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通信系统仍是基于地面标准不一的区域性通信系统,尽管其传输速率可高达2Mb/s,仍无法满足多媒体通信的要求,因此第四代移动通信系统(4G)的研究势在必行。
一、4G的定义及其技术要求
第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络,具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力,对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务,将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统),集成不同模式的无线通信,移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容,实现广带多媒体通信,形成综合广带通信网(IBCN),他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。其主要技术要求是:
(1)通信速度提高,数据率超过UMTS,上网速率从2Mb/s提高到100Mb/s。
(2)以移动数据为主面向Internet大范围覆盖高速移动通信网络,改变了以传统移动电话业务为主设计移动通信网络的设计观念。
(3)采用多天线或分布天线的系统结构及终端形式,支持手机互助功能,采用可穿戴无线电,可下载无线电等新技术。
(4)发射功率比现有移动通信系统降低10~100倍,能够较好地解决电磁干扰问题。
(5)支持更为丰富的移动通信业务,包括高分辨率实时图像业务、会议电视虚拟现实业务。
二、4G的关键技术
1.OFDM(正交频分复用)
OFDM技术实际上是MCM(Multi-CarrierModulation,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(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上的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。由于OFDM技术由于具备上述特点,是对高速数据传输的一种潜在的解决方案,因此被公认为4G的核心技术之一。
2.软件无线电
软件无线电(SoftwareDefinedRadio,简称SDR),就是采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义实现无线电台的各部分功能:包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其核心是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器,尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。
3.智能天线
智能天线是波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。多波束天线在一个扇区中使用多个固定波束,而在自适应阵列中,多个天线的接收信号被加权并且合成在一起使信噪比达到最大。与固定波束天线相比,天线阵列的优点是除了提供高的天线增益外,还能提供相应倍数的分集增益。智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,其基本工作原理是根据信号来波的方向自适应地调整方向图,跟踪强信号,减少或抵消干扰信号。智能天线的核心是智能算法,而算法决定电路实现的复杂程度和瞬时响应速率,因此需要选择较好算法实现波束的智能控制。
4.IPv6协议
4G通信系统选择了采用基于IP的全分组的方式传送数据流,因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。
(1)巨大的地址空间。在一段可预见的时期内,它能够为所有可以想像出的网络设备提供一个全球惟一的地址。
(2)自动控制。IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下,需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后,它使用另一种即插即用的机制,在没有任何人工干预的情况下,获得一个全球惟一的路由地址。
(3)服务质量。服务质量(QoS)包含几个方面的内容。从协议的角度看,IPv6与目前的IPv4提供相同的QoS,但是IPv6的优点体现在能提供不同的服务。IPv6报头中新增加的字段“流标志”,有了这个20位长的字段,在传输过程中,中国的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。
(4)移动性。移动IPv6(MIPv6)在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址(homeaddress),这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时,通过一个转交地址(care-ofaddress)来提供移动节点当前的位置信息。移动设备每次改变位置,都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。
关键词:移动通信 发展 技术
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0023-01
在任何时间,任何地点只有有人的存在,就需要进行通信,移动通信业务刚好满足了人们进行通信的愿望。要实现未来的理想个人通信服务,移动通信是必经之路。移动通信技术在信息技术支持,和市场需求及竞争的影响下取得了突飞猛进的发展,未来的发展趋势可以分为:(1)网络业务的分组化;(2)网络技术智能化;(3)网络技术宽带化;(4)高频段的选择;(5)高频段的利用;(6)网络融合。现在先简单介绍下移动通信的发展历程。
1 移动通信技术的发展历程
1.1 第一代移动通信技术(模拟移动通信技术)
第一代移动通信系统提出于20世纪80年代。它的特点主要表现为模拟技术和频分多址技术的采用。1G(缩写于the first generation)有多种制式,我国采用的技术是TACS,其每秒能够达到2.4kB的传输速率。但是考虑到传输带宽的限制,TACS不能实现移动通信的长途漫游,仅仅可以在一定区域内发挥移动通信系统的功能。虽然第一代移动通信系统取得了巨大的商业利润,但是不可遮掩其日益显露的弊端。其主要有较低的频谱利用率、业务少、制式多且不兼容、易被偷听、传输速率低等弊端。
1.2 第二代移动通信技术(数字移动通信技术)
接替了1G的发展,2G起源于20世纪90年代初,到目前为止2G还在广泛的使用中。2G主要采用了码分多址与时分多址的技术。在不同的制式中,全球多采用CDMA和GSM这两种制式,我国采用的是GSM标准。它能提供每秒9.6kB~28.8kB的传输速率。相比于第一代移动通信技术的蜂窝形象,2G有着更好的保密性,并且利用了更高的频率段及更好的频谱使用率。同时,2G可以实现异地漫游,提供更多的业务。但是由于国际制式并不统一,漫游只能限制在采用一致制式的区域范围内。虽然第二代移动通信的带宽更大了,但是还不足以实现如多媒体业务等高速率业务,数据应用受到一定的限制。
1.3 第三代移动通信技术(多媒体通信系统)
随着通信需求的不断扩大,数据量的激增,第二代移动通信不能满足语音、图像、多媒体等在内的业务的高效率传输,没有比较大的系统容量,因此第三代移动通信应运而生。国际上统称第三代移动通信为IMT-2000,这是因为国际电信联盟曾于20世纪80年代提出工作频段为2000MHz的通信系统。第三代移动通信系统最大的特点是可以提供多媒体业务,其传输速率为每秒384kB,某些局域网可以达到2M的速度。3G有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA三大标准组成,由于制式兼容性问题,目前还不能实现真正意义上的全球通信。3G虽然有了更大的频谱,但是使用率较低,宝贵的资源未得到充分的开发利用。同时,传输速率也要进一步提高,才能满足新的多媒体业务的需要。
2 第四代移动通信的提出
第四代移动通信也被称为分部网络或者广带接入,传输能力有每秒2MB以上。4G的两个基本目标是实现全球的无线通信以及提供高质量的无线业务。它是综合了无线LAN系统和多种无线技术的综合系统。
目前正在孕育阶段的4G主要有以下特征:(1)更宽的网络频谱。4G比3G更宽的带宽。100MHz的频谱将会是3G网络W-CDMA频谱的20倍;(2)通信方式灵活多变。另外,其外形可能随心设计,例如眼睛、手表、钱包等均可设计为4G服务终端;(3)更快的通信速度。人们进行第四代移动通信系统的原因是为提高移动终端访问网络的速率。(4)兼容性更好。比较于前面的3代通信系统,4G要有全球通信的功能,并且接口开放、终端多元化、可以跟多种网络进行连接的特点,这样才可以让更多的手机用户用比较少的投资就可以进入到4G通信的使用;(5)有更高的智能性。4G移动终端不仅要在设计和操作上保持智能,在许多目前难以想象的功能上也要实现智能化。
4G的关键技术主要包括了OFDM技术、多输入多输出技术、切换技术、软件与无线电技术以及IPv6协议技术。
3 通信技术发展趋势
3.1 网络业务数据分组化
当前移动数据通信快速发展,无线数据被认为是未来移动通信发展的重要方向之一。随着人们生活方式的转变,职业、生活的需要使得人们必须在不同地点不同时间获取重要的信息,这是驱动无线数据发展的重要因素。
GSM的数据传输是每秒9.6kB,而1998年提出的电路交换型数据服务实现了57kB每秒的传输率,对于无线图像、电子邮件等要求连续比特率比较小的应用是很理想的。到99年的GPRS实现了100kB每秒的速率,EDGE则通过修改GSM的相关调制方式实现了超过300kB每秒的速率。这些技术的进步也为无线数据的发展提供了支持。
3.2 网络技术智能化
移动网络的迅速发展得益于移动通信需求的增长和新技术的广泛采用。移动网络已经有传统的传递信息朝着智能化处理并存储信息发展。移动智能网的是一种开放的智能平台,能够将智能网功能实体引入到移动网络中,进而可以完成智能控制其移动呼叫。伴随着3G的推进,通信网络智能化程度将不断提升。
3.3 通信技术宽带化
随着数据量的增加、多媒体业务的发展,移动网络必然将更加宽带化。通过采用蜂窝无线技术,第一代移动电话实现了无线接打电话,但是窄带模拟标准。2G实现了无缝国际漫游,有更高的网络容量但也属于窄带系统的发展。3G是真正意义上的宽带多媒体系统,可以实现全球无缝覆盖和更多的宽带业务。
3.4 高频段的选择
1G系统的最初的频段是在450MHz上,后来提升到900MHz。2G系统的工作频段先是900MHz,而后出现了1800MHz的系统。已经在推广使用的3G系统的频段是2GHz。
3.5 高频段的利用
无线电频率是很宝贵的一项资源。有限的频谱资源与急剧增长的用户数量构成了尖锐的矛盾,出现频段不够用的状况。模拟制式是频分多址技术,数字制式是码分多址技术,3G系统的宽带码分多址将会使无线频率得到更高效率的应用。
3.6 网络融合
随着通信技术的发展、市场竞争的加剧和市场需求的变化,计算机网、电视网、电信网必然加速融合,形成统一的综合通信宽带网。
当前,4G系统还在研发阶段,很多技术与设备没有成型,4G的发展也必然面临着更多的难题。但是移动通信未来发展的特征:高质量、高速率的传输数据,全面的业务服务是一定会得到实现的。相信在不久的将来,人们可以真正实现在不同地点、不同时间的的自由通话,利用移动网络为生活学习提供便捷。
参考文献
[1] 谢显中.基于TDD的第四代移动通信技术[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2] 唐兴.移动通信技术的历史和发展趋势[J].江西通信科技,2008(2).
【关键词】4G移动通信技术;特点;应用
信息技术在进行着飞速的发展,而它的发展也为人类的生活带来日新月异的变化。4G移动通信技术在3G移动通信技术的基础之上进行了大力的创新,不仅可以进行信息的传播,同时也可以极为快速的下载图片、文档,并且可以很流畅的观看视频,这样极大的满足了无线用户的需求,为人们提供了更高质量的服务。并且4G移动通信技术也是未来通信技术的发展的趋势。下面,本文将对4G通信技术的特点进行详细的介绍。
14G移动通信技术的特点
1.1灵活性
4G移动通信技术拥有着较强的灵活性,因为通信设备可以随时随地的与网络进行连接,而且基本上不会受到地域以及周围环境的影响。另外,在进行网络连接的时候,可以使用手机代替电脑,而手机体积小,具有很好的便携性,这样也就使得灵活性大大的上升。
1.24G移动通信技术通信方式智能水平更高
随着社会科学技术的日益发展,智能化已经变成了一种趋势以及潮流。可以看到4G移动通信技术的智能化水平是非常高的。因为用户在使用4G移动通信服务的时候可以根据自身的需要选择适合自己实际情况的服务,具有很强的针对性。这就说明了4G移动通信技术在功能的选择以及处理上具有很强的智能化水平。
1.34G移动通信其通信方式的信号能力更强
在4G广泛应用到我们生活之前,3G移动通信技术已经在我国普遍实行开来。但是我们可以看到,虽然3G移动通信服务也解决了人们大部分的需求,不过从整体上看,3G移动通信技术覆盖范围有限,依旧有一部分地区没有3G移动网络的覆盖。这样就会使人们不能全方位的接收信号,通信的效率有一定程度的降低。现在的4G技术极大的解决了3G移动通信技术覆盖范围有限的不足之处,并在其基础之上进行了发展。人们在使用4G移动通信技术的时候一定都可以体会到信号传输的质量较之前相比有了很大的提升,并且在一些较为偏僻的地域也一样有着4G移动通信网络的覆盖。
1.44G移动通信技术其信息传输速度更快
除了上述所具备的优点以外,4G移动通信技术还具有另外一个最为突出的优点,那就是传输速度快。相较于以往的3G移动通信技术,4G移动通信技术的传输速度几乎快到了20倍。这也是一项重大的突破。
1.5优质的多媒体通信
和以往的3G移动通信技术相比,4G移动通信技术的抗干扰性能更加强大,即便是在有杂波进行干扰的情况下,还是可以进行正常的信息传输,因此,语音、图像、数据等可以高质量的进行传递,不会出现听不清楚或者看不清楚的情况。除了这些以外,利用4G移动通信技术还能够实现在网上进行语音通话的功能。
24G移动通信技术的应用现状与发展趋势
2.14G移动通信技术的应用现状
从整体上来看,我国4G移动通信技术与国外技术发达国家相比存在着一定的差距,但是差距并不大,主要体现在一些高端技术上。而对于4G移动通信技术的应用防范以及标准方面,我国也掌握了核心技术。这就使得我国能够开展研发出适合我国国情的4G移动通信技术,提高我国的国际地位以及通信领域的技术水平。我国对4G移动通信技术的发展高度重视,并且进行了大力的支持。所以4G移动通信技术才会有现在这么大的进展。如今的4G移动通信技术能够对图像、视频、语音等进行高速度的传输,针对不同种类型、格式的应用也有了成型的设计,并且使得电脑、平板、手机等多种智能设备之间能够实现通信并对其进行多点控制。但是在4G移动通信技术进行推广使用的今天也存在着一些问题,比如说,如今我国同时有着2G、3G、4G移动通信技术,那么应当怎样对2G以及3G的网络技术设计进行改造就是需要思考并且解决的问题。我们需要直面这些问题,并且想办法对其进行解决以及改善。以便于促进我国通信领域的发展。
2.24G移动通信技术的发展趋势
以往3G技术在手机中的应有使得手机越来越智能化,越来越强大,而拥有者更多优势的4G技术想必更能够凭借其快速的传输速度,使得手机的智能化取得更大的进展。另一方面,随着4G移动通信技术抗干扰能力的提高,那么信号的质量就会有较大的提高,信息传递的有效性随之提升。那么4G移动通信技术能够实现网络纠错,使网络能够自我治愈,这样促进无线接入技术在未来的发展,进而能够识别多用户。也更加的节能环保,符合社会的发展需求。
3小结
随着4G移动通信技术进入我们生活的方方面面,我们一定能感受到生活质量较之前相比产生了较大程度的飞跃。所以,在今后的研究过程中,我们一定要加大对4G移动通信技术的开发力度,使它能够更好的服务于信息通信,让我们享受到更加高速的信息传输速度,并且具备更加比以前强大的功能,丰富人们的生活。
参考文献
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[2]余秋萍.论4G移动通信技术的特点与应用[J].电子技术与软件工程,2015,07:44.
在上个世纪20年代,无线移动通讯系统就已经初见端倪并投入使用直至如今。纵观无线移动通信技术的发展历史,可以将无线移动通讯系统分为以下几个阶段:第一个阶段可以追溯至上世纪的20年代到40年代。该阶段的发展中,无限通信系统是以几个频段作为基础开发出来的,最有代表性的是早期的车载无线电话系统。最初该系统的工作频率,只有2MHz,而到了40年代初期,则已经达到了30MHz到40MHz。
而此阶段无线电话系统的基本特点主要表现在:无线通信系统的工作频率较低,利用专用系统进行开发,是无线移动通信技术发展的第一阶段。第二个阶段则是从40年代中期到60年代初期。在此阶段中,移动业务进入了崭新的局面,步入公用移动业务阶段。这一阶段的主要特点表现在:专用移动网向公布用移动网转变。
但是由于此阶段的通信网容量尚小,所以还不能满足基本通信需求。第三个阶段从60年代中期至70年代中期,这个阶段150MHz和450MHz频段已经开始被投入到使用当中,无线频道具备了自动选择的一个功能并可以自动连续进公共的电话网。这一阶段移动通信系统出现了很大程度上的改进和完善。第四阶段从70年代中期至80年代中期,这个时期的移动通信系统出现了蓬勃的发展状况。
蜂窝状移动通信网也被开发并且建成,使原本的系统容量出现很大的提升。第五阶段的发展是从80年代中期开始的,我国数字移动通信系统在这个时期已经开始走向成熟,这个时期出现了数字蜂窝移动通信系统。该系统的容量已经大大提高,无线传输频率的利用也相对提高。
数字网还可以提供比如语音和数据等方面的服务,并有ISDN等兼容。目前,我们正处在这一阶段的第三代数字移动通信系统时代。这一时代的特点是加宽了原有的通信频带,很大程度上增加了数据业务的现有比重。当今无线移动通信的发展主要体现在五大技术的发展中。
关键词:4G移动通信技术;传输速度;智能化;无线网络
所谓“4G移动通信技术”,是指第4代移动通信技术。与3G移动通信技术相比,4G移动通信技术更加高速、人性化、全面,它是一种集3G、WLAN于一身的技术产品。应用4G移动通信技术可以传输高质量的视频图像,大大提升了图像传输的质量与清晰度。随着近年来4G移动通信技术的不断推广,当前越来越多人开始信赖4G,并投入到4G通信业务之中,因此加深对4G移动通信技术的研究显得非常必要。
14G移动通信技术的特点分析
1.1传输速度更快
4G移动通信技术研发的目的在于进一步提高GSM蜂窝式电话、移动终端进行网络访问的速度,所以4G移动通信技术出现之后给人们带来的最直观印象就是传输速度与通信速度更快,传统2G通信的通信速度最高可达32Kbps,3G通信则为2Mbps/s,专家分析4G移动通信传输速度达到了100~200Mbps/s。从这些数字可以看出,4G的速度要比之前的收集传输速度高出上万倍。
1.2通信更加灵活
从传统意义上来说,手机的功能就是打电话和发消息,但是随着信息技术的快速发展,4G手机不再局限于传统手机的“电话机”作用,它开始朝着小型“电脑”的方向发展,人们更愿意利用手机查询、上网。同时,4G移动通信技术也不再局限于手机上,手表上也开始应用,因此人们的通信变得异常灵活。通信工具与4G通信技术融合之后,通信方式变得非常灵活,不再被传统视频、通信等途径所局限,它的最终目标是完善终端服务,随时将终端设备与无线网络连接,在通信环境中应用不再受时间、地点的局限,进行网络信息的共享。只需要4G在手,那么所有通信问题都能得到解决,不管是视频交流,还是联网游戏都可以,通信变得更加灵活多样。
1.3智能化程度更高
现阶段,4G移动通信技术智能化水平逐渐提升,不管是造型上,还是外观上,智能化特征都非常明显,不同类型的多媒体通信均可以得到实现。例如,人们可以通过4G移动通信技术网络进行电影院座位、出票情况的查询,同时还可以与自己的喜好结合进行座位选择;应用4G移动通信技术还能在手机上记录备注信息,这样就会在设定的指定时间提醒自己;利用4G移动通信技术还能收集、观看节目,例如重要的体育赛事等。
2对4G移动通信关键技术的实践应用
2.1学生学习中的应用
当前,4G移动通信技术的应用范围进一步扩大,学生学习领域也受到了一定影响,教学中4G移动通信技术的引入受到了广大师生的欢迎。例如,学校以学生为主体展开多媒体教学,教学中借助于网络平台可以加深师生之间的互动与交流;以前由于受到手机网络的约束,根本不能在手机上玩网游,但是自4G移动通信技术引进来以后,学生们即可方便地玩手机手游。
2.2医疗事业中的应用
从移动医护的角度来说,4G移动通信技术的引入也起到了重要作用,应用该项技术可以在医疗服务的基础上为医院提供信息方案。在医院中应用互联网和WLAN,构建数据集成平台,那么医护人员即可利用手机、IPAD等移动终端高效完成诊疗、护理工作。换句话说,应用移动医护可以大大降低医务人员在工作中出现差错的概率,从而有效提升工作效率。应用4G移动通信技术进行高速的信息传输,远程医疗得到了实现,这样医护人员就可以说利用4G移动通信技术真正为患者带来了实惠。
2.3家庭生活中的应用
4G移动通信技术作为无线网络技术的一种,不仅传输速度非常快,同时还能与家庭网关合理交互,确保家庭内部各项网络信息的顺利流通,从而达到有效控制内外网之间信息流的目的,大大强化系统管理的作用,构建起超高速通道完成对家庭内部信息流的传输。随着近年来信息技术的快速发展,4G移动通信技术的出现和应用使得人们的沟通与交流变得非常顺畅,还可以基于人与机器构建自由交流通道,在此基础上实现家庭网络个性化、智能化和综合化发展。
34G移动通信技术的展望
现在全世界移动通信用户的数量已经在45亿人次以上,在全球总人口数量中占70%的比例,移动通信技术的出现和发展,充分实现了人与人之间的沟通和交流,应用4G移动通信技术以后,人们可以实现互联网、移动终端与人之间的互联。智能手机、平板电脑随着3G移动通信技术的发展而出现,这些智能化终端设备的应用基本上已经满足了人们的网络需求,而对4G移动通信技术的应用,则真正改变了现在人们的上网方式。这种集中多媒体、可视化和数字化于一身的技术,通过高速的数据传输在人与网络之间、人与人之间实现联通,由此人类真正步入到高速互联网时代之中。
4结束语
综上,4G移动通信技术是一种新兴的通信技术,它在实际应用中体现出了诸多明显优势,例如传输速度快、通信方式灵活、智能化程度高等,大大加快了移动通信领域相关技术的发展,也实现了移动通信智能之间的互联,诸多领域中其应用前景都非常广阔,例如导航、物联网及远程医疗等。相信随着这方面技术的快速发展,4G移动通信技术必然会成为集智能化、多媒体化及数字化等功能于一身的技术,通过高速传输即可有效改变人与人之间、人与网络之间的联通,最终促使无线高速互联网得到高速发展。
参考文献:
[1]翟阳阳,杜菁,潘清,等.4G移动通信技术对医学院校计算机教学模式的机遇与挑战[J].中国医疗设备,2015,30(08):70-72.
【关键词】4G 移动通信 关键技术 安全缺陷
一、4G移动通信技术的优点及缺点
4G移动通信有传输速率更快、通信质量更高等诸多优点,主要表现在以下方面:1-高速率:4G移动通信的网络带宽高达100MHz,接近于W-CDMA3G网络的20倍,同时提高了频谱利用率,使得4G移动通信传输速率达到lOMbps―20Mbps甚至更高,相当于3G移动通信传输速率2Mbps的5倍以上;2.高质量:4G移动通信在实现多媒体通信的基础上,扩大了移动通信的服务范围,并且为人们提供了视觉效果更好等高质量的多媒体服务;3.高兼容性:在全球范围内实现了统一的通信标准,兼容性出色,不但具有全球漫游和开放接口功能,同时具有兼容各个分散网络的连接功能;4.提供增值服务:4G移动通信系统采用正交频分复用(OFDM)技术使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。
4G移动通信系统缺点主要有:通信制式等标准难以全球统一,技术相对难实现,通信系统容量有所限制,4G移动通信基站等设施建设较难等。
二、4G移动通信的关键技术
1、正交频分复用(OFDM)技术。正交频分复用技术是4G移动通信系统的关键技术,正交频分复用技术将通信的信道分成若干条互不相关的正交子信道,然后将高速串行数据流转换成为并行的低速子数据流,调制到每个正交子信道中传输;总的信道虽然具有频率选择性,然而在子信道上可以进行信号带宽小于信道带宽的传输,因此每个子信道相对平坦,传输效果更好。正交频分复用技术使4G移动通信提升了抗码间干扰能力和频谱利用率,克服了多径干扰引起的频率选择性衰落,极大的提高了信息传输速度。
2、软件无线电(SDR)技术、4G移动通信技术是以软件无线电为基础,软件无线电是利用软件加载方式,在标准化、模块化的通用数字硬件平台上实现各种无线电系统通信功能。软件无线电是使宽带模数转换器(A/D)和数模转换器(D/A)等先进模块尽可能靠近射频天线,并且把尽可能多的无线及个人通信的功能通过可编程软件来实现。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、信道纠错编码软件以及自适应的调节算法和解调算法软件等。软件无线电技术增强了系统灵活性,是解决移动终端适应不同硬件系统的核心技术。
3、智能天线(SA)技术。智能天线技术在4C移动通信中主要用于降低信号传输衰落、减少信号干扰、增加通信系统容量等;智能天线由波束形成算法、天线阵列和波束形成网络组成。主要通过满足某种准则的算法去调节各阵元信号的加权幅度和相位使其处于最佳状态,从而构成最合适的天线阵列方向图,在人们所需要的方向上获得高增益,在干扰方向上获得低增益甚至零陷;达到增强所需信号抑制干扰信号的目的。该技术在4G移动通信中的应用不但解决了数据传输干扰等难题,而且对网络传输速度的进一步提升有利。
4、多输入多输出(MIMO)技术。MIMO技术是指在基站和移动终端利用多发射、多接受天线进行空间分集和空间复用的技术。它采用分立式多天线有效地将通信信道分解成多信道,同时信息论证明:当不同发射天线与不同接收天线之间互不相关时,MIMO系统能有效提高系统的抗衰落和噪声性能,极大提高信道容量。空间复用技术大大提高了信道利用率,而空间分集技术降低了信道误码率,提升了信道传输可靠性。
三、4G移动通信安全缺陷及处理对策
4G移动通信中的安全威胁是多方因素组成的,其中主要是系统漏洞、黑客的入侵等;具体有以下几种:1.黑客的入侵。2.病毒的破坏。3.通信设备安装的应用程序存在安全漏洞。针对4G移动通信的安全缺陷,为有效提升4C移动通信的通信质量。一方面,要提高系统的防御病毒能力和快速自动恢复能力,在通信系统中加入系统容灭技术,使系统能在系统灾难后快速准确的恢复原有数据,确保4G移动用户的数据信息安全。另一方面,在语音通话等数据交换过程中,可以采用更加完善的身份识别和认证服务,为用户的隐私安全提供保障。
关键词:4G移动通信技术;安全缺陷;解决策略
自20世纪后半期移动通信技术在美国被广泛地应用到各个行业中。无论是2G通信技术还是3G通信技术,在统一标准以及网络安全等方面都存在着许多缺陷,这极大地促进了对4G移动通信技术的研发。如今4G移动通信技术在发展的道路上仍存在许多难题,特别是其存在的安全缺陷是必须尽快加以解决的问题。
1 4G移动通信技术介绍
1.1 4G移动通信技术概念
4G移动通信系统是在无线网络和3G网络结合的基础上产生的,结合无线局域网技术来更加快速地传输各类信息的技术产品。4G移动通信技术拥有良好的视频通信质量,利用该技术可进行高质量的信号支持,并且该技术的可溶性非常强,其传递数据信息的速度非常快,能够给用户提供定时定位、远程控制以及数据采集等服务。4G是一种单一的蜂窝式的核心网络,支持多元化的接入方式,该结构使得每一位用户均可得到唯一的可识别号码,可以随时随地连接网络加以使用,因此,其具有较强的通用性及可扩展性。
1.2 4G移动通信技术特征
4G通信技术的特征包括:(1)传输速率的提升。新型的4G移动互联技术基本上实现了无限漫游,在很大程度上缩短了用户与用户之间的时间与空间的距离。采用一种特殊的智能天线,能够在不同的环境及要求下,对接收到的信号进行处理和调整,减少了信息传输的阻碍,抑制了不同环境下电磁环境的干扰现象。(2)普及度的提高。从技术层面上来说,未来4G的费用要H53G便宜,普通老百姓能够真正享受到高科技互联网技术带来的便捷,完善后的4G很多软件的运用都比3G简单得多,开发和运用的成本在很大程度上降低,促进移动互联技术的普及。(3)智能化的网络体系结构。4G开始采用的是单一蜂窝核心式网络,使其向全面智能化网络体系的方向发展,这比之前的边缘智能化要好很多,在通信的速率上提高了很多。
1.3 4G移动通信技术的优势
与以往的2G与3G相比,4G移动网络通信技术具有较大的优越性,表现在:(1)频率使用效率高。4G移动通信系统的网络构架主要是利用路由技术,因为其构架中使用了多项技术,其无线频谱的有效性能让人们利用原有的无线频谱做比以往更多的事情。(2)提供增值服务。4G移动通信技术是以正交多任务分频技术OFDM开发出来的,将4G移动通信技术的OFDM与3G通信系统的核心技术CDMA相结合可以发挥出更大的作用,以实现无线通信增值服务。(3)通信速度提升。移动通信系统的数据传输速度对其实用性能有很大影响,第4代移动通信系统的数据传输速率最高可达100Mbps。(4)多媒体通信质量高。与3G移动通信相比,4G的多媒体覆盖范围更广,通信质量更高,其具有的高分辨率及高速数据与现代人们对多媒体服务的需要更加符合。
2 4G移动通信的关键技术
2.1正交频分复用技术(OFDM技术)
该技术的主要思想是把原始信道分解,使其变成一个个子信道,让分解后的信道相互正交,然后在每一子信道上加上可以调制的载波,调制到每一个子信道上进行相应的数据传输。利用多载波同时传输的方法能够使得多个信号并列通信,以避免窃听与串线。
2.2软件无线电技术(SDR技术)
该技术在无线电通信技术中被广泛地应用,它的设计思想是把将宽带模拟数字变换器与数字模拟变换器尽可能地与射频天线靠近,利用编写程序代码来完成通信频段的选择,实现传送信息的抽样与量化,并且实现不同信道调制方式与不同的保密结构、控制终端的选择。SDR技术的优点是显著的,如信号传输多、工作模式多与工作频段多等。
2.3智能天线技术(SA技术)
第4代移动通信技术中采用了智能天线技术,智能天线技术是一种以自适应天线原理为基础的新型移动通信技术,智能天线一般都安装在基站,可以利用能编程的电子相位关系来确定方向性的。此外,其还可扩大信号传输的基本区域,大大提高系统的容量,消除信号传输过程中干扰因素,降低系统的成本,这些优势都是其他技术所不能代替的。
2.4多输入多输出技术(MIMO技术)
该技术在4G网络中的被广泛地使用,从而使得4G网络的信号质量大大优于2G及3G网络。与3G网络的一发两收技术相比,多输入多输出技术对于空间分集增益与码间干扰等通讯指标的管理具有显著的优势:(1)大大提高空间内的分集增益。(2)大幅降低码间干扰。(3)大大增加了无限信道容量与频谱的利用率。
3 4G移动通信技术存在的安全缺陷
3.1病毒
当网络系统受到病毒的侵害时,电脑网络的传输途径会被严重干扰,并且传播的信息会有乱码出现。病毒给网络通信带来的破坏往往是灾难性的,由于其传播速率太快,以至于大量的有用程序与文件在极短时间内便被损坏。此外,当病毒侵害到电脑程序时会使得己受损害的程序不断繁殖下去,如此会使得信息传递的安全性、准确性都大打折扣。
3.2黑客
黑客的存在对通信安全而言是一个极大的威胁。黑客一般都具有比较精深与专业的计算机技能,可以轻而易举地将用户的信息窃取出来,使通信信息安全受到相当严重的破坏。黑客常常对公司企业的计算机系统以及国家政府的网络进行肆无忌惮地窃听与篡改,从而给相当一部分企业造成了非常严重的损失,甚至直接严重威胁国家的安全与社会的稳定。
3.3安全漏洞
目前,网络技术尚处于初级探索极端,其相关技术还非常不成熟,网络浏览器与许多应用软件都存在许多安全隐患,并且在软件编写过程中也存在这样或那样的安全漏洞,这些因素都会对网络信息的安全性造成比较严重的威胁,再加上人为操作不当等因素,更会使系统极易发生死机等故障,使得网络信息的完整性与安全性大受影响。
4 应对4G移动通信技术安全缺陷的策略
应对4G移动通信技术安全缺陷问题的科学策略有:(1)在开发研究4G移动通信技术时对各个环节做到严格把控,从而有效地保证用户数据信息的安全性。采用复杂秘钥以及网络防火墙来大大提升系统的恢复能力。(2)颁布相关的法律、法规,并且成立专门机构来严厉打击对网络安全与通信安全造成威胁的不法分子。(3)有必要对配套设施进行跟进发展。4G通信技术不是一种单一的技术,它需要更多其他层面技术的配合,甚至是技术层面以外的配合。无论是哪一个环节出现问题,都会使4G移动通信技术的全面智能化发展大受影响。(4)将系统容灾技术合理地融入到4G移动通信系统中去,这样当系统一旦发生灾难事件便可以准确迅速地恢复原有数据,从而起到保护系统的作用。此外,为了进一步提高4G移动通信系统的安全性能,需要逐步完善系统,并对硬件与软件进行升级。
【关键词】CDMA移动通信技术;功率控制技术;PN码技术;RAKE接收技术
【中图分类号】TN929.533 【文献标识码】A 【文章编号】1672—51 58(2012)08—0002-01
随着我国移动通讯技术的迅猛发展,为了追求更高的通信品质,避免通信过程中产生的信号干扰,增加通信用户的容量。国内外一直在研制可容性强、抗干扰、低辐射的CDMA作为移动通信的发展方向。CDMA是移动通信的一种无线通信技术,主要根据美国IS-95标准设计的频率范围在900~1800MHZ的数字移动通信系统。CDMA主要采用了数字蜂窝技术,所以和TDMA有很大的区别。CDMA没有固定的通话频率,而是对不同的通话利用随机数字序列进行编码。随着我国3G时代的到来,CDMA越来越体现其优势,成为了移动通信技术的生力军。为了更好的发展我国CDMA移动通信技术,本文通过研究CDMA技术原理以及特点,对国内外的CDlVUk技术进行系统的研究,旨在促进我国CDMA的发展。
一、CDMA移动通信技术原理研究
CDMA移动通信技术利用带宽较大的告诉伪随机码信号将所需要传输的小带宽信息数据进行调试。从而实现信息数据带宽的扩展。扩展贷款后的信息数据经过载波调试以后进行发射。而移动信号的接收端则采用相同的伪随机码,信息数据的带宽与接受带宽信号进行相关处理。再将宽带信号进行解扩处理,这样就得到了信息数据的窄带信号,实现了数据通信。扩频通信系统的组成结构如图1所示。其中高速伪随机编码信号的宽带与将要进行传输的信息数据宽带之比为扩频增益,即扩频编码长。扩频编码之间的互相关值能够决定CDMA通信多址互相干扰的程度,在这个值非常的小的情况下,接受调解过后就只能包含原数据信号和噪声了,由此可见CDMA可以在相同的载波频率上同时的传输多个信息数据,从而能够实现多址通信。编码之间相互的关联值越小,编码多址互相干扰的程度就会越小,可容纳通信用户就会越多。所以CDMA能够实现发送端与接收端扩频处理同步。
二、CDMA通信技术的特点研究
相比于FDMA以及TDMA,CDMA具有得天独厚的优势,CDMA一部分是与其他的通信技术相同的扩频通信系统。而另一部分则是利用软切换以及功率控制等技术。CDMA移动通信网络是由扩频、多址接入、频率扩充等技术相互配合形成的。所以CDMA包括频域、时域、码域等三维信号处理。所以通常情况下,CDMA通信技术具有可容性强、抗干扰、低辐射、保密性强、同频率能够在小范围内重复使用等特性。这些特性成为CDMA相比于其他通信技术的优势所在。根据笔者多年对通信技术的理论研究,总结出以下几方面的CDMA通信技术的特点:(1)CDMA采用宽带进行传输,所以具有一定的抗阴影效应以及抗多普勒效应的能力,所以CDMA通信技术相比于其他多址方式要强;(2)CDMA可以实现在传输过程中,将有用的信号功率降低,使其远远的低于干扰信号,所以能够达到较强信息抗噪音能力。信号频谱扩展越宽,信号的功率谱的密度就会越低,信号就越隐秘,所以能够达到较强的安全性。(3)CDMA利用地址码相关特性来获取相关的信息,所以能够实现较强的抗干扰能力。(4)CDMA与其他的通信技术不同,可以实现小范围内的多址用户,仅仅是在用户较多的情况下通信质量降低。此外,小区的可用信道数和相近的小区业务量有关。如果小区仍然没有达到满负荷的情况下,小区的干扰会保持较低的水平,所以本小区的信噪比要圆圆的高于系统的要求,所以本小区仍然还允许新的呼叫接入,其容量能够进一步的提高。(5)由于CDMA通信技术在各个小区内采用的是同一频率,所以移动台在小区内进行漫游的过程中,不需要像其他的通信系统需要进行重新的分配频率资源,同时不需要额外的对通信系统进行硬件配置,所以CDMA属于软切换。与此同时,在进行CDMA越区切换的过程中,CDMA的移动台和基站之间的“先接后断”。也就是说移动台需要接入新校区以后才能够和原来小区的基站断开,所以实现了通信质量,不能出现越区断话。
三、CDMA移动通信技术研究
(1)功率控制技术。功率控制技术是CDMA通信技术中的核心部分。CDMA是一个自扰系统,所有的用户在占有同一宽带或者频率的情况下。CDMA功率控制的主要原因是克服其远近效应不一的现象,从而使得CDMA通信系统的通信质量上升,降低对其他用户的干扰。功率控制可以分为前向功率控制以及反向功率控制,反响功率控制根据采用的仪器不同,可以分为移动站参与的开环功率控制以及移动站、基站闭环功率控制。1)反响开环功率控制。移动站能够依照接受信号的功率变化,调节移动站发射功率从而达到所有的移动台发出的信息数据信号都能够保持相同的功率。所以反响开环功率控制主要为了补偿阴影等效应,所以在很大的动态范围中叮当达到32dB的范围以内。2)反响闭环功率控制。反响闭环功率控制主要目的是加快基站对移动台的功率估计时间,从而保证移动台能够保持理想的发射功率。3)前向功率控制。前向功率控制中,基站能够依照测量的结果对每一个移动站的发射功率进行相应的调整,主要目的在于对针对信号的路径衰弱比较小的移动台分派较小的前向链路功率,对远离基站以及容易出错的移动台分派相对较大的前向链路功率。(2)PN码技术。在CDMA移动通信技术中PN码直接影响着整个CDMA系统的容量以及抗干扰能力。这是由于CDMA通信系统的信道区分主要利用PN码进行,所以就要求PN码的字相关性优良、具有较弱的相关性,并且能够简单的实现编码。(3)RAKE接收技术。由于CDMA移动通信系统的信道是一种多径的衰落信道,所以必须利用RAKE接收技术对每条信道的信号进行调节,然后进行叠加输出,从而达到较强的接收效果。现阶段CDMA通信技术的编码包括两种,即激励线性预测编码8kbps以及13kbps,其中的13kbps编码已经能够达到有限长途语音水平。
参考文献
[1]王庆扬,张青,韦岗等.CDMA移动通信系统中的多用户检测技术[J].移动通信,2000,24(2):41—45
[2]赵莹,郑君里.采用粒子集群算法的DS—CDMA多用户检测[J].清华大学学报(自然科学版),2004,44(6):840—842
关键词:移动通信;WCDMA;4G
一、引言
随着时代的发展,用户对更高性能的移动通信系统提出了更高要求,希望享受更为丰富和高速的通信业务。第二代移动通信无线频率资源日趋紧张,已不能满足长期的通信需求发展需要,相对于第二代移动通信技术而言,为寻找新的增长点,通过发展数据业务来提高自身的服务质量和业务类型,需要3G的支持。
二、移动通信的发展历程
第一代移动通信系统是在20世纪80年代初提出的,它完成于20世纪90年代初。第一代移动通信系统是基于模拟传输的,其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。
第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996 年提出了GSM Phase 2+,目的在于扩展和改进GSM Phase 1及Phase 2中原定的业务和性能。
三、第三代移动通信系统概述
第三代移动通信系统(3G),也称IMT2000,是正在全力开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术,智能信号处理单元将成为基本功能模块,支持话音和多媒体数据通信,它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务,例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps,在用户高速移动时最大支持144Kbps,所占频带宽度5MHz 左右。
但是,第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三大分支,共同组成一个IMT 2000家庭,成员间存在相互兼容的问题,因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信;再者,3G的频谱利用率还比较低,不能充分地利用宝贵的频谱资源;第三,3G支持的速率还不够高,如单载波只支持最大2Mbps 的业务,等等。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要,因此寻求一种既能解决现有问题,又能适应未来移动通信的需求的新技术(即新一代移动信:next generation mobile communication)是必要的。
第三代移动通信技术的基本特点:(1)全球统一频段,统一标准,全球无缝覆盖和漫游。(2)频谱利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能达到全覆盖和全移动性,还能提供最高速率达2Mbps的多媒体业务。(4)支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信。(5)有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力。(6)适应多用户环境,包括室内、室外、快速移动和卫星环境。(7)安全保密性能优良。(8)便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡。(9)可与各种移动通信系统融合,包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等。(10)终端(手机)结构简单,便于携带,价格较低。
四、第四代移动通信系统
4G系统中有两个基本目标:一是实现无线通信全球覆盖;二是提供无缝的高质量无线业务。目前正在构思中的4G通信具有以下特征:(1)网络频谱更宽。要想使4G通信达到100Mbps的传输速率,通信运营商必须在3G网络的基础上进行大幅度的改造,以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究,每个4G信道将占有100MHz的频谱,相当于W-CDMA 3G网络的20倍;(2)通信速度更快。人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率,因此,4G通信最显着的特征就是它有更快的无线传输速率。据专家估计,第四代移动通信系统的传输速率速率可以达到10M~20Mbps,最高可以达到100Mbps;(3)通信更加灵活。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,因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破,可以想象的是,眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端;(4)智能性更高。第四代移动通信的智能性更高,不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化,更重要的是4G手机可以实现许多目前还难以想象的功能;(5)兼容性更平滑。要使4G通信尽快地被人们接收,还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下较为容易地过渡到4G通信。因此,从这个角度来看,4G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3G平稳过渡等特点。
五、总结
总之,随着新问题、新要求的不断出现, 第四代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。纵观移动通信技术的发展规律和第四代通信技术的优点,我们相信,不远的将来,人们将不受时间、地点限制,可以自由自在地利用移动网络获取和传递信息。从而人们的学习、工作、生活将会发生更深刻的变化。
参考文献:
[1] 胡可刚, 王树勋, 刘立宏. 移动通信中的无线定位技术[J ]. 吉林大学学报, 2005, 23 (4)