4G通信技术的研究与应用分析
【摘要】在社会经济飞快发展的同时，移动通信技术也在飞速的进行着更新换代，使人们对通信技术的需求得到了极大程度的满足。目前，3G通信技术已经成熟并且应用广泛，4G通信技术也已进入市场并不断普及，给人们生活带来更大的便利。本文对4G通信的关键技术的应用、优势进行了研究，并分析了其在发展过程中的不足。
【关键词】4G通信技术;存在问题;优势;应用研究
1.4G通信技术的介绍
4G通信技术，也就是第四代通信技术，其数据传输能力是非对称的，并且传输速度超过2Mbit/s。交互式广播网络、移动宽带系统、宽带无线局域网、宽带无线固定接入都属于4G通信技术。与3G通信技术相比，4G通信技术的功能要更加强大，能够打造出相当完美的无线世界，并且能够把更加可靠的局域网信息系统提供给消费者。4G通信技术比3G通信技术有更快的通信速度、更好的兼容性、更高的智能性能、更广的网络覆盖范围，并且其能够提高更好的多媒体通讯效果，也使得通信费用越来越少。
2.4G通信关键技术的应用
2.1 正交频分复用技术
正交频分复用技术（OFDM）属于多载波调制技术，第四代移动通信的核心技术就是OFDM，OFDM属于MCM的一种技术，其主要原理是把原有的信道分为很多的子信道，各个子信道是正交的，并且可以把高速的数据信号转变成并行的低速的子数据流，使得调制能够在这些子信道上进行传输。与串行系统相比，正交频分复用技术的优势是：第一，有更高的频谱效率;第二，有更强的抗码间干扰能力;第三，有更强的抗老化能力;第四，更加适合高速的数据传输。
2.2 智能天线技术
波束形成网络、波束形成算法和天线阵三个部分组成了智能天线，并且其常常被称为自适应阵列天线。智能天线能够抑制干扰信号、增强传输信号的目的是通过满足某准则的算法对各阵元信号的加权相位与幅度进行调节，然后对天线的阵列方向图形进行调节所达到的。智能天线在功能方面具有数字波束的调节、自动跟踪、抗干扰的特点，因此其被当作保障通信品质、提高通信速率、解决信号频率资源匮乏、提升系统容量的有效途径。
2.3 软件无线电技术
不同形式和不同类型的通信技术能够通过软件无线电技术（SDR）有机地联系起来。软件无线电技术的基本工作原理是把模拟信号数字化过程接近天线，即将A/D和D/A转化器尽可能的接近RF的前端，然后使用DSP技术对信道进行分离、调制解调，最后进行信道编译码工作。可以说，SDR是实现无疆界网络的先进技术平台，因为其通过建立一个能够同时运行多种软件系统的弹性软硬体平台，不仅使得多通路、多模式、多层次的无线通信得到了实现，也使得不同系统和平台之间的相互兼容得到有效的实现。
2.4 基于IP的核心网
基于IP的核心网络是4G通信技术的核心网，这使得4G网络能够有效地对各种网络进行无缝链接。一般，核心网与具体的无线接入方案是独立的，其可以提供端至端的IP业务，并且能够实现和现有核心网、PSTN的兼容。4G核心网开放的结构，允许不同的接口接入该核心网，并且核心网能够分开完成控制、传输、业务等作业。IP的采用使得无线接入的方式核心网络之间的链路层、协议之间实现了分离独立。IP能够和多种接入协议有效兼容的特点使得核心网路的设计具备较大的灵活性与随意性，不必过多考虑无线接入的方式以及协议。
2.5 多入多出天线（MIMO）技术
MIMO技术主要通过设置多个接收天线与发射天线在接收端和发射端，利用这些接收天线与发送天线之间的相互结合，来达到提高通信效率、改善用户通信质量的目的。由于MIMO信道能够将无线信道的容量大幅度的提高，因此在天线的发送功率以及带宽一定的情况下，其可以成倍的提高频谱的利用率。从实质上来看，MIMO技术给系统提供了空间复用增益以及空间分集增益。空间复用技术可以提高信道的容量，空间分集技术可以降低信道的误码率，提高信道的可靠程度。由此可见，MIMO技术的核心优势就是可以把传统通信系统中存在的多径衰落影响因素转变成有益于用户通信性能的增强因素，通过对可能存在的多径传播、随机衰落进行有效的利用来使得信息的传输速率得到大幅度的提高。
2.6 多用户检测技术
多用户检测技术通过对码间的相互干扰进行消除，使得系统的性能得到了很大程度的提高。其基本原理是把占有某个信道的某些用户甚至是所有用户都看作是有用的信号，不把其当作干扰信号进行处理，然后通过多个用户的信号、相位、时间、码元等信息对单个用户的信号进行检测，并利用多种综合手段处理接收信号。4G通信技术中抗干扰的关键技术就是多用户检测，因此，多用户检测技术对系统性能的改善、系统容量的提高有着至关重要的作用。
3.4G通信技术的优势
3.1 更快的通信速度
速度是移动通信的核心，决定着通信技术的竞争力。4G通信技术的无线传输速度理论上能够达到10M-20Mbps，这样的速度是目前手机的10000多倍。4G通信技术的速度优势，将给人们在学习、工作、生活中对无线网络的应用带来更大的便捷。
3.2 更宽的网络相关频谱
只有对现有的3G通信技术进行升级改造处理，才能实现更快的网线网络速度，实现4G通信技术。所以，4G通信技术中的网络频谱宽带要远远宽于3G通信技术。据专家估计，每个4G网络通信的信道占有的频谱达到了100MHz，是3G网络通信信道占有频谱的20多倍。
3.3 更加灵活的通信
4G通信技术在使得我们能够随时随地通信的同时，还可以实现快速的查找资料、快速的玩游戏。其所提供的语音数据服务，不仅使人们的语音通话更加方便，并且其在功能与设计方面也更加灵活，可以做成所有可以想象的形状。从图像的清晰性以及视频的流畅性来看，将来的4G通信手机就相当于一台电脑。
3.4 更加多样的增值服务种类
4G通信技术与3G通信技术的核心技术是不同的，因为他们的技术本质不同。4G通信技术的采用的是正交频复用技术，与3G通信技术相比，这种技术能够给使用者提供数字音讯广播、无线区域环路、数字视频广播等无线增值服务。
3.5 更高质量的移动通信
与3G通信技术相比，4G通信技术在通信价格、质量以及覆盖范围方面都更加有优势，并且可以提供无线多媒体服务，给人们的使用带来了更大的便利。所以说，4G通信技术比3G通信技术的移动通信质量更高。
3.6 更高的智能化
在推广使用4G通信技术的同时，4G通信技术所体现出的终端智能化及通信网络智能化也在不断提高。首先，4G通信技术的通信终端设计和操作更加智能化;其次，4G通信技术的网络设备功能更加智能化，其可以依照用户的时间、环境以及其他因素的不同，通过网络设备终端，提供更加个性化的服务给用户。
3.7 更便宜的使用费用
首先，3G通信技术的发展及建设已经相当完备，因此，4G通信技术在3G的基础设施之上使用逐步引入的方法建立，能够给用户节约很多费用;其次，4G通信系统具有非常强的灵活性，相对来说部署起来很容易。因此，与3G通信系统相比，4G通信系统的费用更加便宜。
4.4G通信技术发展过程中存在的不足
4.1 第四代通信系统中的关键技术的完善耗时长、难度大
众多关键技术被应用到第四代通信系统，因此，各个关键技术之间是否互相兼容就对第四代通信系统的完善工作有着非常关键的影响。但是，对各个关键技术进行完善的难度是很大的，可知，对所有技术进行融合和完善的过程是非常漫长的，对第四代通信系统的完善是一个短期内难以实现的目标。
4.2 实现第四代通信系统的理论速度有很大的难度
4G通信技术的理论速度是3G通信技术速度的200倍，可见，4G通信方便快捷。但是这个理论速度在实际应用以及推广过程中是否可以达到仍然是一个不能确定的问题。因为第四代通信系统在其实现的过程中，终端媒介的容量等条件会对实际速度有限制。所以，第四代通信系统的理论速度的实现是一个难度非常大的工作。
4.3 完善第四代通信系统发展的配套设施的难度非常大
在实际应用与发展第四代通信系统的过程中，不仅要对其所涉及的有关关键技术的问题进行解决，还要对4G通信系统的一系列配套设施进行完善，这样才能保证在4G通信技术的投入使用有较为完善的领域跟踪与配合。资金、技术、观念等问题都是4G通信技术的相关配套设施的完善过程中所涉及到问题，最主要的问题就是旧有设备的兼容问题、更新改造基础设施的问题。
4.4 4G通信技术的应用受到市场的限制
3G通信系统在当前移动通信市场占据着主要地位，并且其对用户的影响相对较深，用户短时间内还无法接纳4G通信系统。因此，4G通信系统进入移动通信市场将是一个漫长的过程，若是4G通信技术在进驻市场的时候时间过长、速度过慢，随着通信技术的快速发展，随后研发的5G、6G等技术将对4G通信技术的市场进驻造成极大的冲击，将会大大地降低4G通信系统的市场份额和盈利。由此可见，过长的投资技术使得4G通信技术的发展变得过于脆弱。
4.5 缺乏规范统一的标准
虽然3G通信系统能够实现全球范围内的通信，然而却无一个规范统一的标准，并且多个移动通信之间互不兼容，使用相当不方便。因此，在开发4G通信系统的时候，必须把兼容问题解决掉，但是在这个问题方面，众多厂商和专家也是众说纷纭，争论不休，难以达成一致的意见。
5.小结
4G通信技术目前在市场已经得到初步应用，虽然其在融合3G技术优点并进行创新的前提下，能够给用户提供更高的通信速度，能够提供多媒体业务以及可视化通信业务，但是由于移动终端设备的影响，目前4G通信技术应用并不广泛。在未来几年，3G移动终端设备更新换代完成的时候，4G通信技术将会成为移动通信的主流。
参考文献
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