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通信系統仍是基于地面標準不一的區域性通信系統,盡管其傳輸速率可高達2Mb/s,仍無法滿足多媒體通信的要求,因此第四代移動通信系統(4G)的研究勢在必行。
一、4G的定義及其技術要求
第四代移動通信技術可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網絡,具有非對稱超過2Mb/s的數據傳輸能力,對全速移動用戶能提供150Mb/s的高質量影像服務,將首次實現三維圖像的高質量傳輸。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網、移動廣帶系統和互操作的廣播網絡(基于地面和衛星系統),集成不同模式的無線通信,移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。其廣帶無線局域網(WLAN)能與B-ISDN和ATM兼容,實現廣帶多媒體通信,形成綜合廣帶通信網(IBCN),他還能提供信息之外的定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能。其主要技術要求是:
(1)通信速度提高,數據率超過UMTS,上網速率從2Mb/s提高到100Mb/s。
(2)以移動數據為主面向Internet大范圍覆蓋高速移動通信網絡,改變了以傳統移動電話業務為主設計移動通信網絡的設計觀念。
(3)采用多天線或分布天線的系統結構及終端形式,支持手機互助功能,采用可穿戴無線電,可下載無線電等新技術。
(4)發射功率比現有移動通信系統降低10~100倍,能夠較好地解決電磁干擾問題。
(5)支持更為豐富的移動通信業務,包括高分辨率實時圖像業務、會議電視虛擬現實業務。
二、4G的關鍵技術
1.OFDM(正交頻分復用)
OFDM技術實際上是MCM(Multi-CarrierModulation,多載波調制)的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道,將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流,調制在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開,這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ICI)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬,因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落,從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分,信道均衡變得相對容易。由于OFDM技術由于具備上述特點,是對高速數據傳輸的一種潛在的解決方案,因此被公認為4G的核心技術之一。
2.軟件無線電
軟件無線電(SoftwareDefinedRadio,簡稱SDR),就是采用數字信號處理技術,在可編程控制的通用硬件平臺上,利用軟件來定義實現無線電臺的各部分功能:包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協議部分全部由軟件編程來完成。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數字/模擬”轉換器,盡早地完成信號的數字化,從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現。軟件無線電是一種基于數字信號處理(DSP)芯片以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結構。
3.智能天線
智能天線是波束間沒有切換的多波束或自適應陣列天線。多波束天線在一個扇區中使用多個固定波束,而在自適應陣列中,多個天線的接收信號被加權并且合成在一起使信噪比達到最大。與固定波束天線相比,天線陣列的優點是除了提供高的天線增益外,還能提供相應倍數的分集增益。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等智能功能,其基本工作原理是根據信號來波的方向自適應地調整方向圖,跟蹤強信號,減少或抵消干擾信號。智能天線的核心是智能算法,而算法決定電路實現的復雜程度和瞬時響應速率,因此需要選擇較好算法實現波束的智能控制。
4.IPv6協議
4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數據流,因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。
(1)巨大的地址空間。在一段可預見的時期內,它能夠為所有可以想像出的網絡設備提供一個全球惟一的地址。
(2)自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態和有狀態兩種地址自動配置的方式。無狀態地址自動配置方式是獲得地址的關鍵。在這種方式下,需要配置地址的節點使用一種鄰居發現機制獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后,它使用另一種即插即用的機制,在沒有任何人工干預的情況下,獲得一個全球惟一的路由地址。
(3)服務質量。服務質量(QoS)包含幾個方面的內容。從協議的角度看,IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS,但是IPv6的優點體現在能提供不同的服務。IPv6報頭中新增加的字段“流標志”,有了這個20位長的字段,在傳輸過程中,中國的各節點就可以識別和分開處理任何IP地址流。
(4)移動性。移動IPv6(MIPv6)在新功能和新服務方面可提供更大的靈活性。每個移動設備設有一個固定的家鄉地址(homeaddress),這個地址與設備當前接入互聯網的位置無關。當設備在家鄉以外的地方使用時,通過一個轉交地址(care-ofaddress)來提供移動節點當前的位置信息。移動設備每次改變位置,都要將它的轉交地址告訴給家鄉地址和它所對應的通信節點。
關鍵詞:移動通信 發展 技術
中圖分類號:TN91 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2011)09(a)-0023-01
在任何時間,任何地點只有有人的存在,就需要進行通信,移動通信業務剛好滿足了人們進行通信的愿望。要實現未來的理想個人通信服務,移動通信是必經之路。移動通信技術在信息技術支持,和市場需求及競爭的影響下取得了突飛猛進的發展,未來的發展趨勢可以分為:(1)網絡業務的分組化;(2)網絡技術智能化;(3)網絡技術寬帶化;(4)高頻段的選擇;(5)高頻段的利用;(6)網絡融合?,F在先簡單介紹下移動通信的發展歷程。
1 移動通信技術的發展歷程
1.1 第一代移動通信技術(模擬移動通信技術)
第一代移動通信系統提出于20世紀80年代。它的特點主要表現為模擬技術和頻分多址技術的采用。1G(縮寫于the first generation)有多種制式,我國采用的技術是TACS,其每秒能夠達到2.4kB的傳輸速率。但是考慮到傳輸帶寬的限制,TACS不能實現移動通信的長途漫游,僅僅可以在一定區域內發揮移動通信系統的功能。雖然第一代移動通信系統取得了巨大的商業利潤,但是不可遮掩其日益顯露的弊端。其主要有較低的頻譜利用率、業務少、制式多且不兼容、易被偷聽、傳輸速率低等弊端。
1.2 第二代移動通信技術(數字移動通信技術)
接替了1G的發展,2G起源于20世紀90年代初,到目前為止2G還在廣泛的使用中。2G主要采用了碼分多址與時分多址的技術。在不同的制式中,全球多采用CDMA和GSM這兩種制式,我國采用的是GSM標準。它能提供每秒9.6kB~28.8kB的傳輸速率。相比于第一代移動通信技術的蜂窩形象,2G有著更好的保密性,并且利用了更高的頻率段及更好的頻譜使用率。同時,2G可以實現異地漫游,提供更多的業務。但是由于國際制式并不統一,漫游只能限制在采用一致制式的區域范圍內。雖然第二代移動通信的帶寬更大了,但是還不足以實現如多媒體業務等高速率業務,數據應用受到一定的限制。
1.3 第三代移動通信技術(多媒體通信系統)
隨著通信需求的不斷擴大,數據量的激增,第二代移動通信不能滿足語音、圖像、多媒體等在內的業務的高效率傳輸,沒有比較大的系統容量,因此第三代移動通信應運而生。國際上統稱第三代移動通信為IMT-2000,這是因為國際電信聯盟曾于20世紀80年代提出工作頻段為2000MHz的通信系統。第三代移動通信系統最大的特點是可以提供多媒體業務,其傳輸速率為每秒384kB,某些局域網可以達到2M的速度。3G有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA三大標準組成,由于制式兼容性問題,目前還不能實現真正意義上的全球通信。3G雖然有了更大的頻譜,但是使用率較低,寶貴的資源未得到充分的開發利用。同時,傳輸速率也要進一步提高,才能滿足新的多媒體業務的需要。
2 第四代移動通信的提出
第四代移動通信也被稱為分部網絡或者廣帶接入,傳輸能力有每秒2MB以上。4G的兩個基本目標是實現全球的無線通信以及提供高質量的無線業務。它是綜合了無線LAN系統和多種無線技術的綜合系統。
目前正在孕育階段的4G主要有以下特征:(1)更寬的網絡頻譜。4G比3G更寬的帶寬。100MHz的頻譜將會是3G網絡W-CDMA頻譜的20倍;(2)通信方式靈活多變。另外,其外形可能隨心設計,例如眼睛、手表、錢包等均可設計為4G服務終端;(3)更快的通信速度。人們進行第四代移動通信系統的原因是為提高移動終端訪問網絡的速率。(4)兼容性更好。比較于前面的3代通信系統,4G要有全球通信的功能,并且接口開放、終端多元化、可以跟多種網絡進行連接的特點,這樣才可以讓更多的手機用戶用比較少的投資就可以進入到4G通信的使用;(5)有更高的智能性。4G移動終端不僅要在設計和操作上保持智能,在許多目前難以想象的功能上也要實現智能化。
4G的關鍵技術主要包括了OFDM技術、多輸入多輸出技術、切換技術、軟件與無線電技術以及IPv6協議技術。
3 通信技術發展趨勢
3.1 網絡業務數據分組化
當前移動數據通信快速發展,無線數據被認為是未來移動通信發展的重要方向之一。隨著人們生活方式的轉變,職業、生活的需要使得人們必須在不同地點不同時間獲取重要的信息,這是驅動無線數據發展的重要因素。
GSM的數據傳輸是每秒9.6kB,而1998年提出的電路交換型數據服務實現了57kB每秒的傳輸率,對于無線圖像、電子郵件等要求連續比特率比較小的應用是很理想的。到99年的GPRS實現了100kB每秒的速率,EDGE則通過修改GSM的相關調制方式實現了超過300kB每秒的速率。這些技術的進步也為無線數據的發展提供了支持。
3.2 網絡技術智能化
移動網絡的迅速發展得益于移動通信需求的增長和新技術的廣泛采用。移動網絡已經有傳統的傳遞信息朝著智能化處理并存儲信息發展。移動智能網的是一種開放的智能平臺,能夠將智能網功能實體引入到移動網絡中,進而可以完成智能控制其移動呼叫。伴隨著3G的推進,通信網絡智能化程度將不斷提升。
3.3 通信技術寬帶化
隨著數據量的增加、多媒體業務的發展,移動網絡必然將更加寬帶化。通過采用蜂窩無線技術,第一代移動電話實現了無線接打電話,但是窄帶模擬標準。2G實現了無縫國際漫游,有更高的網絡容量但也屬于窄帶系統的發展。3G是真正意義上的寬帶多媒體系統,可以實現全球無縫覆蓋和更多的寬帶業務。
3.4 高頻段的選擇
1G系統的最初的頻段是在450MHz上,后來提升到900MHz。2G系統的工作頻段先是900MHz,而后出現了1800MHz的系統。已經在推廣使用的3G系統的頻段是2GHz。
3.5 高頻段的利用
無線電頻率是很寶貴的一項資源。有限的頻譜資源與急劇增長的用戶數量構成了尖銳的矛盾,出現頻段不夠用的狀況。模擬制式是頻分多址技術,數字制式是碼分多址技術,3G系統的寬帶碼分多址將會使無線頻率得到更高效率的應用。
3.6 網絡融合
隨著通信技術的發展、市場競爭的加劇和市場需求的變化,計算機網、電視網、電信網必然加速融合,形成統一的綜合通信寬帶網。
當前,4G系統還在研發階段,很多技術與設備沒有成型,4G的發展也必然面臨著更多的難題。但是移動通信未來發展的特征:高質量、高速率的傳輸數據,全面的業務服務是一定會得到實現的。相信在不久的將來,人們可以真正實現在不同地點、不同時間的的自由通話,利用移動網絡為生活學習提供便捷。
參考文獻
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【關鍵詞】4G移動通信技術;特點;應用
信息技術在進行著飛速的發展,而它的發展也為人類的生活帶來日新月異的變化。4G移動通信技術在3G移動通信技術的基礎之上進行了大力的創新,不僅可以進行信息的傳播,同時也可以極為快速的下載圖片、文檔,并且可以很流暢的觀看視頻,這樣極大的滿足了無線用戶的需求,為人們提供了更高質量的服務。并且4G移動通信技術也是未來通信技術的發展的趨勢。下面,本文將對4G通信技術的特點進行詳細的介紹。
14G移動通信技術的特點
1.1靈活性
4G移動通信技術擁有著較強的靈活性,因為通信設備可以隨時隨地的與網絡進行連接,而且基本上不會受到地域以及周圍環境的影響。另外,在進行網絡連接的時候,可以使用手機代替電腦,而手機體積小,具有很好的便攜性,這樣也就使得靈活性大大的上升。
1.24G移動通信技術通信方式智能水平更高
隨著社會科學技術的日益發展,智能化已經變成了一種趨勢以及潮流。可以看到4G移動通信技術的智能化水平是非常高的。因為用戶在使用4G移動通信服務的時候可以根據自身的需要選擇適合自己實際情況的服務,具有很強的針對性。這就說明了4G移動通信技術在功能的選擇以及處理上具有很強的智能化水平。
1.34G移動通信其通信方式的信號能力更強
在4G廣泛應用到我們生活之前,3G移動通信技術已經在我國普遍實行開來。但是我們可以看到,雖然3G移動通信服務也解決了人們大部分的需求,不過從整體上看,3G移動通信技術覆蓋范圍有限,依舊有一部分地區沒有3G移動網絡的覆蓋。這樣就會使人們不能全方位的接收信號,通信的效率有一定程度的降低?,F在的4G技術極大的解決了3G移動通信技術覆蓋范圍有限的不足之處,并在其基礎之上進行了發展。人們在使用4G移動通信技術的時候一定都可以體會到信號傳輸的質量較之前相比有了很大的提升,并且在一些較為偏僻的地域也一樣有著4G移動通信網絡的覆蓋。
1.44G移動通信技術其信息傳輸速度更快
除了上述所具備的優點以外,4G移動通信技術還具有另外一個最為突出的優點,那就是傳輸速度快。相較于以往的3G移動通信技術,4G移動通信技術的傳輸速度幾乎快到了20倍。這也是一項重大的突破。
1.5優質的多媒體通信
和以往的3G移動通信技術相比,4G移動通信技術的抗干擾性能更加強大,即便是在有雜波進行干擾的情況下,還是可以進行正常的信息傳輸,因此,語音、圖像、數據等可以高質量的進行傳遞,不會出現聽不清楚或者看不清楚的情況。除了這些以外,利用4G移動通信技術還能夠實現在網上進行語音通話的功能。
24G移動通信技術的應用現狀與發展趨勢
2.14G移動通信技術的應用現狀
從整體上來看,我國4G移動通信技術與國外技術發達國家相比存在著一定的差距,但是差距并不大,主要體現在一些高端技術上。而對于4G移動通信技術的應用防范以及標準方面,我國也掌握了核心技術。這就使得我國能夠開展研發出適合我國國情的4G移動通信技術,提高我國的國際地位以及通信領域的技術水平。我國對4G移動通信技術的發展高度重視,并且進行了大力的支持。所以4G移動通信技術才會有現在這么大的進展。如今的4G移動通信技術能夠對圖像、視頻、語音等進行高速度的傳輸,針對不同種類型、格式的應用也有了成型的設計,并且使得電腦、平板、手機等多種智能設備之間能夠實現通信并對其進行多點控制。但是在4G移動通信技術進行推廣使用的今天也存在著一些問題,比如說,如今我國同時有著2G、3G、4G移動通信技術,那么應當怎樣對2G以及3G的網絡技術設計進行改造就是需要思考并且解決的問題。我們需要直面這些問題,并且想辦法對其進行解決以及改善。以便于促進我國通信領域的發展。
2.24G移動通信技術的發展趨勢
以往3G技術在手機中的應有使得手機越來越智能化,越來越強大,而擁有者更多優勢的4G技術想必更能夠憑借其快速的傳輸速度,使得手機的智能化取得更大的進展。另一方面,隨著4G移動通信技術抗干擾能力的提高,那么信號的質量就會有較大的提高,信息傳遞的有效性隨之提升。那么4G移動通信技術能夠實現網絡糾錯,使網絡能夠自我治愈,這樣促進無線接入技術在未來的發展,進而能夠識別多用戶。也更加的節能環保,符合社會的發展需求。
3小結
隨著4G移動通信技術進入我們生活的方方面面,我們一定能感受到生活質量較之前相比產生了較大程度的飛躍。所以,在今后的研究過程中,我們一定要加大對4G移動通信技術的開發力度,使它能夠更好的服務于信息通信,讓我們享受到更加高速的信息傳輸速度,并且具備更加比以前強大的功能,豐富人們的生活。
參考文獻
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在上個世紀20年代,無線移動通訊系統就已經初見端倪并投入使用直至如今。縱觀無線移動通信技術的發展歷史,可以將無線移動通訊系統分為以下幾個階段:第一個階段可以追溯至上世紀的20年代到40年代。該階段的發展中,無限通信系統是以幾個頻段作為基礎開發出來的,最有代表性的是早期的車載無線電話系統。最初該系統的工作頻率,只有2MHz,而到了40年代初期,則已經達到了30MHz到40MHz。
而此階段無線電話系統的基本特點主要表現在:無線通信系統的工作頻率較低,利用專用系統進行開發,是無線移動通信技術發展的第一階段。第二個階段則是從40年代中期到60年代初期。在此階段中,移動業務進入了嶄新的局面,步入公用移動業務階段。這一階段的主要特點表現在:專用移動網向公布用移動網轉變。
但是由于此階段的通信網容量尚小,所以還不能滿足基本通信需求。第三個階段從60年代中期至70年代中期,這個階段150MHz和450MHz頻段已經開始被投入到使用當中,無線頻道具備了自動選擇的一個功能并可以自動連續進公共的電話網。這一階段移動通信系統出現了很大程度上的改進和完善。第四階段從70年代中期至80年代中期,這個時期的移動通信系統出現了蓬勃的發展狀況。
蜂窩狀移動通信網也被開發并且建成,使原本的系統容量出現很大的提升。第五階段的發展是從80年代中期開始的,我國數字移動通信系統在這個時期已經開始走向成熟,這個時期出現了數字蜂窩移動通信系統。該系統的容量已經大大提高,無線傳輸頻率的利用也相對提高。
數字網還可以提供比如語音和數據等方面的服務,并有ISDN等兼容。目前,我們正處在這一階段的第三代數字移動通信系統時代。這一時代的特點是加寬了原有的通信頻帶,很大程度上增加了數據業務的現有比重。當今無線移動通信的發展主要體現在五大技術的發展中。
關鍵詞:4G移動通信技術;傳輸速度;智能化;無線網絡
所謂“4G移動通信技術”,是指第4代移動通信技術。與3G移動通信技術相比,4G移動通信技術更加高速、人性化、全面,它是一種集3G、WLAN于一身的技術產品。應用4G移動通信技術可以傳輸高質量的視頻圖像,大大提升了圖像傳輸的質量與清晰度。隨著近年來4G移動通信技術的不斷推廣,當前越來越多人開始信賴4G,并投入到4G通信業務之中,因此加深對4G移動通信技術的研究顯得非常必要。
14G移動通信技術的特點分析
1.1傳輸速度更快
4G移動通信技術研發的目的在于進一步提高GSM蜂窩式電話、移動終端進行網絡訪問的速度,所以4G移動通信技術出現之后給人們帶來的最直觀印象就是傳輸速度與通信速度更快,傳統2G通信的通信速度最高可達32Kbps,3G通信則為2Mbps/s,專家分析4G移動通信傳輸速度達到了100~200Mbps/s。從這些數字可以看出,4G的速度要比之前的收集傳輸速度高出上萬倍。
1.2通信更加靈活
從傳統意義上來說,手機的功能就是打電話和發消息,但是隨著信息技術的快速發展,4G手機不再局限于傳統手機的“電話機”作用,它開始朝著小型“電腦”的方向發展,人們更愿意利用手機查詢、上網。同時,4G移動通信技術也不再局限于手機上,手表上也開始應用,因此人們的通信變得異常靈活。通信工具與4G通信技術融合之后,通信方式變得非常靈活,不再被傳統視頻、通信等途徑所局限,它的最終目標是完善終端服務,隨時將終端設備與無線網絡連接,在通信環境中應用不再受時間、地點的局限,進行網絡信息的共享。只需要4G在手,那么所有通信問題都能得到解決,不管是視頻交流,還是聯網游戲都可以,通信變得更加靈活多樣。
1.3智能化程度更高
現階段,4G移動通信技術智能化水平逐漸提升,不管是造型上,還是外觀上,智能化特征都非常明顯,不同類型的多媒體通信均可以得到實現。例如,人們可以通過4G移動通信技術網絡進行電影院座位、出票情況的查詢,同時還可以與自己的喜好結合進行座位選擇;應用4G移動通信技術還能在手機上記錄備注信息,這樣就會在設定的指定時間提醒自己;利用4G移動通信技術還能收集、觀看節目,例如重要的體育賽事等。
2對4G移動通信關鍵技術的實踐應用
2.1學生學習中的應用
當前,4G移動通信技術的應用范圍進一步擴大,學生學習領域也受到了一定影響,教學中4G移動通信技術的引入受到了廣大師生的歡迎。例如,學校以學生為主體展開多媒體教學,教學中借助于網絡平臺可以加深師生之間的互動與交流;以前由于受到手機網絡的約束,根本不能在手機上玩網游,但是自4G移動通信技術引進來以后,學生們即可方便地玩手機手游。
2.2醫療事業中的應用
從移動醫護的角度來說,4G移動通信技術的引入也起到了重要作用,應用該項技術可以在醫療服務的基礎上為醫院提供信息方案。在醫院中應用互聯網和WLAN,構建數據集成平臺,那么醫護人員即可利用手機、IPAD等移動終端高效完成診療、護理工作。換句話說,應用移動醫護可以大大降低醫務人員在工作中出現差錯的概率,從而有效提升工作效率。應用4G移動通信技術進行高速的信息傳輸,遠程醫療得到了實現,這樣醫護人員就可以說利用4G移動通信技術真正為患者帶來了實惠。
2.3家庭生活中的應用
4G移動通信技術作為無線網絡技術的一種,不僅傳輸速度非???,同時還能與家庭網關合理交互,確保家庭內部各項網絡信息的順利流通,從而達到有效控制內外網之間信息流的目的,大大強化系統管理的作用,構建起超高速通道完成對家庭內部信息流的傳輸。隨著近年來信息技術的快速發展,4G移動通信技術的出現和應用使得人們的溝通與交流變得非常順暢,還可以基于人與機器構建自由交流通道,在此基礎上實現家庭網絡個性化、智能化和綜合化發展。
34G移動通信技術的展望
現在全世界移動通信用戶的數量已經在45億人次以上,在全球總人口數量中占70%的比例,移動通信技術的出現和發展,充分實現了人與人之間的溝通和交流,應用4G移動通信技術以后,人們可以實現互聯網、移動終端與人之間的互聯。智能手機、平板電腦隨著3G移動通信技術的發展而出現,這些智能化終端設備的應用基本上已經滿足了人們的網絡需求,而對4G移動通信技術的應用,則真正改變了現在人們的上網方式。這種集中多媒體、可視化和數字化于一身的技術,通過高速的數據傳輸在人與網絡之間、人與人之間實現聯通,由此人類真正步入到高速互聯網時代之中。
4結束語
綜上,4G移動通信技術是一種新興的通信技術,它在實際應用中體現出了諸多明顯優勢,例如傳輸速度快、通信方式靈活、智能化程度高等,大大加快了移動通信領域相關技術的發展,也實現了移動通信智能之間的互聯,諸多領域中其應用前景都非常廣闊,例如導航、物聯網及遠程醫療等。相信隨著這方面技術的快速發展,4G移動通信技術必然會成為集智能化、多媒體化及數字化等功能于一身的技術,通過高速傳輸即可有效改變人與人之間、人與網絡之間的聯通,最終促使無線高速互聯網得到高速發展。
參考文獻:
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【關鍵詞】4G 移動通信 關鍵技術 安全缺陷
一、4G移動通信技術的優點及缺點
4G移動通信有傳輸速率更快、通信質量更高等諸多優點,主要表現在以下方面:1-高速率:4G移動通信的網絡帶寬高達100MHz,接近于W-CDMA3G網絡的20倍,同時提高了頻譜利用率,使得4G移動通信傳輸速率達到lOMbps―20Mbps甚至更高,相當于3G移動通信傳輸速率2Mbps的5倍以上;2.高質量:4G移動通信在實現多媒體通信的基礎上,擴大了移動通信的服務范圍,并且為人們提供了視覺效果更好等高質量的多媒體服務;3.高兼容性:在全球范圍內實現了統一的通信標準,兼容性出色,不但具有全球漫游和開放接口功能,同時具有兼容各個分散網絡的連接功能;4.提供增值服務:4G移動通信系統采用正交頻分復用(OFDM)技術使人們可以實現例如無線區域環路(WLL)、數字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增值服務。
4G移動通信系統缺點主要有:通信制式等標準難以全球統一,技術相對難實現,通信系統容量有所限制,4G移動通信基站等設施建設較難等。
二、4G移動通信的關鍵技術
1、正交頻分復用(OFDM)技術。正交頻分復用技術是4G移動通信系統的關鍵技術,正交頻分復用技術將通信的信道分成若干條互不相關的正交子信道,然后將高速串行數據流轉換成為并行的低速子數據流,調制到每個正交子信道中傳輸;總的信道雖然具有頻率選擇性,然而在子信道上可以進行信號帶寬小于信道帶寬的傳輸,因此每個子信道相對平坦,傳輸效果更好。正交頻分復用技術使4G移動通信提升了抗碼間干擾能力和頻譜利用率,克服了多徑干擾引起的頻率選擇性衰落,極大的提高了信息傳輸速度。
2、軟件無線電(SDR)技術、4G移動通信技術是以軟件無線電為基礎,軟件無線電是利用軟件加載方式,在標準化、模塊化的通用數字硬件平臺上實現各種無線電系統通信功能。軟件無線電是使寬帶模數轉換器(A/D)和數模轉換器(D/A)等先進模塊盡可能靠近射頻天線,并且把盡可能多的無線及個人通信的功能通過可編程軟件來實現。其軟件系統包括各類無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件、信道糾錯編碼軟件以及自適應的調節算法和解調算法軟件等。軟件無線電技術增強了系統靈活性,是解決移動終端適應不同硬件系統的核心技術。
3、智能天線(SA)技術。智能天線技術在4C移動通信中主要用于降低信號傳輸衰落、減少信號干擾、增加通信系統容量等;智能天線由波束形成算法、天線陣列和波束形成網絡組成。主要通過滿足某種準則的算法去調節各陣元信號的加權幅度和相位使其處于最佳狀態,從而構成最合適的天線陣列方向圖,在人們所需要的方向上獲得高增益,在干擾方向上獲得低增益甚至零陷;達到增強所需信號抑制干擾信號的目的。該技術在4G移動通信中的應用不但解決了數據傳輸干擾等難題,而且對網絡傳輸速度的進一步提升有利。
4、多輸入多輸出(MIMO)技術。MIMO技術是指在基站和移動終端利用多發射、多接受天線進行空間分集和空間復用的技術。它采用分立式多天線有效地將通信信道分解成多信道,同時信息論證明:當不同發射天線與不同接收天線之間互不相關時,MIMO系統能有效提高系統的抗衰落和噪聲性能,極大提高信道容量??臻g復用技術大大提高了信道利用率,而空間分集技術降低了信道誤碼率,提升了信道傳輸可靠性。
三、4G移動通信安全缺陷及處理對策
4G移動通信中的安全威脅是多方因素組成的,其中主要是系統漏洞、黑客的入侵等;具體有以下幾種:1.黑客的入侵。2.病毒的破壞。3.通信設備安裝的應用程序存在安全漏洞。針對4G移動通信的安全缺陷,為有效提升4C移動通信的通信質量。一方面,要提高系統的防御病毒能力和快速自動恢復能力,在通信系統中加入系統容滅技術,使系統能在系統災難后快速準確的恢復原有數據,確保4G移動用戶的數據信息安全。另一方面,在語音通話等數據交換過程中,可以采用更加完善的身份識別和認證服務,為用戶的隱私安全提供保障。
關鍵詞:4G移動通信技術;安全缺陷;解決策略
自20世紀后半期移動通信技術在美國被廣泛地應用到各個行業中。無論是2G通信技術還是3G通信技術,在統一標準以及網絡安全等方面都存在著許多缺陷,這極大地促進了對4G移動通信技術的研發。如今4G移動通信技術在發展的道路上仍存在許多難題,特別是其存在的安全缺陷是必須盡快加以解決的問題。
1 4G移動通信技術介紹
1.1 4G移動通信技術概念
4G移動通信系統是在無線網絡和3G網絡結合的基礎上產生的,結合無線局域網技術來更加快速地傳輸各類信息的技術產品。4G移動通信技術擁有良好的視頻通信質量,利用該技術可進行高質量的信號支持,并且該技術的可溶性非常強,其傳遞數據信息的速度非???,能夠給用戶提供定時定位、遠程控制以及數據采集等服務。4G是一種單一的蜂窩式的核心網絡,支持多元化的接入方式,該結構使得每一位用戶均可得到唯一的可識別號碼,可以隨時隨地連接網絡加以使用,因此,其具有較強的通用性及可擴展性。
1.2 4G移動通信技術特征
4G通信技術的特征包括:(1)傳輸速率的提升。新型的4G移動互聯技術基本上實現了無限漫游,在很大程度上縮短了用戶與用戶之間的時間與空間的距離。采用一種特殊的智能天線,能夠在不同的環境及要求下,對接收到的信號進行處理和調整,減少了信息傳輸的阻礙,抑制了不同環境下電磁環境的干擾現象。(2)普及度的提高。從技術層面上來說,未來4G的費用要H53G便宜,普通老百姓能夠真正享受到高科技互聯網技術帶來的便捷,完善后的4G很多軟件的運用都比3G簡單得多,開發和運用的成本在很大程度上降低,促進移動互聯技術的普及。(3)智能化的網絡體系結構。4G開始采用的是單一蜂窩核心式網絡,使其向全面智能化網絡體系的方向發展,這比之前的邊緣智能化要好很多,在通信的速率上提高了很多。
1.3 4G移動通信技術的優勢
與以往的2G與3G相比,4G移動網絡通信技術具有較大的優越性,表現在:(1)頻率使用效率高。4G移動通信系統的網絡構架主要是利用路由技術,因為其構架中使用了多項技術,其無線頻譜的有效性能讓人們利用原有的無線頻譜做比以往更多的事情。(2)提供增值服務。4G移動通信技術是以正交多任務分頻技術OFDM開發出來的,將4G移動通信技術的OFDM與3G通信系統的核心技術CDMA相結合可以發揮出更大的作用,以實現無線通信增值服務。(3)通信速度提升。移動通信系統的數據傳輸速度對其實用性能有很大影響,第4代移動通信系統的數據傳輸速率最高可達100Mbps。(4)多媒體通信質量高。與3G移動通信相比,4G的多媒體覆蓋范圍更廣,通信質量更高,其具有的高分辨率及高速數據與現代人們對多媒體服務的需要更加符合。
2 4G移動通信的關鍵技術
2.1正交頻分復用技術(OFDM技術)
該技術的主要思想是把原始信道分解,使其變成一個個子信道,讓分解后的信道相互正交,然后在每一子信道上加上可以調制的載波,調制到每一個子信道上進行相應的數據傳輸。利用多載波同時傳輸的方法能夠使得多個信號并列通信,以避免竊聽與串線。
2.2軟件無線電技術(SDR技術)
該技術在無線電通信技術中被廣泛地應用,它的設計思想是把將寬帶模擬數字變換器與數字模擬變換器盡可能地與射頻天線靠近,利用編寫程序代碼來完成通信頻段的選擇,實現傳送信息的抽樣與量化,并且實現不同信道調制方式與不同的保密結構、控制終端的選擇。SDR技術的優點是顯著的,如信號傳輸多、工作模式多與工作頻段多等。
2.3智能天線技術(SA技術)
第4代移動通信技術中采用了智能天線技術,智能天線技術是一種以自適應天線原理為基礎的新型移動通信技術,智能天線一般都安裝在基站,可以利用能編程的電子相位關系來確定方向性的。此外,其還可擴大信號傳輸的基本區域,大大提高系統的容量,消除信號傳輸過程中干擾因素,降低系統的成本,這些優勢都是其他技術所不能代替的。
2.4多輸入多輸出技術(MIMO技術)
該技術在4G網絡中的被廣泛地使用,從而使得4G網絡的信號質量大大優于2G及3G網絡。與3G網絡的一發兩收技術相比,多輸入多輸出技術對于空間分集增益與碼間干擾等通訊指標的管理具有顯著的優勢:(1)大大提高空間內的分集增益。(2)大幅降低碼間干擾。(3)大大增加了無限信道容量與頻譜的利用率。
3 4G移動通信技術存在的安全缺陷
3.1病毒
當網絡系統受到病毒的侵害時,電腦網絡的傳輸途徑會被嚴重干擾,并且傳播的信息會有亂碼出現。病毒給網絡通信帶來的破壞往往是災難性的,由于其傳播速率太快,以至于大量的有用程序與文件在極短時間內便被損壞。此外,當病毒侵害到電腦程序時會使得己受損害的程序不斷繁殖下去,如此會使得信息傳遞的安全性、準確性都大打折扣。
3.2黑客
黑客的存在對通信安全而言是一個極大的威脅。黑客一般都具有比較精深與專業的計算機技能,可以輕而易舉地將用戶的信息竊取出來,使通信信息安全受到相當嚴重的破壞。黑客常常對公司企業的計算機系統以及國家政府的網絡進行肆無忌憚地竊聽與篡改,從而給相當一部分企業造成了非常嚴重的損失,甚至直接嚴重威脅國家的安全與社會的穩定。
3.3安全漏洞
目前,網絡技術尚處于初級探索極端,其相關技術還非常不成熟,網絡瀏覽器與許多應用軟件都存在許多安全隱患,并且在軟件編寫過程中也存在這樣或那樣的安全漏洞,這些因素都會對網絡信息的安全性造成比較嚴重的威脅,再加上人為操作不當等因素,更會使系統極易發生死機等故障,使得網絡信息的完整性與安全性大受影響。
4 應對4G移動通信技術安全缺陷的策略
應對4G移動通信技術安全缺陷問題的科學策略有:(1)在開發研究4G移動通信技術時對各個環節做到嚴格把控,從而有效地保證用戶數據信息的安全性。采用復雜秘鑰以及網絡防火墻來大大提升系統的恢復能力。(2)頒布相關的法律、法規,并且成立專門機構來嚴厲打擊對網絡安全與通信安全造成威脅的不法分子。(3)有必要對配套設施進行跟進發展。4G通信技術不是一種單一的技術,它需要更多其他層面技術的配合,甚至是技術層面以外的配合。無論是哪一個環節出現問題,都會使4G移動通信技術的全面智能化發展大受影響。(4)將系統容災技術合理地融入到4G移動通信系統中去,這樣當系統一旦發生災難事件便可以準確迅速地恢復原有數據,從而起到保護系統的作用。此外,為了進一步提高4G移動通信系統的安全性能,需要逐步完善系統,并對硬件與軟件進行升級。
【關鍵詞】CDMA移動通信技術;功率控制技術;PN碼技術;RAKE接收技術
【中圖分類號】TN929.533 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—51 58(2012)08—0002-01
隨著我國移動通訊技術的迅猛發展,為了追求更高的通信品質,避免通信過程中產生的信號干擾,增加通信用戶的容量。國內外一直在研制可容性強、抗干擾、低輻射的CDMA作為移動通信的發展方向。CDMA是移動通信的一種無線通信技術,主要根據美國IS-95標準設計的頻率范圍在900~1800MHZ的數字移動通信系統。CDMA主要采用了數字蜂窩技術,所以和TDMA有很大的區別。CDMA沒有固定的通話頻率,而是對不同的通話利用隨機數字序列進行編碼。隨著我國3G時代的到來,CDMA越來越體現其優勢,成為了移動通信技術的生力軍。為了更好的發展我國CDMA移動通信技術,本文通過研究CDMA技術原理以及特點,對國內外的CDlVUk技術進行系統的研究,旨在促進我國CDMA的發展。
一、CDMA移動通信技術原理研究
CDMA移動通信技術利用帶寬較大的告訴偽隨機碼信號將所需要傳輸的小帶寬信息數據進行調試。從而實現信息數據帶寬的擴展。擴展貸款后的信息數據經過載波調試以后進行發射。而移動信號的接收端則采用相同的偽隨機碼,信息數據的帶寬與接受帶寬信號進行相關處理。再將寬帶信號進行解擴處理,這樣就得到了信息數據的窄帶信號,實現了數據通信。擴頻通信系統的組成結構如圖1所示。其中高速偽隨機編碼信號的寬帶與將要進行傳輸的信息數據寬帶之比為擴頻增益,即擴頻編碼長。擴頻編碼之間的互相關值能夠決定CDMA通信多址互相干擾的程度,在這個值非常的小的情況下,接受調解過后就只能包含原數據信號和噪聲了,由此可見CDMA可以在相同的載波頻率上同時的傳輸多個信息數據,從而能夠實現多址通信。編碼之間相互的關聯值越小,編碼多址互相干擾的程度就會越小,可容納通信用戶就會越多。所以CDMA能夠實現發送端與接收端擴頻處理同步。
二、CDMA通信技術的特點研究
相比于FDMA以及TDMA,CDMA具有得天獨厚的優勢,CDMA一部分是與其他的通信技術相同的擴頻通信系統。而另一部分則是利用軟切換以及功率控制等技術。CDMA移動通信網絡是由擴頻、多址接入、頻率擴充等技術相互配合形成的。所以CDMA包括頻域、時域、碼域等三維信號處理。所以通常情況下,CDMA通信技術具有可容性強、抗干擾、低輻射、保密性強、同頻率能夠在小范圍內重復使用等特性。這些特性成為CDMA相比于其他通信技術的優勢所在。根據筆者多年對通信技術的理論研究,總結出以下幾方面的CDMA通信技術的特點:(1)CDMA采用寬帶進行傳輸,所以具有一定的抗陰影效應以及抗多普勒效應的能力,所以CDMA通信技術相比于其他多址方式要強;(2)CDMA可以實現在傳輸過程中,將有用的信號功率降低,使其遠遠的低于干擾信號,所以能夠達到較強信息抗噪音能力。信號頻譜擴展越寬,信號的功率譜的密度就會越低,信號就越隱秘,所以能夠達到較強的安全性。(3)CDMA利用地址碼相關特性來獲取相關的信息,所以能夠實現較強的抗干擾能力。(4)CDMA與其他的通信技術不同,可以實現小范圍內的多址用戶,僅僅是在用戶較多的情況下通信質量降低。此外,小區的可用信道數和相近的小區業務量有關。如果小區仍然沒有達到滿負荷的情況下,小區的干擾會保持較低的水平,所以本小區的信噪比要圓圓的高于系統的要求,所以本小區仍然還允許新的呼叫接入,其容量能夠進一步的提高。(5)由于CDMA通信技術在各個小區內采用的是同一頻率,所以移動臺在小區內進行漫游的過程中,不需要像其他的通信系統需要進行重新的分配頻率資源,同時不需要額外的對通信系統進行硬件配置,所以CDMA屬于軟切換。與此同時,在進行CDMA越區切換的過程中,CDMA的移動臺和基站之間的“先接后斷”。也就是說移動臺需要接入新校區以后才能夠和原來小區的基站斷開,所以實現了通信質量,不能出現越區斷話。
三、CDMA移動通信技術研究
(1)功率控制技術。功率控制技術是CDMA通信技術中的核心部分。CDMA是一個自擾系統,所有的用戶在占有同一寬帶或者頻率的情況下。CDMA功率控制的主要原因是克服其遠近效應不一的現象,從而使得CDMA通信系統的通信質量上升,降低對其他用戶的干擾。功率控制可以分為前向功率控制以及反向功率控制,反響功率控制根據采用的儀器不同,可以分為移動站參與的開環功率控制以及移動站、基站閉環功率控制。1)反響開環功率控制。移動站能夠依照接受信號的功率變化,調節移動站發射功率從而達到所有的移動臺發出的信息數據信號都能夠保持相同的功率。所以反響開環功率控制主要為了補償陰影等效應,所以在很大的動態范圍中叮當達到32dB的范圍以內。2)反響閉環功率控制。反響閉環功率控制主要目的是加快基站對移動臺的功率估計時間,從而保證移動臺能夠保持理想的發射功率。3)前向功率控制。前向功率控制中,基站能夠依照測量的結果對每一個移動站的發射功率進行相應的調整,主要目的在于對針對信號的路徑衰弱比較小的移動臺分派較小的前向鏈路功率,對遠離基站以及容易出錯的移動臺分派相對較大的前向鏈路功率。(2)PN碼技術。在CDMA移動通信技術中PN碼直接影響著整個CDMA系統的容量以及抗干擾能力。這是由于CDMA通信系統的信道區分主要利用PN碼進行,所以就要求PN碼的字相關性優良、具有較弱的相關性,并且能夠簡單的實現編碼。(3)RAKE接收技術。由于CDMA移動通信系統的信道是一種多徑的衰落信道,所以必須利用RAKE接收技術對每條信道的信號進行調節,然后進行疊加輸出,從而達到較強的接收效果。現階段CDMA通信技術的編碼包括兩種,即激勵線性預測編碼8kbps以及13kbps,其中的13kbps編碼已經能夠達到有限長途語音水平。
參考文獻
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關鍵詞:移動通信;WCDMA;4G
一、引言
隨著時代的發展,用戶對更高性能的移動通信系統提出了更高要求,希望享受更為豐富和高速的通信業務。第二代移動通信無線頻率資源日趨緊張,已不能滿足長期的通信需求發展需要,相對于第二代移動通信技術而言,為尋找新的增長點,通過發展數據業務來提高自身的服務質量和業務類型,需要3G的支持。
二、移動通信的發展歷程
第一代移動通信系統是在20世紀80年代初提出的,它完成于20世紀90年代初。第一代移動通信系統是基于模擬傳輸的,其特點是業務量小、質量差、交全性差、沒有加密和速度低。
第二代移動通信系統(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標準協會在1996 年提出了GSM Phase 2+,目的在于擴展和改進GSM Phase 1及Phase 2中原定的業務和性能。
三、第三代移動通信系統概述
第三代移動通信系統(3G),也稱IMT2000,是正在全力開發的系統,其最基本的特征是智能信號處理技術,智能信號處理單元將成為基本功能模塊,支持話音和多媒體數據通信,它可以提供前兩代產品不能提供的各種寬帶信息業務,例如高速數據、慢速圖像與電視圖像等。如WCDMA的傳輸速率在用戶靜止時最大為2Mbps,在用戶高速移動時最大支持144Kbps,所占頻帶寬度5MHz 左右。
但是,第三代移動通信系統的通信標準共有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三大分支,共同組成一個IMT 2000家庭,成員間存在相互兼容的問題,因此已有的移動通信系統不是真正意義上的個人通信和全球通信;再者,3G的頻譜利用率還比較低,不能充分地利用寶貴的頻譜資源;第三,3G支持的速率還不夠高,如單載波只支持最大2Mbps 的業務,等等。這些不足點遠遠不能適應未來移動通信發展的需要,因此尋求一種既能解決現有問題,又能適應未來移動通信的需求的新技術(即新一代移動信:next generation mobile communication)是必要的。
第三代移動通信技術的基本特點:(1)全球統一頻段,統一標準,全球無縫覆蓋和漫游。(2)頻譜利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能達到全覆蓋和全移動性,還能提供最高速率達2Mbps的多媒體業務。(4)支持高質量話音、分組多媒體業務和多用戶速率通信。(5)有按需分配帶寬和根據不同業務設置不同服務等級的能力。(6)適應多用戶環境,包括室內、室外、快速移動和衛星環境。(7)安全保密性能優良。(8)便于從第二代移動通信向第三代移動通信平滑過渡。(9)可與各種移動通信系統融合,包括蜂窩、無繩電話和衛星移動通信等。(10)終端(手機)結構簡單,便于攜帶,價格較低。
四、第四代移動通信系統
4G系統中有兩個基本目標:一是實現無線通信全球覆蓋;二是提供無縫的高質量無線業務。目前正在構思中的4G通信具有以下特征:(1)網絡頻譜更寬。要想使4G通信達到100Mbps的傳輸速率,通信運營商必須在3G網絡的基礎上進行大幅度的改造,以便使4G網絡在通信帶寬上比3G網絡的帶寬高出許多。據研究,每個4G信道將占有100MHz的頻譜,相當于W-CDMA 3G網絡的20倍;(2)通信速度更快。人們研究4G通信的最初目的是為了提高蜂窩電話和其他移動終端訪問Internet的速率,因此,4G通信最顯著的特征就是它有更快的無線傳輸速率。據專家估計,第四代移動通信系統的傳輸速率速率可以達到10M~20Mbps,最高可以達到100Mbps;(3)通信更加靈活。從嚴格意義上說,4G手機的功能已不能簡單劃歸“電話機”的范疇,因為語音數據的傳輸只是4G移動電話的功能之一而已。而且4G手機從外觀和式樣上看將有更驚人的突破,可以想象的是,眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋都有可能成為4G終端;(4)智能性更高。第四代移動通信的智能性更高,不僅表現在4G通信的終端設備的設計和操作具有智能化,更重要的是4G手機可以實現許多目前還難以想象的功能;(5)兼容性更平滑。要使4G通信盡快地被人們接收,還應該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下較為容易地過渡到4G通信。因此,從這個角度來看,4G通信系統應當具備全球漫游、接口開放、能跟多種網絡互聯、終端多樣化以及能從3G平穩過渡等特點。
五、總結
總之,隨著新問題、新要求的不斷出現, 第四代移動通信技術將會相應地調整、完善和進一步發展。縱觀移動通信技術的發展規律和第四代通信技術的優點,我們相信,不遠的將來,人們將不受時間、地點限制,可以自由自在地利用移動網絡獲取和傳遞信息。從而人們的學習、工作、生活將會發生更深刻的變化。
參考文獻:
[1] 胡可剛, 王樹勛, 劉立宏. 移動通信中的無線定位技術[J ]. 吉林大學學報, 2005, 23 (4)