[科普中国]-4G

第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求）。

4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

概述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，因此有理由期待这种第四代移动通信技术给人们带来更加美好的未来。另一方面，4G也因为其拥有的超高数据传输速度，被中国物联网校企联盟誉为机器之间当之无愧的“高速对话”。

所谓4G通信技术就是指第四代移动通信信息系统，是基于3G通信技术基础上不断优化升级、创新发展而来，融合了3G通信技术的优势，并衍生出了一系列自身固有的特征，以WLAN技术为发展重点。4G通信技术的创新使其与3G通信技术相比具有更大的竞争优势。首先，4G通信在图片、视频传输上能够实现原图、原视频高清传输，其传输质量与电脑画质不相上下；其次，利用4G通信技术，在软件、文件、图片、音视频下载上其速度最高可达到最高每秒几十兆，这是3G通信技术无法实现的，同时这也是4G通信技术一个显著优势；这种快捷的下载模式能够为我们带来更佳的通信体验，也便于我们日常学习中学习资料的下载；同时，在网络高速便捷的发展背景下，用户对流量成本也提出了更高的要求，从当前4G网络通信收费来看，价格比较合理，同时各大运营商针对不同的群体也推出了对应的流量优惠政策，能够满足不同消费群体的需求。1

关键技术1、多天线技术

其指任何一方产生的通信信号豆浆由多个天线来进行传递，和传统的单天线传递信号相比，这种方式有很多的优点。在实施过程中，主要运用了分集技术，其特点是发射机是无需对信号进行分析的，是由接收机决定接收哪一个类型信号，简单理解为在有一条天线出现故障，无法传递信号时，不影响别的天线传播信号，且其他天线的信号不会受到影响，其实现了天线之间的独立，这就为信号的传输提供了更多的途径，保障旅客传输的稳定性。该技术最大的优点是，虽然天线数量并无增加，但通信的质量和速度都提高了，总的来说，扩宽了信道容量，在有限的设备条件下，能支持更多数量用户使用，提高了频谱的利用率。

2、ipv6技术

对于公共网络来说，需要解决的最大问题是IP地址的问题，以前使用的ipv4技术的地址长度只有32位，最多只能提供232个不同IP，也就是说，一个路由器设备只能保证232个用户同时使用。Ipv6的应用，将地址空间的容量提高到了2128，因此，ipv6技术完全称得上是4G通信的技术要点。

3、智能天线技术

智能天线应用较为广泛，比如4G手机已经成为人们工作、学习以及生活的重要通信工具。智能天线技术作为4G通信工程技术的重要技术要点，其工作原理非常简单，就是通过编写程序，并将这组程序变为一组天线单元，通过天线单元就能够对信号传输方向进行获取。智能天线技术还能够复用多光束频率，其复用原理也相对简单，就是通过标记方位相同但是频率不同的天线，进而实现复用[3]。此外，智能天线技术中还具有空分多址的功能，能够统一划分不同空间的路径，进而快速确定目标的具体方位，避免出现目标在移动过程中无法定位的情况。在将波束分拨给对应的用户后，它会随着用户的移动而进行移动。空分多址功能的广泛应用，实现了天线效率的有效提升，同时也在很大程度上降低了发射机的功率。不仅如此，职能天线技术还能够自行设定所需参数，并且当参数不准确时进行自动调整，以此来确保其所发出的信号与实际信道参数吻合。

4、正交频分复用技术

正交频分复用技术是4G通信工程中的关键性技术，对推动4G通信工程技术的进一步发展有着不可忽视的作用。其工作原理是将通信信道划分为若干个子信道，然后将所需要传输的数据分流到子信道中进行传输，以此来实现信号的有效传递。该项技术最大的优势在于能够降低通信传输过程中信号的衰弱情况，具有较强的抗衰力。同时，正交频分复用技术在传输时还具有防止干扰的功效，能够其实提高数据传输效率，给用户带来更佳的网络体验。2

优势1、通信速度快

由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。

从移动通信系统数据传输速率作比较，第一代模拟式仅提供语音服务；第二代数位式移动通信系统传输速率也只有9.6Kbps，最高可达32Kbps，如PHS；第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbps；而第四代移动通信系统传输速率可达到20Mbps，甚至最高可以达到高达100Mbps，这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右,第三代手机传输速度的50倍。

2、网络频谱宽

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通信的AT&T的执行官们说，估计每个4G信道会占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网络的20倍。

3、通信灵活

从严格意义上说，4G手机的功能，已不能简单划归“电话机”的范畴，毕竟语音资料的传输只是4G移动电话的功能之一而已，因此未来4G手机更应该算得上是一只小型电脑了，而且4G手机从外观和式样上，会有更惊人的突破，人们可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋，以方便和个性为前提，任何一件能看到的物品都有可能成为4G终端，只是人们还不知应该怎么称呼它。

未来的4G通信使人们不仅可以随时随地通信，更可以双向下载传递资料、图画、影像，当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。也许有被网上定位系统永远锁定无处遁形的苦恼，但是与它据此提供的地图带来的便利和安全相比，这简直可以忽略不计。

**4、**智能性能高

第四代移动通信的智能性更高，不仅表现于4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，例如对菜单和滚动操作的依赖程度会大大降低，更重要的4G手机可以实现许多难以想象的功能。

例如4G手机能根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什么事，4G手机可以把电影院票房资料，直接下载到PDA之上，这些资料能够把售票情况、座位情况显示得清清楚楚，大家可以根据这些信息来进行在线购买自己满意的电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，用来看体育比赛之类的各种现场直播。LG G3支持双卡，支持2014年的主流4G，并内置可拆卸式3000毫安时电池。

**5、**兼容性好

要使4G通信尽快地被人们接受，不但考虑的它的功能强大外，还应该考虑到现有通信的基础，以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。

因此，从这个角度来看，未来的第四代移动通信系统应当具备全球漫游，接口开放，能跟多种网络互联，终端多样化以及能从第二代平稳过渡等特点。

**6、**提供增值服务

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正交多任务分频技术(OFDM)最受瞩目，利用这种技术人们可以实现例如无线区域环路(WLL)、数字音讯广播(DAB)等方面的无线通信增值服务；不过考虑到与3G通信的过渡性，第四代移动通信系统不会在未来仅仅只采用OFDM一种技术，CDMA技术会在第四代移动通信系统中，与OFDM技术相互配合以便发挥出更大的作用，甚至未来的第四代移动通信系统也会有新的整合技术如OFDM/CDMA产生，前文所提到的数字音讯广播，其实它真正运用的技术是OFDM/FDMA的整合技术，同样是利用两种技术的结合。

因此未来以OFDM为核心技术的第四代移动通信系统，也会结合两项技术的优点，一部分会是以CDMA的延伸技术。

7、高质量通信

尽管第三代移动通信系统也能实现各种多媒体通信，为此未来的第四代移动通信系统也称为“多媒体移动通信。

第四代移动通信不仅仅是为了因应用户数的增加，更重要的是，必须要因应多媒体的传输需求，当然还包括通信品质的要求。总结来说，首先必须可以容纳市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良，以及达到高速数据传输的要求。

**8、**频率效率高

相比第三代移动通信技术来说，第四代移动通信技术在开发研制过程中使用和引入许多功能强大的突破性技术，例如一些光纤通信产品公司为了进一步提高无线因特网的主干带宽宽度，引入了交换层级技术，这种技术能同时涵盖不同类型的通信接口，也就是说第四代主要是运用路由技术(Routing)为主的网络架构。

由于利用了几项不同的技术，所以无线频率的使用比第二代和第三代系统有效得多。

按照最乐观的情况估计，这种有效性可以让更多的人使用与以前相同数量的无线频谱做更多的事情，而且做这些事情的时候速度相当快。研究人员说，下载速率有可能达到5Mbps到10Mbps。

缺陷1、标准多

虽然从理论上讲，3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信，但是由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。因此，开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题，而世界各大通信厂商会对此一直在争论不休。

2、技术难

尽管未来的4G通信能够给人带来美好的明天，现已研究出来，但并未普及。据研究这项技术的开发人员而言，要实现4G通信的下载速度还面临着一系列技术问题。

例如，如何保证楼区、山区，及其它有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题。日本DoCoMo公司表示，为了解决这一问题，公司会对不同编码技术和传输技术进行测试。另外在移交方面存在的技术问题，使手机很容易在从一个基站的覆盖区域进入另一个基站的覆盖区域时和网络失去联系。

3、容量受限

人们对未来的4G通信的印象最深的莫过于它的通信传输速度会得到极大提升，从理论上说其所谓的每秒100Mbps的宽带速度（约为每秒12.5MB），比2009年最新手机信息传输速度每秒10KB要快1000多倍，但手机的速度会受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。据有关行家分析，4G手机会很难达到其理论速度。如果速度上不去，4G手机就要大打折扣。

4、其他

因为手机的功能越来越强大，而无线通信网络也变得越来越复杂，同样4G通信在功能日益增多的同时，它的建设和开发也会遇到比以前系统建设更多的困难和麻烦。

例如每一种新的设备和技术推出时，其后的软件设计和开发必须及时能跟上步伐，才能使新的设备和技术得到很快推广和应用，但遗憾的是4G通信还只处于研究和开发阶段，具体的设备和用到的技术还没有完全成型，因此对应的软件开发也会遇到困难；另外费率和计费方式对于4G通信的移动数据市场的发展尤为重要，例如WAP手机推出后，用户花了很多的连接时间才能获得信息，而按时间及信息内容的收费方式使用户难以承受，因此必须及早慎重研究基于4G通信的收费系统，以利于市场发展。

发展前景整体而言，4G网络提供的业务数据大多为全IP化网络，所以在一定程度上可以满足移动通信业务的发展需求。然而，随着经济社会及物联网技术的迅速发展，云计算、社交网络、车联网等新型移动通信业务不断产生，对通信技术提出了更高层次的需求。将来，移动通信网络将会完全覆盖我们的办公娱乐休息区、住宅区，且每一个场景对通信网络的需求完全不一样。例如，一些场景对高移动性要求较高，一些场景要求较高的流量密度等，然而对于这些需求4G网络难以满足，所以针对未来用户的新需求，我们应重点探究更加高速、更加先进的移动网络通信技术。3

本词条内容贡献者为:

马学彬 - 副教授 - 内蒙古大学