正交频分多址
这是4G最核心、最具代表性的技术，也是其实现高速率的关键。
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- 基本思想：OFDMA可以看作是OFDM（正交频分复用）技术的演进，它将整个频谱带宽划分成大量相互正交的、窄带的子载波（可以想象成无数条并行的、互不干扰的“数据高速公路”），根据不同用户的信道质量、数据需求等，动态地为每个用户分配一组特定的子载波。
- 为什么关键？
- 频谱效率高：通过正交子载波，可以在频谱资源有限的情况下，让多个用户同时通信，大大提高了频谱利用率。
- 抗多径衰落能力强：在无线环境中，信号会因为反射、绕射等原因产生多条路径，导致信号失真（多径效应），OFDM将高速数据流分解到多个低速子载波上，每个子载波上的符号周期被拉长，从而有效削弱了多径效应的影响。
- 资源分配灵活：调度器可以根据每个用户在特定时刻的信道状况，将质量好的子载波分配给对时延要求高的业务（如VoIP），将质量稍差的子载波分配给下载文件等业务，实现资源的精细化管理和“按需分配”。
多输入多输出
MIMO技术通过在通信链路的发送端和接收端使用多根天线,来提升通信性能。
- 基本思想：在发送端和接收端都部署多根天线，利用空间维度来增加通信的“复用”和“分集”增益。
- 为什么关键？
- 提升容量和速率（空间复用）：通过多根天线，可以在同一时间、同一频段上传输多路独立的数据流，一个4x4 MIMO系统理论上可以将数据速率提升到单天线的4倍，这是4G实现Gbps级速率梦想的重要手段。
- 增强信号质量（空间分集）：通过多根天线发送相同的数据（或编码后的数据），接收端可以从多个路径接收信号并进行合并，从而有效对抗信号在传播过程中的衰落，提高通信的可靠性。
- 扩大覆盖范围：通过波束成形技术，MIMO系统可以将信号能量集中指向特定的用户，从而提升信号强度，扩大覆盖范围并减少对其他用户的干扰。
全IP核心网
4G的核心网是一个完全基于IP（互联网协议）的网络架构。
- 基本思想：摒弃了3G时代电路交换和分组交换并行的复杂架构，所有业务（无论是语音、视频还是数据）都通过IP分组进行传输和交换。
- 为什么关键？
- 网络扁平化、简化：核心网结构大大简化，去掉了专门的电路域交换机，降低了网络部署和维护的复杂度和成本。
- 业务融合：所有业务在IP层面统一处理，使得语音、视频、数据等不同类型的业务可以无缝融合，为提供丰富的多媒体应用奠定了基础。
- 与互联网无缝互通：核心网就是互联网的延伸，移动终端可以像固定PC一样直接访问所有互联网服务，实现了“永远在线”的体验。
- 为VoLTE（Voice over LTE）铺平道路：语音业务也变成了数据包在IP网络上传输，这就是VoLTE技术。
高级天线系统
这是MIMO技术在基站侧的具体实现和增强。
- 基本思想：在基站上部署大量天线（例如8根、16根甚至更多），形成一个大规模天线阵列。
- 为什么关键？
- 波束成形：通过复杂的算法，基站可以将信号能量精确地聚焦到某一个或几个特定用户的方向上，而不是像传统天线那样向所有方向广播，这极大地增强了目标用户的信号强度，同时大幅减少了对他用户的干扰。
- 大规模MIMO：当基站天线数量远大于用户数量时，可以利用空间维度上的巨大自由度，在同一个时频资源上服务大量用户，系统容量呈数量级提升，这是4G中后期提升系统容量的关键技术。
- 提升覆盖和用户体验：通过精准的波束赋形，可以穿透建筑物，为室内用户提供更好的信号覆盖。
软件定义网络和网络功能虚拟化
这两项技术虽然严格来说更偏向于网络架构和管理,但它们是支撑4G网络高效、灵活、低成本运行的关键。
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- 基本思想：
- SDN：将网络的控制平面（决定数据包该往哪走）与数据平面（实际转发数据包）分离，网络控制逻辑被集中到一个控制器上，可以像编程一样对整个网络进行集中控制和智能调度。
- NFV：将传统的网络功能（如防火墙、负载均衡器、核心网网元）从专贵的硬件设备中解放出来，以软件的形式运行在通用的、标准化的服务器上（即“虚拟化”）。
- 为什么关键？
- 灵活性和敏捷性：运营商可以通过软件快速部署、调整和迁移网络服务，以适应不断增长的业务需求，无需更换昂贵的硬件设备。
- 降低成本：使用通用的COTS服务器替代昂贵的专用硬件，大大降低了网络的建设和运维成本。
- 创新加速：网络功能可以作为应用来开发，第三方开发者可以更容易地为网络提供新的增值服务。
移动性管理
虽然3G也有移动性管理,但4G为了支持全IP网络和各种高速数据业务，对其进行了优化。
- 基本思想：核心网中的移动性管理实体负责跟踪用户终端的位置，并在终端在不同区域间移动时，负责建立和维持数据连接。
- 为什么关键？
- 无缝切换：当用户在4G网络内从一个基站移动到另一个基站时，MME能快速、无缝地完成切换过程，保证正在进行的视频通话或下载不会中断。
- 网络附着：用户开机时，通过MME完成网络注册和附着，才能获得IP地址，开始上网。
- 空闲态移动性：在用户没有数据传输的空闲状态下，MME仍能追踪其位置，当有数据到达时，能快速找到用户并唤醒其设备，实现“永远在线”。
| 关键技术 | 核心思想 | 主要贡献 |
|---|---|---|
| OFDMA | 将频谱划分为大量正交子载波，动态分配给用户 | 高速率、高谱效、抗衰落 |
| MIMO | 在收发两端使用多根天线，利用空间维度 | 提升容量、增强可靠性、扩大覆盖 |
| 全IP核心网 | 所有业务（语音、数据）均通过IP传输 | 网络简化、业务融合、与互联网无缝对接 |
| 高级天线系统 | 基站部署大规模天线阵列，实现波束成形 | 精准覆盖、抗干扰、超大容量 |
| SDN/NFV | 网络控制与转发分离，网络功能虚拟化 | 灵活、敏捷、低成本、加速创新 |
| 移动性管理 | MME负责终端的位置跟踪和连接管理 | 无缝切换、永远在线、快速接入 |
正是这些关键技术的有机结合,才使得4G能够提供媲美固宽的上网体验，催生了移动互联网的繁荣时代，并直接推动了智能手机、移动支付、短视频、共享经济等应用的爆发式增长。
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