將4G網(wǎng)絡(luò)分為三層，依次是物理網(wǎng)絡(luò)層、中間緩沖層、應(yīng)用層。物理網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是提供用戶網(wǎng)絡(luò)接入，以及提供路由功能，即允許用戶使用終端接入4G網(wǎng)絡(luò)中，該功能可通過無線通訊和核心網(wǎng)結(jié)合而成，是4G比較具有代表性的技術(shù)革新。中間緩沖層主要提供安全管理、QoS映射及地址轉(zhuǎn)換這三種功能。應(yīng)用層能夠提供加載和管理業(yè)務(wù)的功能，為用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗提供服務(wù)。在4G網(wǎng)絡(luò)的這三層中，每層之間的接口就是開放的IP協(xié)議，這既有利于用戶的接入，也便于開發(fā)新的應(yīng)用及服務(wù)，這樣就使得4G網(wǎng)絡(luò)能夠產(chǎn)生高數(shù)據(jù)率的無線信號，也就是說4G網(wǎng)絡(luò)能夠在多個頻帶中運行。這樣，4G網(wǎng)絡(luò)就能夠應(yīng)用于多模終端和多個無線標(biāo)準(zhǔn)，也可以應(yīng)用于不同的運營商和服務(wù)模式。

2 4G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

4G通信系統(tǒng)比前幾代移動通信技術(shù)更復(fù)雜，需要采用多種關(guān)鍵技術(shù)才可以將其實現(xiàn)。通常情況下，所采用的技術(shù)包括以下幾種：

2.1 智能天線技術(shù)

在整個波束間不存在切換的自適應(yīng)陣列或多波束天線技術(shù)，就是智能無線技術(shù)。在自適應(yīng)陣列過程中，大量天線所接收的信號通過處理后被整合在一起，這種無線陣列不但可以提供較高的無線增益，還可以帶來分集增益的大量增加。

2.2 正交頻分復(fù)用（OFDM）

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是一種多載波數(shù)字通信技術(shù)，這種技術(shù)的出現(xiàn)為實現(xiàn)高效的抗干擾調(diào)制技術(shù)和提高頻帶利用率開辟了一條的新路徑。OFDM是4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。OFDM的頻譜效率高，其信號的相鄰子載波相互重疊，這在頻譜資源有限的無線網(wǎng)絡(luò)中顯得至關(guān)重要。其次，其抗噪聲性能和抗衰落能力強(qiáng)。OFDM通過多個子載波傳輸用戶信息，這樣就增長了單載波系統(tǒng)傳輸信號的時間，也增強(qiáng)了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。

2.3 移動IPv6技術(shù)

全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)，這樣就使得4G技術(shù)可以在不同頻率的網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)無縫連接，而且信號相互傳遞速度更高失真度更小。同時，4G技術(shù)還徹底的擺脫了IPV4協(xié)議，全部使用分組方式的IPV6協(xié)議。這種協(xié)議有以下幾個特點：（1）IPv6協(xié)議巨大的地址空間可為任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供全球唯一地址，如PDA、蜂窩設(shè)備等，另外IPv6協(xié)議采用128比特地址方案，為將來數(shù)十年提供了足夠的IP地址。（2）IPv6的包頭比IPv4的包頭更有效率，數(shù)據(jù)字段更少，支持了包頭的校驗，游標(biāo)記字段可以提供流量區(qū)分。（3）IPv6新的擴(kuò)展包頭替代了IPv4包頭的選項字段，在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。（4）多等級層次有助于路由聚合，提高了路由選擇到因特網(wǎng)的效率和可擴(kuò)展性，使具有嚴(yán)格路由聚合的多點接入成為可能。（5）為IPv6設(shè)計了許多過渡機(jī)制，允許從IPv4網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)地向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡。（6）IPv6被設(shè)計為比IPv4協(xié)議能更有效地處理移動性和安全機(jī)制。

3 4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢

4G通訊技術(shù)與前幾代的通訊技術(shù)相比，其優(yōu)越性是顯而易見、且不可比擬，下面對4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢做詳細(xì)介紹。

3.1 通信速度快

與前幾代通信技術(shù)相比，4G通信技術(shù)在研發(fā)過程中引進(jìn)和采用了許多功能強(qiáng)大的技術(shù)，運用以路由技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引進(jìn)了交換層級技術(shù)。該技術(shù)能同時包含了不同類型的通信接口，大大提升4G網(wǎng)絡(luò)速度，使得無線網(wǎng)絡(luò)傳輸可達(dá)10Mbps～20Mbps，甚至達(dá)到了100Mbps，相當(dāng)于目前手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的幾十倍。

3.2 通信靈活

未來4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)若普遍應(yīng)用，將更加方便人們的工作生活。4G通信高速快捷，用戶可以隨時隨地使用終端設(shè)備如手機(jī)、平板電腦等進(jìn)行傳輸資料文件，不用擔(dān)心流量且受固定網(wǎng)線或無線Wifi點的限制，使用視頻、通話更方便清晰，網(wǎng)上購物游戲更隨心所欲，可以說4G帶來的更多是用戶使用上的便捷靈活。

3.3 更強(qiáng)的智能性

還體現(xiàn)在現(xiàn)有用戶所不能體驗到的智能性能。比如需要預(yù)定電影座票時，可以直接把電影院的售票情況、座位情況自動下載，顯示得一清二楚，方便用戶選購。

3.4 增值服務(wù)

4G通信系統(tǒng)是有別于3G通信系統(tǒng)的一個新技術(shù)，并未從3G的基礎(chǔ)上升級而來。3G通信技術(shù)主要是以CDMA為核心，而4G通信系統(tǒng)則以正交頻分復(fù)用（OFDM）為核心，4G利用OFDM可以實現(xiàn)數(shù)字音訊廣播和無線區(qū)域環(huán)路等增值服務(wù)

4 4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用及前景

2013年12月4日，國家工信部分別向中國移動通信集團(tuán)公司、中國電信集團(tuán)公司和中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司頒發(fā)LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）經(jīng)營許可。

在我國，TD-LTE已基本成熟。4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)逐漸進(jìn)入千家萬戶。由于4G網(wǎng)絡(luò)具有豐富的應(yīng)用，將給人們帶來更多網(wǎng)絡(luò)通訊上的便利。比如移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、視頻會議乃至車聯(lián)網(wǎng)等一系列應(yīng)用都將隨著4G的普及而更為大眾所熟知并接受，廣大用戶屆時將能感受到更全面強(qiáng)大的4G信息化應(yīng)用服務(wù)。在城市公交站、地鐵站等各種公共場所，便民應(yīng)用將更普及，市民將體驗到更方便快捷的4G上網(wǎng)服務(wù)。在城市交通中，可以實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控，更能保證交通安全、順暢。在教育行業(yè)，校園監(jiān)控數(shù)據(jù)更加實時清晰，查詢自習(xí)教室或者借閱圖書館的圖書時將更便捷。在醫(yī)療應(yīng)用中，遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動救護(hù)車會診也逐漸成為現(xiàn)實，全面滿足醫(yī)患需求。在職場中，職員們更能隨時隨地用手機(jī)參加單位企業(yè)的視頻會議。與此同時，4G還將給用戶提供新穎強(qiáng)大的移動娛樂應(yīng)用，可以隨時隨地觀看全高清視頻、賽事直播，同步直播減少緩沖?？梢钥锤咔錗V電視連續(xù)劇等，聽無損原聲帶唱片，擁有完美的音質(zhì)效果。還可以玩大型高清游戲，游戲接入更迅速、反應(yīng)更快。可以說，在4G到來的時代，一切都將變成現(xiàn)實。

此外，4G還能幫助廣大上網(wǎng)用戶輕松從有線網(wǎng)絡(luò)升級到無線網(wǎng)絡(luò)，避免了布有線網(wǎng)的不便。4G無線傳感器甚至將直接促進(jìn)智能家居系統(tǒng)的快速發(fā)展和低成本普及，為家居無線遙控操作提供便利。另外，4G通訊能讓大眾以最高的性價比暢享無線智能生活，領(lǐng)略到科技帶來的時尚生活魅力。未來的4G通信給人們帶來通暢無阻的溝通自由。寬帶化、智能化、個性化、媒體化、多功能化和環(huán)?；瘜⒊蔀槿?G應(yīng)用發(fā)展的新趨勢。

5 結(jié)束語

當(dāng)下是一個科技高速發(fā)展的時代，通信行業(yè)的技術(shù)更新速度快，新技術(shù)層出不窮，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為通信快、高性能、高頻率的寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而出，充分滿足用戶服務(wù)的要求。如今世界上許多國家在進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研制，包括4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、漫游等環(huán)境下的系統(tǒng)實現(xiàn)，想必在將來得到普及并得到市場的認(rèn)可。

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作者簡介：李山（1974.11-），男，高工，研究生、MBA學(xué)位；李娜（1978.11-），女，工程師，本科、理學(xué)學(xué)士。

作者單位：中國電信河北省分公司，石家莊 050000；中國電子科技集團(tuán)公司第50研究所，上海 200063