４Ｇ移动通信将对人们生活产生什么样的影响|4g是真正意义的高速移动通信系统
时间：2018-12-29 03:25:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起。本文简单介绍了4G概念与4G的关键技术，重点讨论了4G对人们生活的影响。
关键词： 4G 移动通信 影响
时代在不断发展，科技在不断进步，人类在科技的道路上探索并前进着。仅仅从移动通信软件系统与硬件设备更新换代的速度上，我们就可以感觉到科技发展的速度如此之快。现在“3G通信”几乎成为人们的口头禅，电视里不断播放着3G的广告，大街小巷里也贴满了3G的宣传画，所谓的3G时代已经到来。正当人们还在着迷于3G移动通信给生活带来的便利之时，开发商们已经开始了4G移动通信的开发与研究。
1. 4G概念与特点
随着用户对带宽的需求的增加，通信技术的发展一度出现2.5G和2.75G的中间过渡代。当3G移动业务刚刚迈出脚步，就出现了支持语音、数据和视频三种格式的传输技术高速下行链路分组接入技术。与此同时，真正意义上的宽带数据速率标准4G概念也开始出现，但目前对4G通信还没有精确的定义。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统、互操作的广播网络和卫星系统等，将是多功能集成的宽带移动通信系统，可以提供的数据传输速率高达100Mbit/s甚至更高，也是宽带接入IP系统。简单而言，4G是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路。这种新网络可使电话用户以无线形式实现全方位虚拟连接。4G最突出的特点之一，就是网路传输速率可以达到前所未有的100Mbit/s，完全能够满足用户的上网需求。4G系统总的技术目标和特点可以概括为：系统具有更高的数据率、更好的业务质量（QoS）、更高的频谱利用率、更高的安全性、更高的智能性、更高的传输质量、更高的灵活性；支持非对称性业务，并能支持多种业务；体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势。
2. 4G移动通信关键技术
4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，不断提高无线通信的网络效率和功能。4G的概念涵盖了现有的3G、3G增强型技术，以及蜂窝移动通信系统和无线接入/无线局域网(WLAN)。与传统的通信技术相比，4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。
2.1 MIMO技术
MIMO（Multiple-InputMultiple-Out-put），即多输入多输出系统。如图1所示，该技术是利用多天线来抑制信道衰落。MIMO技术的空间复用就是在发射端与接受端使用多个天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道发射信号，从而使信道容量随着天线数量的增大而线性增加。也就是说利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
2.2 OFDM技术
OFDM（MCM Multi-CarrierModulation），即正交频分复用技术，根据多径信道在频域中所表现出频率选择性衰落特性，提出正交频分复用的调制技术。如图2所示，正交频分复用的基本原理是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输，在频域内将信道划分为若干互相正交的子信道，每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制，信号通过各个子信道独立传输。在OFDM系统中，在OFDM符号之间插入保护间隔来保证频域子信道之间的正交性，消除OFDM符号之间的干扰。
需要注意的是在发送端实际发送1个OFDM时域序列的长度为Nd+Nc，Nd是一个OFDM符号能够传送的频域符号数，加在前面长度为Nc的序列称为循环前缀（CyclicPrefix）或防护间隔（GuardInterval），利用它使得前OFDM符号对当前OFDM符号的干扰只影响到循环前缀部分，不会对当前OFDM符号造成影响，这就有效地消除了OFDM符号之间的干扰（ISI）。引入循环前缀会使系统的传输效率有所下降，但这是为保证OFDM子载波之间的正交性和消除OFDM符号间干扰所必须付出的代价。因为OFDM有很多独特的优点，所以OFDM技术越来越受到人们的关注。
2.3 SDR技术
SDR（Softward Defined Radio），即软件无线电技术，它采用信号处理技术在可编程控制的通用硬件平台上，把尽可能多的无线与个人通信的功能通过可编程软件来实现，使其成为一种多工作频段、多工作模式、多信号传输与处理的无线电系统。
软件无线电的核心技术是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。总之，软件无线电是一种基于数字信号处理（DSP）芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。
2.4 智能天线技术
智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。其原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA（DirectionofArrinal），旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。智能天线的核心是智能的算法，而算法决定电路实现的复杂程度和瞬时响应速度，因此需要选择较好算法实现波束的智能控制。
2.5 IPv6协议技术
4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流，因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。选择IPv6协议主要基于以下几点的考虑：（1）巨大的地址空间：在一段可预见的时期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址；（2）地址自动配置：IPv6支持支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式，无状态地址自动配置方式是获得地址的关键；（3）服务质量：IPv6能提供不同水平的服务；（4）移动性：移动IPv6在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址，这个地址与设备当前联网的位置无关。IPv6可以提高网络的整体吞吐量、改善服务质量，安全性有更好的保证，更好地实现多播功能。
除了以上关键技术，还有无线链路增强技术、多用户检测技术、切换技术、高性能接收技术等其他技术业务正在研究阶段。
3. 4G移动通信技术对未来生活的影响
就在我们为3G时代的光明前景欢欣鼓舞的时候，就在我们为3G市场如何全面启动而争论不休的时候，第四代移动通信技术（4G）已经悄然呈现在我们面前，开始为我们勾画出信息传输速度超过3G达1万倍的第四代移动通讯技术的蓝图。
3.1通信速度更快
4G将是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路。人们可以在移动状态下进行双向语音通信，而且大大提高了移动装置无线访问Internet的速率。4G将能够为我们提供全息录音、远程控制和移动虚拟现实等功能。人们不但可以享受到模拟人耳的位置进行立体声录音效果，而且手机和手机的信息都可以实现远程控制，确保其安全性。
3.2网络频谱更宽
要想使4G通信达到100Mbps的传输，通信营运商必须在3G通信网络的基础上进行大幅度的改造和研究，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多。据研究4G通信执行官们说，估计每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网络的20倍。
3.3兼容性更加平滑
要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此，4G应该接口开放，能够跟多种网络互联，并且具备很强的对2G、3G手机的兼容性，以完成对多种用户的融合，在不同系统间无缝切换，传送高速多媒体业务数据。人们可以低成本地享受到4G移动通信为生活所带来的便利。
3.4智能性能更高
4G的网络系统是一个高度自治、自适应的网络，具有良好的重构性、可伸缩性、自组织性等，用以满足不同环境、不同用户的通信需求。第四代移动通信的智能性，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多难以想象的功能，例如，4G手机将能根据环境、时间与其他因素适时提醒手机的主人此时该做什么事。4G手机可以随时随地让喜欢体育节目的人们看到体育比赛之类的各种现场直播。
3.5提供各种增殖服务
4G通信并不是从3G通信的基础上经过简单的升级而演变过来的，它们的核心建设技术根本就是不同的。3G移动通信系统主要是以CDMA为核心技术，而4G移动通信系统技术则以OFDM最受瞩目，利用这种技术人们可以实现诸如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增殖服务，将包括图像、音乐、网页浏览、视频会议和其他一些信息服务。因为考虑到与3G通信的过渡性，所以现在研究得更多的是FDM/FDMA的整合技术。
3.6实现更高质量的多媒体通信
尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，但未来的4G通信能满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖范围、通信质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要。第四代移动通信系统提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传送出去，为此未来的第四代移动通信系统也称为“多媒体移动通信”。让人们的生活在视觉听觉上都能有更高的升级感受。
3.7通信费用更加便宜
由于4G通信不仅解决了与3G通信的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，而且引入了许多尖端的通信技术，这些技术保证了4G通信能提供一种灵活性非常高的系统操作方式，因此相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易迅速得多；同时在建设4G通信网络系统时，通信营运商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运行者和用户的费用。据研究人员宣称，4G通信的无线即时连接等某些服务费用将比3G通信更加便宜。这是人们最关注的问题之一，以有限的费用，享受更多超值的服务。
4.结语
目前4G移动通信还处于实验室研究开发阶段，具体的设备和技术还没有完全成型，后续的软件开发还没有启动，这都会给4G的发展带来很多难题，有待于人们深入研究。随着新问题、新要求的不断出现，第四代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。我们相信，在不远的将来，人们将会不受时间、地点限制，自由地利用移动网络获取和传递信息，从而使人们的学习、工作、生活发生更深刻的变化。
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