摘要：3G 移动通信服务在我国已经广泛应用了许多年，在享受3G移动通信系统给我们带来的优质服务的同时，4G移动通信系统的最新技术成为通信学者研究的重点课题。4G 通信技术能够为用户提供更加优质的通话服务，将会拥有更快的传输速度，其安全保密性能和多媒体业务也会得到升级。在移动通信技术迅速发展的今天，4G 移动通信技术将是继 3G 之后的又一次重大演进。本文主要对4G移动通信的关键技术进行了简要的论述，分析了4G的网络结构和4G的关键技术，包括OFDM技术、多用户检测技术、多输入多输出技术、智能天线技术等。以及4G技术在目前市场上的最新行业应用介绍。
【关键词】4G；移动通信系统；4G行业应用
从20世纪80年代出现的第一代移动通信系统开始发展到现在，短短的几十年间，移动通信系统的飞速发展带给人们日新月异的通信体验。
1 4G 通信系统发展所面临的问题
在 4G 通信系统的研发过程中主要面临以下几个重大难点。首先是传输速率方面。4G 的传输速率理论上能够达到100Mbit/s，但是通信系统容量将会限制手机速率的提升，因此很难达到理论传输速率。其次，4G 移动通信需要严格评估电磁的兼容性。4G 的频段可能会很高，将会给人体带来一定的危害，因此防止辐射危害也将是 4G移动通信发展面对的一大难题。另外，4G 移动通信系统的发展还会面临很大的市场挑战，因此，如何解决这些难题，让 4G移动通信技术在竞争中具有绝对的优势，已经成为许多学者专家研究的热点。
2.移动通信的发展概述
第一代移动通信系统（1G）是基于FDMA技术的模拟通信系统，在20世纪80年代开始出现并得到迅速发展，当时1G通信系统主要有北美的AMPS、N-AMPS系统，英国的TACS系统，日本的JTA系统以及北欧的NMT系统。但是由于其本身固有的缺陷，例如保密性差，系统容量有限，升级困难等，在20世纪90年代逐步被第二代移动通信系统所取代。
第二代移动通信系统（2G）根据其特点主要分为两大类，分别是起源于欧洲基于TDMA的GSM系统和起源于美国基于CDMA技术的IS95 系统，2G 已经是数字通信系统。
随着数据业务需求以及多媒体业务需求的不断提高，时代对通信系统提出了更高的要求，在这种情况下，第三代移动通信技术（3G）应运而生，并且成为目前承担通信任务的主流系统。 通常情况下认为3G技术有四个标准，分别是WCDMA、TD—SCDMA、cdma2000以及WiMAX。其中，TD—SCDMA是由我国自主研发的技术。
虽然目前使用的3G通信系统速度已经达到了前所未有的高度，带给用户的体验也呈现多元化的发展，但是只有2Mb/s的传输速度在很大程度上限制了通信数据传输的发展，尤其表现在视频的传输上。为了解决这个问题，人们提出了第四代移动通信系统（4G）。4G通信技术是继3G之后通信史上的又一次重大技术革命，它将提供更优质的通话质量，更快的信息传输速度，更高的安全保密性能以及多媒体业务，将给用户带来更好的通信体验。本文主要研究4G发展过程中的关键技术并做出简单的分析和总结。
3. 4G 的关键技术
国际电信联盟ITU在2012年1月20号通过了4G （IMT-Advanced）标准，共有4种，分别是LTE（Long Term Evolution），LTE-Advanced，Wi MAX以及Wireless MAN-Advanced (802.16m)。我国自主研发的TD-LTE则是LTE-Advanced技术的标准分支之一，在4G领域的发展中占有重要席位。尽管标准多种多样，但是4G的优势还是显而易见的：通信速度将是现有3G通信速度的数十倍乃至数百倍，通信方式非常灵活多变；手机的设计将会更加的智能化和人性化，符合不同的审美和实用的需求；兼容性好，能够适用于尽可能多的网络组织形式。
虽然标准不同，但是 4G 在关键核心领域的技术还是相似的，总结起来，共有以下 4 种核心技术：OFDM（正交频分复用）技术、软件无线电技术、智能天线技术以及 MIMO（多输入输出）技术。 下面就针对以上几种技术分别进行分析和研究。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.1 OFDM 技术
OFDM技术即正交频分复用技术，它本质上是多载波调制技术的一种，是传输速度非常高的调制技术。这种技术的原理是将传统通信系统中的信道划分成若干个互不相关的正交子信道，将原本传输速度非常高的串行数据流分成传输速度相对比较低的并行数据流，分别加载到各正交子信道中进行传输。目前，这种技术的优点已经得到了普遍的验证，它能够有效地消除信号间的码间干扰，很大程度上降低了频率选择性衰落对于通信性能的影响，提高了系统的频谱利用率并且提高了信息传输速率。
3.2多用户检测技术
多用户检测（MUD）技术能够有效地消除码间干扰，提高系统性能。多用户检测的基本思想是把同时占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当作有用信号，而不是作为干扰信号处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等新型联合检测单个用户的信号，即综合利用各种信息及信号处理手段，对接收信号进行处理，从而达到对多用信号的最佳联合检测。多用户检测是4G系统中抗干扰的关键技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。
3.3 智能天线技术
智能天线是一个天线阵列，通常认为由三个组成部分：天线阵列、波束形成网络以及波束形成算法。 这种技术通过设计合适的算法，使得各天线单元信号的幅度和相位处于最有利的状态，共同构成最合适的天线阵列方向图， 最终使得干扰信号功率减弱而有用信号功率增强。 在未来的 4G 通信中，智能天线技术将在以下几个提高通信传输性能的方面占据重要地位： 对抗信号在传输过程中的干扰和衰落，增加通信系统的总容量以及快速实现移动台的定位。
3.4多输入多输出技术
多输入多输出（MIMO）技术是指利用多发射和多接收天线进行空间分集的技术，它采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成为许多并行的子信道，从而大大提高系统容量。信息论已经证明，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。
4. 4G技术的行业应用现状
最熟知的4G即拍即传应用大概要数4G电视新闻节目直播了。2016年央视跨年直播中，全国各地的观众朋友欣赏了从广州塔上俯瞰珠江新城的美丽夜景，这一画面正是通过移动4G即拍即传向大家展示的。如今，在越来越多的室外电视直播节目中，比如突发事件报道，4G即拍即传取代了卫星传输，不仅降低了节目的采编成本，更让节目采编变得更加方便，可以随时随地进行。
在民生服务和城市管理等领域，广东移动与各地政府部门和企事业单位合作，推出了电梯安全监控、路灯照明监控、气象监控、小区用水监控等一系列4G物联网民生应用，加快了城市管理智能化的步伐，通过自动化推动智慧城市建设升级。
珠海交通运输局推出“珠海交通”手机客户端，立足当地交通情况，通过App客户端的形式，为市民提供便捷的交通出行资讯服务，提高交通出行效率，实现绿色智慧出行。“珠海交通”App为市民和游客提供了通关实时视频、边检政策、实时路况、电子车票等功能，目前又陆续新增了绿道单车查询、加油站查询、九洲港班次查询等新服务。
4G并非城里人的专利，也助力农村信息化发展。在广东河源，移动4G成为和平县农产品电商和农村旅游的新“利器”。当地盛产猕猴桃，往年每到收获时节，采摘的猕猴桃都会装车运往珠三角、港澳的各大超市。今年，村里的果农们没有忙于入园采摘，而是拿着4G手机把结满硕果的丰盛园景拍下来，上传到网上“新鲜”售卖。还有不少城里人来果园游玩，采摘新鲜的猕猴桃，价格比批发销售要高出不少，果农们从中得到了大实惠。目前，当地通过电商销售的猕猴桃果园已近20家，曾经的贫困县也搭上了4G信息化的致富快车。
结束语：
如今，4G行业应用发展的土壤已经成熟，随着4G网络日趋完善和用户规模持续扩大，未来广东移动将继续推进“互联网+”战略并借助高速的4G网络，在政务、商务、民生方面为大众提供更多方便快捷、安全可靠的信息化服务。
参考文献：
［1］谢景贤. 4G 通信技术的创新与发展.信息通信，2015.
［2］郭鑫. 第四代移动通信（4G）关键技术.信息技术，2016
［3］杨梅林 .宽带通信系统协议应用.2016
论文作者:涂文峰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
标签：通信系统论文; 技术论文; 天线论文; 系统论文; 通信论文; 信号论文; 关键技术论文; 《电力设备》2019年第7期论文;