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【摘 要】4G技术就是第四代移动通信技术，全球通讯市场格局也会因此发生巨大变化，移动互联网前景无限，是不争的事实。目前国内4G管理和服务还没有跟上。今后，只有提供更多的增值服务，才能体现4G对人们生活带来的影响，尤其在移动互联、物联网等领域。
【关键词】4G；网络；关键技术
1.基本概念
4G是第四代移动通信技术的简称，4G是多种接入技术的综合系统，基于一个公共的平台，实现各种技术的无缝链接。具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力，对全球移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务。
简单来说，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150Mbit/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、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. 3G向4G演进的原因
随着无线技术的种类越来越多，迫切需要将这些无线技术整合到一个统一的网络环境中去，这就是正在形成的超三代移动通信系统通信系统和未来的4G通信系统。B3G和4G通信系统将是未来提供宽带接入，全球无缝漫游和无处不在的数据，语音业务等方面的最合适和最好的技术。
就拿智能通信视频监控来说，推出4G的主要原因是：
2.1 3G无线监控的应用难以持久
对于3G来说，3G视频监控资费过高，一般用户无法承受，行业用户难于承担视频监控项目后期的持续网络资费支出。同时3G网络的稳定性实际上也是很多消费者考虑的问题，由于网络基站的均衡性不一，造成了3G网络在传输上容易造成信号强弱不均，从而回导致掉帧、画面卡的现象。3G网络在高速移动的过程中传输速率为144kbps，若想保证CIF画面需求传输速率至少保证512kbps，技术不成熟，网络带宽不足是它在无线监控上难以持久致命因素之一。
2.2 4G网络的安防无线监控优势突出
4G是一种超高速无线网络，其最突出的特点就是网速可以达到100M/S，4CIF的画质只需要2Mbps的传输速率，对比3G可知，无线监控甚至是无线高清监控都有可能被4G实现；4G网络建设完成后，家里不用拉网线，用户就能享受每秒80Mbps的极速冲浪，据相关人士表示，4G资费有望有较大下调，让4G网络更“亲民”，传输价格的下调也必将更易接受，为发展提供了空间。
4G技术在通信技术中集3G与WLAN技术于一体，能够高质量地传输视频图像，图像传输质量能达到高清电视画质的程度。4G技术比目前的拨号上网方式快10倍左右。它可以提供更加稳定和高速的无线移动网络，传输一个视频监控文件可能仅需几分钟时间。此外，它能够满足安防产品用户对于网络服务的要求，4G技术有不可比拟的技术优越性，可以在ADSL没有覆盖的地方首先部署，然后再扩展到整个地区，这为安防系统的无线传输解决了技术上的难题。
3.4G网络中的关键技术
3.1正交频分复用（OFDM）技术
4G移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
OFDM技术之所以越来越受关注，因为OFDM有很多独特优点：1）频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，其频谱利用率可以接近奈奎斯特极限。2）抗衰落能力强。OFDM把用户信息通过多个子载波传输，这样在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，从而使OFDM对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强。3）适合高速数据传输。OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候，应采用效率高的调制方式；而当信道条件差的时候，则应采用抗干扰能力强的调制方式。再有，OFDM加载算法的采用，使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。4）抗码间干扰（ISI）能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，故对抗码间干扰的能力很强。
3.2软件无线电（SDR）技术
在4G移动通信系统中，软件将会变得非常复杂。为此，有专家提议引入软件无线电技术，软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术，它以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支持。软件无线电概念一经提出，就受到各方的极大关注，这不仅是因为软件无线电概念新技术先进、发展潜力大，更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的。软件无线电强调以开放性最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置的不同应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。
其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等各种功能用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。在4G众多关键技术中，软件无线电技术是通向未来4G的桥梁。 由于各种技术的交迭有利于减少开发风险，所以未来4G技术需要适应不同种类的产品要求，而软件无线电技术则是适应产品多样性的基础，它不仅能减少开发风险，还更易于开发系列型产品。此外，它还减少了硅芯片的容量，从而降低了运算器件的价格，其开放的结构也会允许多方运营的介入。
3.3智能天线技术（SA）
智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。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。
3.4多输入多输出（MIMO）技术
多输入多输出技术（MIMO）是指在基站和移动终端都有多个天线。MIMO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。
MIMO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。
3.5基于IP的核心网
4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络（CN）协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。
在4G通信系统中将主要采用全分组方式IPv6技术取代IPv4，IPv6具有许多的优点，如：有巨大的地址空间；支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式；能够提供不同水平的服务质量；更具有移动性。
3.6多用户检测技术
4G系统的终端和基站将用到多用户检测技术以提高系统的容量。多用户检测技术的基本思想是：把同时占用某个信道的所有用户或部分用户的信号都当作有用信号，而不是作为噪声处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息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，从而达到对多用户信号的最佳联合检测。它在传统的检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户的信号进行检测，从而具有良好的抗干扰和抗远近效应性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。
4.结语
总之，4G技术的日益完善，对安防无线监控带来了冲击，也带来了新的活力、新的变革、新的市场。全球移动通信系统协会称，中国4G普及速度将远超3G，而全球通讯市场格局也会因此发生巨大变化。移动互联网前景无限，是不争的事实。中国互联网协会秘书长卢卫表示，预计到2015年，移动互联网信息消费规模将达2万多亿元。目前国内4G管理和服务还没有跟上。今后，只有提供更多的增值服务，才能体现4G对人们生活带来的影响，尤其在移动互联、物联网等领域。
【关键词】4G；网络；关键技术
1.基本概念
4G是第四代移动通信技术的简称，4G是多种接入技术的综合系统，基于一个公共的平台，实现各种技术的无缝链接。具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力，对全球移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务。
简单来说，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150Mbit/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、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. 3G向4G演进的原因
随着无线技术的种类越来越多，迫切需要将这些无线技术整合到一个统一的网络环境中去，这就是正在形成的超三代移动通信系统通信系统和未来的4G通信系统。B3G和4G通信系统将是未来提供宽带接入，全球无缝漫游和无处不在的数据，语音业务等方面的最合适和最好的技术。
就拿智能通信视频监控来说，推出4G的主要原因是：
2.1 3G无线监控的应用难以持久
对于3G来说，3G视频监控资费过高，一般用户无法承受，行业用户难于承担视频监控项目后期的持续网络资费支出。同时3G网络的稳定性实际上也是很多消费者考虑的问题，由于网络基站的均衡性不一，造成了3G网络在传输上容易造成信号强弱不均，从而回导致掉帧、画面卡的现象。3G网络在高速移动的过程中传输速率为144kbps，若想保证CIF画面需求传输速率至少保证512kbps，技术不成熟，网络带宽不足是它在无线监控上难以持久致命因素之一。
2.2 4G网络的安防无线监控优势突出
4G是一种超高速无线网络，其最突出的特点就是网速可以达到100M/S，4CIF的画质只需要2Mbps的传输速率，对比3G可知，无线监控甚至是无线高清监控都有可能被4G实现；4G网络建设完成后，家里不用拉网线，用户就能享受每秒80Mbps的极速冲浪，据相关人士表示，4G资费有望有较大下调，让4G网络更“亲民”，传输价格的下调也必将更易接受，为发展提供了空间。
4G技术在通信技术中集3G与WLAN技术于一体，能够高质量地传输视频图像，图像传输质量能达到高清电视画质的程度。4G技术比目前的拨号上网方式快10倍左右。它可以提供更加稳定和高速的无线移动网络，传输一个视频监控文件可能仅需几分钟时间。此外，它能够满足安防产品用户对于网络服务的要求，4G技术有不可比拟的技术优越性，可以在ADSL没有覆盖的地方首先部署，然后再扩展到整个地区，这为安防系统的无线传输解决了技术上的难题。
3.4G网络中的关键技术
3.1正交频分复用（OFDM）技术
4G移动通信系统主要是以OFDM为核心技术。OFDM技术实际上是多载波调制的一种，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
OFDM技术之所以越来越受关注，因为OFDM有很多独特优点：1）频谱利用率高，频谱效率比串行系统高近一倍。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，其频谱利用率可以接近奈奎斯特极限。2）抗衰落能力强。OFDM把用户信息通过多个子载波传输，这样在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，从而使OFDM对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强。3）适合高速数据传输。OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪声背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候，应采用效率高的调制方式；而当信道条件差的时候，则应采用抗干扰能力强的调制方式。再有，OFDM加载算法的采用，使得系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。4）抗码间干扰（ISI）能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性干扰。造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。OFDM由于采用了循环前缀，故对抗码间干扰的能力很强。
3.2软件无线电（SDR）技术
在4G移动通信系统中，软件将会变得非常复杂。为此，有专家提议引入软件无线电技术，软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术，它以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支持。软件无线电概念一经提出，就受到各方的极大关注，这不仅是因为软件无线电概念新技术先进、发展潜力大，更为重要的是它潜在的市场价值也是极具吸引力的。软件无线电强调以开放性最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置的不同应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。
其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等各种功能用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。在4G众多关键技术中，软件无线电技术是通向未来4G的桥梁。 由于各种技术的交迭有利于减少开发风险，所以未来4G技术需要适应不同种类的产品要求，而软件无线电技术则是适应产品多样性的基础，它不仅能减少开发风险，还更易于开发系列型产品。此外，它还减少了硅芯片的容量，从而降低了运算器件的价格，其开放的结构也会允许多方运营的介入。
3.3智能天线技术（SA）
智能天线定义为波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。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。
3.4多输入多输出（MIMO）技术
多输入多输出技术（MIMO）是指在基站和移动终端都有多个天线。MIMO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。
MIMO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。
3.5基于IP的核心网
4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议与核心网络（CN）协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。
在4G通信系统中将主要采用全分组方式IPv6技术取代IPv4，IPv6具有许多的优点，如：有巨大的地址空间；支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式；能够提供不同水平的服务质量；更具有移动性。
3.6多用户检测技术
4G系统的终端和基站将用到多用户检测技术以提高系统的容量。多用户检测技术的基本思想是：把同时占用某个信道的所有用户或部分用户的信号都当作有用信号，而不是作为噪声处理，利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息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，从而达到对多用户信号的最佳联合检测。它在传统的检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户的信号进行检测，从而具有良好的抗干扰和抗远近效应性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。
4.结语
总之，4G技术的日益完善，对安防无线监控带来了冲击，也带来了新的活力、新的变革、新的市场。全球移动通信系统协会称，中国4G普及速度将远超3G，而全球通讯市场格局也会因此发生巨大变化。移动互联网前景无限，是不争的事实。中国互联网协会秘书长卢卫表示，预计到2015年，移动互联网信息消费规模将达2万多亿元。目前国内4G管理和服务还没有跟上。今后，只有提供更多的增值服务，才能体现4G对人们生活带来的影响，尤其在移动互联、物联网等领域。