淺談4G移動通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要：4G移動通信系統(tǒng)以其通信速度快、增值服務(wù)多、網(wǎng)絡(luò)頻譜寬和智能性能高等獨特優(yōu)勢，一躍成為3G網(wǎng)絡(luò)的延伸。文章首先簡單介紹了4G移動通信系統(tǒng)的概念，同時詳細描述了4G系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，最后討論了4G移動通信系統(tǒng)未來發(fā)展過程中面臨的問題。

關(guān)鍵詞： 4G；3G；移動通信；發(fā)展現(xiàn)狀

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和蘋果、三星等智能手機的大規(guī)模應(yīng)用，移動通信的發(fā)展日新月異。為了實現(xiàn)“任何人在任何時間、任何地點能夠與任何其他人進行任何類型的通信”[1]的美好目標，移動通信至今已經(jīng)歷了數(shù)代的發(fā)展。以大哥大為代表的1G系統(tǒng)實現(xiàn)了在“任何地方”進行通話，解決了用戶的基本通信需求；到了2G時代，以GSM、CDMA為代表的2G系統(tǒng)實現(xiàn)了從模擬到數(shù)字通信的實質(zhì)性轉(zhuǎn)變，其廣闊的地域覆蓋使得在“任何地點”進行實時通話的目標成為現(xiàn)實，同時提供的低速率數(shù)據(jù)傳輸能力，使得“任何類型”的信息交換成為可能；但隨著視頻、多媒體數(shù)據(jù)等高速率業(yè)務(wù)的急劇增長，2G已經(jīng)力不從心，因此3G應(yīng)運而生。以TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000為標準的第三代移動通信系統(tǒng)（3G）在頻率利用率和系統(tǒng)容量方面有了較大幅度的提升，使得“任何類型”的無線寬帶多媒體業(yè)務(wù)得以實現(xiàn)。至此，移動通信實現(xiàn)了最初的美好夢想，但由于三大標準之間的不兼容，導(dǎo)致3G無法實現(xiàn)全球無線漫游。為此各國已開始迅速發(fā)展第四代移動通信，旨在實現(xiàn)“無線的寬帶化”[2]。本文將重點對4G的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及未來發(fā)展可能面臨的問題進行探討。

1 4G概述

4G（4rd-generation）是通信行業(yè)從業(yè)人員對第四代移動通信系統(tǒng)的簡稱。作為3G網(wǎng)絡(luò)的延伸，4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜利用率都有了極大幅度的提升。國際電信聯(lián)盟要求，在靜止或者低速運動的狀態(tài)下，4G的下行峰值速率理論上能夠達到1Gbit/s，實現(xiàn)了從“M”數(shù)量級到“G”數(shù)量級的巨大轉(zhuǎn)變；在高速移動狀態(tài)下，下行峰值速率可以達到100Mbit/s，比現(xiàn)有的撥號上網(wǎng)快2000倍，是3G網(wǎng)絡(luò)下行速度的3-5倍，同時上行傳輸速率為20 Mbit/s，遠遠超過了3G網(wǎng)絡(luò)的上下行傳輸速率，足以滿足不同用戶對高速率無線綜合業(yè)務(wù)的要求[3]。在峰值頻譜效率方面，4G下行30bps/Hz，上行15bps/Hz，是3G頻譜利用率的5-10倍。此外，4G還具有通信服務(wù)多元化、計費方式靈活等諸多優(yōu)勢。目前，4G已在即時移動視頻、云端游戲、遠程醫(yī)學(xué)和智能家居等方面得到了成功應(yīng)用。

2 4G國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1全球4G發(fā)展現(xiàn)狀

自2009年在瑞典首次推出全球的第一個4G LTE網(wǎng)絡(luò)以來，各個國家都在大力研究和推進4G的發(fā)展，現(xiàn)有的標準已達五種之多，包括LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced、WiMax、HSPA+和LTE。根據(jù)全球移動設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會提供的報告，截止2013年9月份，全球共81個國家和地區(qū)已成功建設(shè)213張4G商用網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計全球的4G用戶數(shù)量將在2016年底突破9億人。目前，美國、韓國和日本等國家在4G發(fā)展上都呈現(xiàn)出了勢如破竹、百花齊放之態(tài)。

以美國為例，其4G市場出現(xiàn)了三分天下的局面。美國最大電信運營商Verizon采用了LTE，網(wǎng)絡(luò)覆蓋近百個城市，覆蓋率高達95%，現(xiàn)向LTE-Advanced演進；另一家競爭力極強的運營商AT&T采取HSPA+和LTE技術(shù)并駕齊驅(qū)，其4G網(wǎng)絡(luò)已在424個市場進行了部署，傳輸速率能夠達到3G網(wǎng)絡(luò)的4倍和10倍[4]。韓國和日本的4G發(fā)展也非常領(lǐng)先。韓國在2011年首次推出了4G LTE的服務(wù)，宣布正式進入4G時代。到目前為止，該國已經(jīng)成為全球4G普及率最高的國家，覆蓋本國人口的62%，遠遠超過日本、澳大利亞等其他4G技術(shù)發(fā)展較好的國家。此外，日本將LTE速度快、終端多等諸多優(yōu)勢塑造成了自身4G網(wǎng)絡(luò)的獨特魅力，在全球的4G網(wǎng)絡(luò)中獨樹一幟。日本運營商為了占據(jù)更大的市場份額，往往會推出多種4G優(yōu)惠套餐，導(dǎo)致年輕用戶每隔幾個月都會進行一次攜號轉(zhuǎn)網(wǎng)，這使得移動互聯(lián)網(wǎng)市場的競爭進入了白熱化階段，當然運營商也從中收益頗多。各個國家在未來的4G發(fā)展中仍是機遇與挑戰(zhàn)并存。

2.2我國4G發(fā)展現(xiàn)狀

2013年12月4日，國家工業(yè)和信息化部分別向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通三大電信運營商正式頒發(fā)了4G（TD-LTE）牌照，另外，中國聯(lián)通與中國電信還各獲得一張FDD-LTE牌照，宣告我國正式進入4G時代。與歐美、韓國和日本等國家相比，我國的4G發(fā)展雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，截至今年2月底，中國移動的4G用戶數(shù)量已達134萬，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋城市接近100個，部分省份（浙江等）已實現(xiàn)所有地級市的全面覆蓋。預(yù)計到今年年底，中國移動滿足商用的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋城市將達到344個。在用戶終端方面，今年前三個月能夠上市的4G終端已超過27款，包括三星、華為等十幾種知名品牌。中國電信也在今年2月份正式開啟了4G商用。與中國移動相比，中國電信對4G智能終端具有更高的技術(shù)要求，希望終端在支持TD-LTE的同時能夠兼容FDD-LTE。步伐較為緩慢的中國聯(lián)通在今年3月底才陸續(xù)傳出4G商用的消息，預(yù)計今年年底開通4G服務(wù)的城市將達到300個。隨著國內(nèi)三大電信運營商的4G商用，4G智能終端廠商也再次迎來春天。工信部消息稱2014年國內(nèi)的4G手機出貨量將達到7240萬部，用戶總量將突破3000萬戶?？v觀國內(nèi)4G技術(shù)的發(fā)展，已呈現(xiàn)欣欣向榮的發(fā)展景象，但仍遠遠落后于日本、韓國和美國等發(fā)達國家。因此，中國的4G發(fā)展仍然是任重道遠。

3 4G未來發(fā)展面臨的難題

3.1標準難以統(tǒng)一

據(jù)統(tǒng)計，目前全球的4G技術(shù)標準已有五種之多，標準不統(tǒng)一的問題已成為各大運營商面臨的最大難題。由于在4G的發(fā)展過程中沒有類似于3GPP的行業(yè)組織，各大通信運營商或者廠商各表一枝，缺乏溝通和協(xié)調(diào)，目前尚無一個統(tǒng)一的4G技術(shù)標準，這必將導(dǎo)致各種4G通信系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)兼容，無法實現(xiàn)攜號轉(zhuǎn)網(wǎng)，給4G用戶帶來很多不變。因此，如何盡快解決全球范圍內(nèi)通信制式缺乏統(tǒng)一標準的問題將會是未來4G發(fā)展的重中之重。

3.2容量受到限制

4G技術(shù)帶來的最大優(yōu)勢是無線傳輸速率的大幅度提升，理論上最大下行速率可達100Mbit/s。但手機的速度會受到4G系統(tǒng)容量的限制，如系統(tǒng)容量有限，手機用戶越多，速度就越慢。因此4G手機的速率往往會大大折扣，很難達到100Mbit/s的理想速率。例如，在4G LTE網(wǎng)速位居第一的國家——瑞典，其下行平均速率剛剛達到21.1Mbit/s。排名全球第二和第三的香港和丹麥的平均下載速度僅為19.6Mbit/s和19.1Mbit/s。因此，只有最大幅度對4G通信系統(tǒng)進行擴容，才能實現(xiàn)4G的超高傳輸速率。

3.3設(shè)施更新難度大

4G網(wǎng)絡(luò)建立之前，大部分的無線基礎(chǔ)設(shè)施均建立在3G系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上。在3G—LTE—LTE-Advanced的演進過程中，按照通信行業(yè)的規(guī)則制定者—3GPP的要求，LTE-Advanced與LTE之間實現(xiàn)了較好的前后向兼容性，但從3G系統(tǒng)發(fā)展到LTE并不順利。因為3G的空中接口技術(shù)發(fā)生了實質(zhì)性的改變，如MIMO技術(shù)等，LTE無法完成與3G系統(tǒng)的后向兼容性。從WCDMA到LTE，都必須對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施進行系統(tǒng)升級或者直接更換。由于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量巨大，因此系統(tǒng)更新難度加大，更新成本大幅度增加。

4 結(jié)束語

4G技術(shù)在全球開展已有近五年的時間，已經(jīng)為全球通信行業(yè)的發(fā)展帶來了翻天覆地的變化。隨著4G技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們的要求越來越高，想法也越來越多， 4G技術(shù)將會進一步成熟和完善并順利完成從3G到4G的平滑過渡。

參考文獻

[1]謝斌，杭小虎. 4G移動通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展研究[J].消費電子，2013，10（8）：23.

[2]張茹芳. 淺析4G移動通信技術(shù)的要點和發(fā)展趨勢[J].信息通信，2012，11（4）：247-248.

[3]李昆，孫強毅. 淺談4G通信技術(shù)的發(fā)展與面臨的問題[J].科技向?qū)В?013，（7）：359.

[4] 張玉龍，李志峰，趙勛. 對4G移動通信技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的展望[J].信息通信，2013，10（31）：95-96.

作者簡介：賀利娜（1986-），女，漢族，河南濟源人，助教，碩士，主要從事移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)及GPS定位等研究。