第四代移动通信技术
第四代移动通信技术（4G）的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。
（一）4G的技术特点
4G是多功能集成宽带移动通信系统，比3G更接近于个人通信。其特点主要如下：
（1）高速率。4G的信息传输速率要比3G高一个等级，从2Mb/s提高到10Mb/s。
（2）灵活性强。4G拟采用智能技术，可自适应地进行资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复杂环境进行信号的正常收发。有很强的智能性、适应性和灵活性。
（3）兼容性好。目前ITU承认的、已有相当规模的移动通信标准有GSM、CDMA和TDMA 3大分支，可通过4G标准的制定来解决兼容问题。
（4）用户共存性。4G能根据网络的状况和信道条件进行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与互通，从而满足多类型用户的需求。
（5）业务多样性。未来通信中所需的是多媒体通信，个人通信、信息系统、广播和娱乐等将结合成一个整体。4G能提供各种标准的通信业务，满足宽带和综合多种业务需求。
（6）技术基础较好。4G将以几项突破性技术为基础，如OFDM、无线接入、软件无线电等，能大幅提高频率使用效率和系统可实现性。
（7）随时随地移动接入。4G利用无线接入技术，提供话音、高速信息业务、广播及娱乐等多媒体业务接入方式，用户可随时随地接入系统。
（8）自治的网络结构。4G网络将是一个完全自治、自适应的网络。可自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。
（二）4G的关键技术
1.OFDM调制技术
未来无线多媒体业务既要求数据传输速率高，又要保证传输质量。这就要求所采用的调制解调技术既要有较高的信元速率，又要有较长的码元周期，OFDM技术正满足这一需求。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的。OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。这样尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的，且在各子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道带宽，大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰，从而减小各子载波间的相互干扰，提高频谱利用率。(https://www.daowen.com)
2.软件无线电技术
软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。通过不同软件程序，在硬件平台上实现在不同系统中利用单一终端漫游。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH）、现场可编程器件（FPGA）、数字信号处理（DSP）等。
3.智能天线
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器，对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。
4.多入多出天线技术
多输入多输出技术是指在基站和移动终端都有多个天线。多入多出天线技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。空间分集有发射分集和接收分集两类。基于分集技术与信道编码技术的空时码可获得高的编码增益和分集增益，已成为该领域的研究热点。多入多出天线技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。
（三）4G的应用实例
1.4G车机
在车机内部的大尺寸显示屏上安装了基于4G网络的车联网应用，这就使车身成为了一个大屏幕智能手机，具备Wi-Fi高速上网功能，而智能语音的控制方式，使之能在驾车同时，通过发布语音指令获取在线互联网资讯多媒体（音乐、视频）等功能，保障行车安全，如图3-7所示。
2.4G智慧眼-透明厨房手机实时监控
小型摄像机不时上下转动着，并实时将现场拍摄的画面传输回到手机APP，画面清晰流畅。它能通过操控终端进行“上下左右”简单操控对摄像头角度进行调整，实现360度全景画面高清拍摄。
图3-7 车联网语音私人安全座驾
通过“透明厨房”监管系统拍摄的视频内容会经4G网络和有线宽带传输至接入管理平台，使用者只要通过手机或电脑登录平台即可查看就餐大厅、烹调间、配菜间、消毒间、凉菜间等及从业人员现场操作全过程。餐饮单位的负责人可实现对本企业后厨操作过程、岗位落实情况的实时监督和管理。家长也可在得到授权后，通过手机和电脑实时查看自己孩子所在学校的食堂全景。同时，执法人员可通过视频远程对企业餐饮卫生情况进行监控、评估。此外，“透明厨房”还具备录像回看功能，录像内容可在云平台保存3个月，达到追根溯源轻松取证的效果。原来不得闲杂人等入内的“厨房重地”，变为消费者看得见的“透明厨房”，保障食品安全。
