4G技術

4G通信技術也被稱為第四代移動通信技術，第四代通信技術集3G與WLAN為一體，可以在一定程度上實現數據、音頻、視頻的快速傳輸，比以往我國家用的ADSL家用寬帶快25倍，第四代通信技術是在數據通訊、多媒體業務的背景下產生的，我國是在2001年開始研發4G技術，在2011年正式的投入使用，截止到2015年底，我國4G用户總數達到3.8億，發展到現在第四代通信技術中包括正交頻分複用、調製與編碼技術、智能天線技術、MIMO技術、軟件無線電技術、多用户檢測技術等核心的技術。 ^[2] 

4G移動通信技術具有的優勢有很多，主要體現在以下幾方面，首先4G移動通信技術的數據傳輸速率較快，可以達到100Mbit/s，與3G通信技術相比，是其20倍。其次，4G通信技術具有較強的抗干擾能力，可以利用正交分頻多任務技術，進行多種增值服務，防止信號對其造成的干擾。最後，4G通信技術的覆蓋能力較強，在傳輸的過程中智能性極強。 ^[2] 

5G的建網成本，要遠遠高於4G。由於5G採用更高頻段，其建設密度需要更大，也就是説在相同範圍內，原本一個4G基站就能覆蓋，5G可能需要數個。而且5G基站的功耗，也比4G基站高了大概4-5倍。這就導致了5G建網雖然很快，但不可能像4G“那麼快”。

中國移動就確立了“5G+”計劃，其中推進5G+4G協同發展是“5G+”計劃的重要組成。

5G時代，中國移動希望通過5G和4G系統，高效利用2.6GHz頻譜，4/5G一網建設、兩網受益，有效支撐5G+計劃的實施，實現5G+4G長期並存、協同發展。

而且，中國移動高層在GSMA大會高峯論壇中也表示，中國移動已經建設了280萬個4G基站，而且4G是非常好的網絡，不能輕言放棄，而且5G和4G的融合發展是非常重要的，未來兩者也會長期共存。 ^[7] 

4G技術全方位優於上一代技術，具體來講它的優勢特徵就體現在以下4個方面。 ^[3] 

近年來，3G技術在我國通信市場中已經成熟，但其所能覆蓋的面積有限，基本上無法實現全方位信號接收，很多情況下容易出現通信質量低下的現實問題。而4G技術則完美地解決了這一問題。它擁有極強的信號傳播能力，在滿足常規通信功能要求的同時，也能滿足某些高圖畫質量要求的電視業務及視頻會議功能要求。目前，國內的移動通信運營商所採用的是3G與4G混合服務的通信模式，在滿足基本通信功能的基礎上也為用户提供高質量數據信息交換服務，實現多媒體通信。 ^[3] 

4G技術擁有較快的通信傳輸速度，這是因為它的網絡頻寬在2～8 GHz。這一數據相當於3G網絡通信通用頻寬的20倍左右。在上行速度方面，4G也能達到3G的20倍以上（20 MB/s）。從整體表現來看，4G技術的接入能力更強，這保證了它始終擁有較快的傳輸速度，規避了傳統通信技術存在的速率缺陷劣勢，如此速度環境下的4G通信也更流暢。 ^[3] 

4G技術是典型的高智能水平技術。它的高智能化主要體現在它的應用功能方面，比如它擁有自主選擇和處理能力。舉個例子，4G手機可時刻根據用户需求提供個性化定製服務，比如人們比較常用的地理位置定位。雖然該技術在3G網絡上就已經有所體現，但4G技術支持下的地理位置定位則更精確、更快速，可為用户提供導航設備一般的定位系統服務，非常便利。 ^[3] 

4G移動通信技術背景下的各種通信工具顯然更靈活，通信方式種類更多，比如它就已經不再侷限於傳統語音通信模式，而是擁有全新的視頻通信模式。這是對通信網絡終端服務的完善過程。為了體現通信方式的靈活性，這種高智能化的通信模式隨時隨地都可以展開，不受時間、空間等環境的限制。基於這一功能，4G通信技術也將手機與多媒體平台及計算機電腦上的所有功能都串聯起來，讓手機用户僅僅依靠一隻手機就能實現更多種類的通信方式應用，使得人們的社交活動變得更加高效率，社交內容也越來越豐富精彩。 ^[3] 

5、兼容性好

要使4G通信儘快地被人們接受，不但考慮的它的功能強大外，還應該考慮到現有通信的基礎，以便讓更多的現有通信用户在投資最少的情況下就能很輕易地過渡到4G通信。 ^[3] 

因此，從這個角度來看，未來的第四代移動通信系統應當具備全球漫遊，接口開放，能跟多種網絡互聯，終端多樣化以及能從第二代平穩過渡等特點。 ^[3] 

6、提供增值服務

4G通信並不是從3G通信的基礎上經過簡單的升級而演變過來的，它們的核心建設技術根本就是不同的，3G移動通信系統主要是以CDMA為核心技術，而4G移動通信系統技術則以正交多任務分頻技術(OFDM)最受矚目，利用這種技術人們可以實現例如無線區域環路(WLL)、數字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增值服務；不過考慮到與3G通信的過渡性，第四代移動通信系統不會在未來僅僅只採用OFDM一種技術，CDMA技術會在第四代移動通信系統中，與OFDM技術相互配合以便發揮出更大的作用，甚至未來的第四代移動通信系統也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產生，前文所提到的數字音訊廣播，其實它真正運用的技術是OFDM/FDMA的整合技術，同樣是利用兩種技術的結合。 ^[3] 

因此未來以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統，也會結合兩項技術的優點，一部分會是以CDMA的延伸技術。

7、高質量通信

儘管第三代移動通信系統也能實現各種多媒體通信，為此未來的第四代移動通信系統也稱為“多媒體移動通信。 ^[3] 

第四代移動通信不僅僅是為了因應用户數的增加，更重要的是，必須要因應多媒體的傳輸需求，當然還包括通信品質的要求。總結來説，首先必須可以容納市場龐大的用户數、改善現有通信品質不良，以及達到高速數據傳輸的要求。 ^[3] 

8、頻率效率高

相比第三代移動通信技術來説，第四代移動通信技術在開發研製過程中使用和引入許多功能強大的突破性技術，例如一些光纖通信產品公司為了進一步提高無線因特網的主幹帶寬寬度，引入了交換層級技術，這種技術能同時涵蓋不同類型的通信接口，也就是説第四代主要是運用路由技術(Routing)為主的網絡架構。 ^[3] 

由於利用了幾項不同的技術，所以無線頻率的使用比第二代和第三代系統有效得多。

按照最樂觀的情況估計，這種有效性可以讓更多的人使用與以前相同數量的無線頻譜做更多的事情，而且做這些事情的時候速度相當快。研究人員説，下載速率有可能達到5Mbps到10Mbps。 ^[3] 

為了適應移動通信用户日益增長的高速多媒體數據業務需求，具體實現4G系統較3G的優越之處，4G移動通信系統將主要採用以下關鍵技術。 ^[4] 

OFDM（正交頻分複用）是一種無線環境下的高速傳輸技術，其主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調製，各子載波並行傳輸。儘管總的信道是非平坦的，即具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小於信道的相應帶寬。OFDM技術的優點是可以消除或減小信號波形間的干擾，對多徑衰落和多普勒頻移不敏感，提高了頻譜利用率，可實現低成本的單波段接收機。OFDM的主要缺點是功率效率不高。 ^[4] 

4G移動通信系統採用新的調製技術，如多載波正交頻分複用調製技術及單載波自適應均衡技術等調製方式，以保證頻譜利用率和延長用户終端電池的壽命。4G移動通信系統採用更高級的信道編碼方案（如Turbo碼、級連碼和LDPC等）、自動重發請求（ARQ）技術和分集接收技術等，從而在低Eb/NO條件下保證系統足夠的性能。 ^[4] 

4G移動通信系統對接收機提出了很高的要求。Shannon定理給出了在帶寬為BW的信道中實現容量為C的可靠傳輸所需要的最小SNR。按照Shannon定理，可以計算出，對於3G系統如果信道帶寬為5MHz，數據速率為2Mb/s，所需的SNR為1.2dB；而對於4G系統，要在5MHz的帶寬上傳輸20Mb/s的數據，則所需要的SNR為12dB。可見對於4G系統，由於速率很高，對接收機的性能要求也要高得多。 ^[4] 

智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束調節等智能功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線應用數字信號處理技術，產生空間定向波束，使天線主波束對準用户信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分利用移動用户信號並消除或抑制干擾信號的目的。這種技術既能改善信號質量，又能增加傳輸容量。 ^[4] 

MIMO（多輸入多輸出）技術是指利用多發射、多接收天線進行空間分集的技術，它採用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成為許多並行的子信道，從而大大提高容量。信息論已經證明，當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時，MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。例如：當接收天線和發送天線數目都為8根，且平均信噪比為20dB時，鏈路容量可以高達42bps/Hz，這是單天線系統所能達到容量的40多倍。因此，在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術是實現高數據速率、提高系統容量、提高傳輸質量的空間分集技術。在無線頻譜資源相對匱乏的今天，MIMO系統已經體現出其優越性，也會在4G移動通信系統中繼續應用。 ^[4] 

軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平台，利用軟件加載方式來實現各種類型的無線電通信系統的一種具有開放式結構的新技術。軟件無線電的核心思想是在儘可能靠近天線的地方使用寬帶A/D和D/A變換器，並儘可能多地用軟件來定義無線功能，各種功能和信號處理都儘可能用軟件實現。其軟件系統包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、信源編碼軟件、信道糾錯編碼軟件、調製解調算法軟件等。軟件無線電使得系統具有靈活性和適應性，能夠適應不同的網絡和空中接口。軟件無線電技術能支持採用不同空中接口的多模式手機和基站，能實現各種應用的可變QoS。 ^[4] 

4G移動通信系統的核心網是一個基於全IP的網絡，同已有的移動網絡相比具有根本性的優點，即可以實現不同網絡間的無縫互聯。核心網獨立於各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業務，能同已有的核心網和PSTN兼容。核心網具有開放的結構，能允許各種空中接口接入核心網；同時核心網能把業務、控制和傳輸等分開。採用IP後，所採用的無線接入方式和協議與核心網絡（CN）協議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入協議相兼容，因此在設計核心網絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟採用何種方式和協議。 ^[4] 

多用户檢測是寬帶CDMA通信系統中抗干擾的關鍵技術。在實際的CDMA通信系統中，各個用户信號之間存在一定的相關性，這就是多址干擾存在的根源。由個別用户產生的多址干擾固然很小，可是隨着用户數的增加或信號功率的增大，多址干擾就成為寬帶CDMA通信系統的一個主要干擾。傳統的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用户的信號分別進行擴頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較差；多用户檢測技術在傳統檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用户信號信息對單個用户的信號進行檢測，從而具有優良的抗干擾性能，解決了遠近效應問題，降低了系統對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統容量。隨着多用户檢測技術的不斷髮展，各種高性能又不是特別複雜的多用户檢測器算法不斷提出，在4G實際系統中採用多用户檢測技術將是切實可行的。 ^[4] 

1、標準多

雖然從理論上講，3G手機用户在全球範圍都可以進行移動通信，但是由於沒有統一的國際標準，各種移動通信系統彼此互不兼容，給手機用户帶來諸多不便。因此，開發第四代移動通信系統必須首先解決通信制式等需要全球統一的標準化問題，而世界各大通信廠商會對此一直在爭論不休。 ^[5] 

2、容量受限

人們對未來的4G通信的印象最深的莫過於它的通信傳輸速度會得到極大提升，從理論上説其所謂的每秒100Mbps的寬帶速度（約為每秒12.5MB），比2009年最新手機信息傳輸速度每秒10KB要快1000多倍，但手機的速度會受到通信系統容量的限制，如系統容量有限，手機用户越多，速度就越慢。據有關行家分析，4G手機會很難達到其理論速度。如果速度上不去，4G手機就要大打折扣。 ^[5] 

3、其他

因為手機的功能越來越強大，而無線通信網絡也變得越來越複雜，同樣4G通信在功能日益增多的同時，它的建設和開發也會遇到比以前系統建設更多的困難和麻煩。 ^[5] 

例如每一種新的設備和技術推出時，其後的軟件設計和開發必須及時能跟上步伐，才能使新的設備和技術得到很快推廣和應用，但遺憾的是4G通信還只處於研究和開發階段，具體的設備和用到的技術還沒有完全成型，因此對應的軟件開發也會遇到困難；另外費率和計費方式對於4G通信的移動數據市場的發展尤為重要，例如WAP手機推出後，用户花了很多的連接時間才能獲得信息，而按時間及信息內容的收費方式使用户難以承受，因此必須及早慎重研究基於4G通信的收費系統，以利於市場發展。 ^[5] 

4G技術的主要技術指標如下： ^[5] 

1.數據速率從3G的2Mb/s提高到100Mb/s，移動速率從步行到車速，甚至更快。 ^[5] 

2.在覆蓋範圍、通信質量、系統造價上滿足3G所不能達到的支持高速率數據和高分辨率多媒體的服務的需要。廣帶局域網應能與寬帶綜合業務數據（B-ISDN）和異步傳輸模式（ATM）兼容，實現廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網。 ^[5] 

3.對全速移動用户能夠提供150Mb/s的高質量的影像多媒體業務。 ^[5] 

4G技術在通信領域得到了很廣泛的應用，縮短了人與人之間的距離，同時在電視直播或者智能手機中的應用也非常廣。 ^[6] 

利用4G網絡進行電視信號的傳輸，一方面可以降低傳輸的成本，另一方面提高電視信號的質量和速度，甚至實現超長距離的傳輸。由於運營商架設了許多信號傳輸的中轉站，同時傳輸的設備價格適中，所以運營商有能力在大中城市、城鎮和農村進行用地規劃並放置設備，這樣一來，電視信號的傳播基本沒有盲區，能夠達到家家户户都能看電視的目的。4G通信技術能夠突破山區複雜地形的制約，同時受自然災害的影響比較小，所以在地形情況比較複雜、氣候條件比較差的地區進行直播時，4G通信技術是個很好的選擇。 ^[6] 

在大中型醫院中，醫院為了為醫護人員與病人之間建立比較完善的溝通系統，所以在醫院內部設置了依靠移動醫療服務的綜合信息化解決系統，也就是移動醫護。利用移動醫護系統，醫護人員可以藉助手持的智能終端設備更加準確並有效的開展對病人的診療工作，如果病人有需求或者有突發狀況，可以直接通過手持設備對醫生進行呼叫，這一切都是基於醫院內部設立的無線通訊信號和專門的信息傳輸線路來實現的。通過4G技術，醫護人員和病人之間的溝通更加方便，一方面可以提高醫護人員的工作效率和質量，另一方面可以避免延誤病情，從根本上減少醫院發生醫患糾紛的現象，推動醫院真正成為救死扶傷的機構，不會因為救治不及時而導致病人出現意外。 ^[6] 

隨着經濟的不斷髮展，科技也日新月異。在中國，智能手機基本已經普及到大中小城市人民的手中。通過使用智能手機，人們可以瞭解到外部世界，同時可以認識到自己生活的環境和外界環境的差異。智能手機中大多采用了4G通信技術，通過使用該技術，手機的通話質量能夠得到很好的提升。除了在通話方面有了很大的進步之外，其它數據的傳輸質量和速度也有了很大的提高。比如，4G智能手機可以進行互聯網購票，同時智能地根據用户的出行信息為用户安排更加合理的出行路線，還會提醒用户所到目的地的天氣狀況等等。通過4G智能手機，使用者可以通過互聯網進行查閲對自己有用的信息和資料，同時將這些資料下載到自己的手機上，能夠隨時隨地閲讀學習。 ^[6] 

綜上所述，在智能設備日益普及和互聯網技術不斷進步的情況之下，信息技術也迎來了一個很重要的發展機會。通過使用4G通信技術，人們的生活水平能夠提升到一個新的層次，隨着新技術的不斷開發和運用，人們也會享受到更加優質的服務。 ^[6]