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摘 要: 本文對3G 和4G移動通信做了簡要的比較, 并對4G 移動通信系統中將會用到的關鍵技術做了分析。包括OFDM技術、智能天線技術、軟件無線電技術、多用戶檢測技術、IPv6技術等。
關鍵詞: 4G移動通信; OFDM; MUD; IPv6
1 引言
第三代移動通信系統是能夠滿足國際電聯提出的IMT - 2000PFPLMTS系統標準的新一代移動通信系統,要求具有很好的網絡兼容性,能夠實現全球范圍內多個不同系統間的漫游,不僅要為移動用戶提供話音及低速率數據業務,而且要提供廣泛的多媒體業務。根據ITU 的標準,世界各大電信公司聯盟均己提出了自己的第三代移動通信系統方案,主要有W-CDMA、CDMA2000、TD-CDMA以及我國提出的擁有自主知識產權的TD-SCDMA。但3G也存在以下幾方面的局限性:
不能支持較高的通信速率。3G雖然標稱能達到2Mbit/s 的速率,但平均速率只能達到384 kbit/s。盡管目前3G增強型技術不斷發展,但其傳輸速率還有差距。
不能提供動態范圍多速率業務。由于3G空中接口主流的三種體制WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA所支持的核心網不具有統一的標準,難以提供具有多種QoS及性能的多速率業務。
不能真正實現不同頻段的不同業務環境間的無縫漫游。由于采用不同頻段的不同業務環境,需要移動終端配置有相應不同的軟、硬件模塊,而3G移動終端目前尚不能實現多業務環境的不同配置。由于3G系統以上的局限性,目前,很多公司已經開始著手4G 概念通信系統的研究。本文主要介紹4G概念通信的技術特點以及可能采用的關鍵技術。
2 4G概念通信技術特點
目前,業界專業人士對4G概念移動通信系統的共識主要有以下幾點:
a) 用戶可以在任何地點、任何時間以任何方式不受限地接入網絡中來;
b) 移動終端可以是任何類型的;
c) 用戶可以自由地選擇業務、應用和網絡;
d) 可以實現非常先進的移動電子商務;
e) 新的技術可以非常容易地被引入到系統和業務中來。
根據以上描述,未來的4G系統應具備以下的基本條件。
(1) 具有很高的數據傳輸速率。對于大范圍高速移動用戶(250km/h),數據速率為2 Mbit/s;對于中速移動用戶(60km/h),數據速率為20 Mbbit/s;對于低速移動用戶(室內或步行者),數據速率為100 Mbit/s。
(2) 實現真正的無縫漫游。4G 移動通信系統實現全球統一的標準,能使各類媒體、通信主機及網絡之間進行“無縫連接”,真正實現一部手機在全球的任何地點都能進行通信。
(3) 高度智能化的網絡。采用智能技術的4G 通信系統將是一個高度自治、自適應的網絡。采用智能信號處理技術對信道條件不同的各種復雜環境進行結合的正常發送與接收,有很強的智能性、適應性和靈活性。
(4) 良好的覆蓋性能。4G 通信系統應具有良好的覆蓋并能提供高速可變速率傳輸。對于室內環境,由于要提供高速傳輸,小區的半徑會更小。
(5) 基于IP 的網絡。4G通信系統將會采用IPv6,IPv6將能在IP 網絡上實現話音和多媒體業務。
(6) 實現不同QoS 的業務。4G 通信系統通過動態帶寬分配和調節發射功率來提供不同質量的業務。
3 4G概念通信關鍵技術探討
(1)正交頻分復用(OFDM )技術
第四代移動通信系統主要是以OFDM為核心技術。OFDM 技術實際上是多載波調制的一種。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。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。
OFDM技術之所以越來越受關注,是因為OFDM 有很多獨特的優點:
a) 頻譜利用率高,頻譜效率比串行系統高近一倍。OFDM
信號的相鄰子載波相互重疊,其頻譜利用率可以接近Nyquist
極限。
b) 抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸,這樣在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統上的信號時間長很多倍,從而使OFDM 對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。
c) 適合高速數據傳輸。OFDM 自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調制方式。當信道條件好的時候,應采用效率高的調制方式;而當信道條件差的時候,則應采用抗干擾能力強的調制方式。再有,OFDM 加載算法的采用,使得系統可以把更多的數據集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。因此,OFDM 技術非常適合高速數據傳輸。
d) 抗碼間干擾(ISI)能力強。碼間干擾是數字通信系統中除噪聲干擾之外最主要的干擾,它與加性的噪聲干擾不同,是一種乘性干擾。造成碼間干擾的原因有很多,實際上,只要傳輸信道的頻帶是有限的,就會造成一定的碼間干擾。OFDM 由于采用了循環前綴,故對抗碼間干擾的能力很強。
(2)智能天線技術
智能天線采用了空時多址(SDMA)的技術,利用信號在傳輸方向上的差別,將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區分,動態改變信號的覆蓋區域,將主波束對準用戶方向,旁瓣或零陷對準干擾信號方向,并能夠自動跟蹤用戶和監測環境變化,為每個用戶提供優質的上行鏈路和下行鏈路信號從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。這種技術具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束等功能,被認為是未來移動通信的關鍵技術。
目前,智能天線的工作方式主要有全自適應方式和基于預多波束的波束切換方式。全自適應智能天線雖然從理論上講可以達到最優,但相對而言各種算法均存在所需數據量、計算量大、信道模型簡單、收斂速度較慢,在某些情況下甚至出現錯誤收斂等缺點,實際信道條件下,當干擾較多、多徑嚴重,特別是信道快速時變時,很難對某一用戶進行實際跟蹤。在基于預多波束的切換波束工作方式下,全空域被一些預先計算好的波束分割覆蓋,各組權值對應的波束有不同的主瓣指向,相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊,接收時的主要任務是挑選一個作為工作模式,與自適應方式相比它顯然更容易實現,是未來智能天線技術發展的方向。
(3)無線鏈路增強技術
可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強技術有:分集技術,如通過空間分集、時間分集(信道編碼)、頻率分集和極化分集等方法來獲得最好的分集性能;多天線技術,如采用2或4天線來實現發射分集,或采用多輸入多輸出(MIMO)技術來實現發射和接收分集。MIMO技術是指利用多發射、多接收天線進行空間分集的技術,它采用的是分立式多天線,能夠有效的將通信鏈路分解成為許多并行的子信道,從而大大提高容量。信息論已經證明,當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時,MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能,從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中,MIMO 技術是實現高數據速率、提高系統容量、提高傳輸質量的空間分集技術。
(4)軟件無線電(S D R )技術
在4G系統中,若要實現“任何人在任何地點以任何形式接入網絡”的理想通信方式,則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口,能夠在各類網絡環境間無縫漫游,并可以在不同類型的業務之間進行轉換。這就意味著在4G 系統中,軟件將會變得非常復雜。為此,專家們提議引入軟件無線電技術,軟件無線電是近幾年隨著微電子技術的進步而迅速發展起來的新技術,它以現代通信理論為基礎,以數字信號處理為核心,以微電子技術為支持。軟件無線電概念一經提出,就受到各方的極大關注,這不僅是因為軟件無線電概念新技術先進、發展潛力大,更為重要的是它潛在的市場價值也是極具吸引力的。軟件無線電強調以開放性最簡硬件為通用平臺,盡可能地用可升級、可重配置的不同應用軟件來實現各種無線電功能的設計新思路。其中心思想是:構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺,將工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等各種功能用軟件來完成,并使寬帶A/D 和D/A 轉換器盡可能靠近天線,以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統。在4G眾多關鍵技術中,軟件無線電技術是通向未來4G的橋梁。由于各種技術的交迭有利于減少開發風險,所以未來4G技術需要適應不同種類的產品要求,而軟件無線電技術則是適應產品多樣性的基礎,它不僅能減少開發風險,還更易于開發系列型產品。此外,它還減少了硅芯片的容量,從而降低了運算器件的價格,其開放的結構也會允許多方運營的介入。
(5)多用戶檢測技術
4G系統的終端和基站將用到多用戶檢測技術以提高系統的容量。多用戶檢測技術的基本思想是:把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當作有用信號,而不是作為噪聲處理,利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯合檢測單個用戶的信號,即綜合利用各種信息及信號處理手段,對接收信號進行處理,從而達到對多用戶信號的最佳聯合檢測。它在傳統的檢測技術的基礎上,充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號進行檢測,從而具有良好的抗干擾和抗遠近效應性能,降低了系統對功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源,顯著提高系統容量。
現有的多用戶檢測算法在計算復雜度與處理時延問題上存在不足,且算法中一些參數(頻率、幅度、定時、相位等)估計有誤時, 會使得相關矩陣產生較大偏差,導致整個系統性能急劇下降。另一方面, 當前的MUD算法只考慮了同小區內的干擾,而沒有考慮相鄰小區間的同頻率用戶干擾。一般的多用戶檢測研究都假設用戶數據是獨立等概率的,沒有考慮信道編碼的影響,現在組合信道編碼和多用戶檢測的研究受到越來越多的重視。另外,目前的研究方向還包括多速率多用戶檢測和多用戶檢測與空時二維信號處理、多載波調制、功率控制等技術的結合。轉貼于
(6)IPv6技術
4G通信系統選擇了采用基于IP的全分組方式傳送數據流,因此IPv6技術將成為下一代網絡的核心協議。選擇IPv6 協議主要基于以下幾點考慮:
a) 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。
b) 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來獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后,它將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。
c) 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具有相同的QoS,但是IPv6 能提供不同的服務。這些優點來自于IPv6 報頭中新增的字段“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。盡管對這個流標志的準確應用還沒有制定出有關標準,但將來它無疑將用于基于服務級別的新計費系統。
d) 移動性。移動IPv6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,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,通過一個轉交地址即可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。
4 結束語
4G移動通信系統目前還只是一個基本概念,4G網絡的定義仍然還不明確,IEEE等標準化組織仍處于制定標準和規范的過程中。但是融合現有的各種無線接入技術的4G系統將成為一個無縫連接的統一系統,實現跨系統的全球漫游及業務的可攜帶性,是滿足未來市場需求的新一代的移動通信系統,它將幫助我們實現充滿個性化的通信夢想。
參考文獻
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[關鍵詞]5G移動通信技術 發展趨勢 技術特征
中圖分類號:TE933.207 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)13-0164-01
隨著信息和網絡技術的快速發展,無線移動通信網絡的數據流量正以每年接近100%的速度增長,預計未來10年,無線網絡的數據流量將增加1000倍,聯網設備將高達500億臺(部) ,新興智能業務將層出不窮,迫切需要更加高速、更加高效、更加智能化的新一代無線移動通信技術來支撐。因此,在全球第4代移動通信(4G)網絡的部署方興未艾之時,第5代移動通信技術(5G,fifth- generation)的研發已拉開大幕[1],成為整個學術界和信息產業界最熱門的課題之一,掀起全球移動通信領域新一輪的技術競爭。5G是繼4G之后,為了滿足智能終端的快速普及和移動互聯網的高速發展而正在研發的新一代移動通信技術,是面向2020年以后人類信息社會需求的第五代移動通信網絡。
一、5G移動通信技術概述
5G是未來十年的發展方向,根據以往的移動通信技術發展的規律分析,5G應具有著超高的頻譜利用率及利用能效,在傳輸速率和資源的利用效率方面,將比現今的4G技術有一個高度和質的提升,在其無線信號的覆蓋性能、傳輸時效、通信安全及用戶體驗方面也將會有明顯的提高和進步。5G移動通信技術和其他無線移動技術有著深入的聯系和結合,形成了新一代的全面性的通信網絡。滿足未來十年互聯網移動通信網速的1000倍要求。未來5G移動通信還須很強的靈活性,可實現自動化和智能化的網絡調整。但由于5G 技術過于新穎,學術界和產業界還沒有對其進行定義;相關諸如國際電信聯盟(ITU)等國際通信標準機構及全球3GPP、WiMAX 等移動通信論壇也沒有給出正式的技術定義,使得5G技術至今還沒有一個清晰的概念。
目前,國內外專家學者沿用傳統的對移動通信技術的劃代方式,對5G進行初步定義。常見的說法是,5G就是傳輸速率達到10Gb/s的下一代移動通信技術,美國著名的《時代》雜志,在報道5G時也沿用這種說法。
二、5G的技術特征
對于5G 的未來愿景和應用,學術界和產業界都進行了相關描述,從這些描述中可以總結出人們對未來5G 的技術需求,相對于傳統的移動通信網
絡,5G 應具有如下的基本特征[2]:
1、互聯網設備數目擴大100倍
隨著物聯網和智能終端的快速發展,預計2020年后,聯網的設備數目將達到500~1000億部(個)。未來的5G網絡單位覆蓋面積內支持的設備數目將大大增加,相對于目前的4G網絡將增長100倍,一些特殊應用,單位面積內通過5G聯網的設備數目將達到100萬/。
2、數據流量增長1000倍
業界預測10年后,全球移動數據流量將達到2010年的1000倍。因此,5G的單位面積的吞吐量能力,特別是忙時吞吐量能力也要求提升1000倍,至少達到100 Gb/s/km2以上。
3、峰值速率至少10Gb/s
面向2020年的5G網絡,相對于4G網絡的峰值速率,其峰值速率需要提升10倍,即達到10Gb/s,特殊場景下,用戶的單鏈路速率要求達到10Gb/s。
4、用戶可獲得速率達到10Mb/s,特殊用戶需求達到100Mb /s
未來5G網絡,在絕大多數的條件下,任何用戶一般都能夠獲得10Mb/s以上的速率,對于諸如急救車內高清醫療圖像傳輸服務等特殊需求用戶和業務,獲得速率將高達100Mb/s。
5、網絡耗能低
綠色低碳、節省能源是未來通信技術的發展趨勢,未來的5G 網絡,要利用端到端的節能設計,使網絡綜合能耗效率提高1 000 倍,滿足1 000 倍流量要求,但能耗與現有網絡相當的水平。
6、頻譜利用率高
由于5G網絡的用戶規模大、業務量大、流量高,對頻率的需求量大,要通過演進及頻率倍增或壓縮等創新技術的應用,提升頻率利用率。相對于4G網絡,5G 的平均頻譜效率需要5~10倍的提升,解決大流量帶來的頻譜資源短缺問題。
7、可靠性高和時延短
2020年的5G網絡,要滿足用戶隨時隨地的在線體驗服務,并滿足諸如應急通信、工業信息系統等更多高價值場景需求。因此,要求進一步降低用戶時延和控制時延,相對于4G網絡要縮短5~10倍。對于關系人類生命、重大財產安全的業務,端到端服務可靠性需提升到99.999%以上。
三、5G的發展趨勢
移動互聯網技術的發展為5G移動通信提供了動力基礎。移動互聯網將成為未來各種技術的基礎性平臺。當前的移動通信技術和無線技術將成為5G通信系統的基礎,但有著更高的通信傳輸質量和系統效率的要求。當然,全球關于5G的技術研究,還處于早期階段,將來還要經過技術研究、標準化、外場試驗等階段,并最終實現商用部署。不過,盡管對于5G概念和技術仍在探討,但對于5G標準融合的大方向,現在學術界和產業界基本形成了共識。在2G、3G時代,不同的通信協議標準之間存在較大的差異。而在4G時代,TD-LTE和LTE-FDD在核心網方面已擁有95%的相似性,在無線傳輸方面也有90%的相似性。面向2020年的5G時代,在頻譜的使用上將更加高效和靈活,核心技術和系統架構將進一步融合,全球共用一套通信標準將成為5G技術的發展趨勢。
而最終5G技術的發展也會在當前科學信息技術新的發展和變革時期中形成自己的特點:一,更加注重用戶的體驗,提高和改善通信網絡的傳輸速率、吞吐效率及3D等下能力,將成為5G性能的重要指標;二,完善和健全網絡,實現多點、多面、多用戶多無線,提高系統性能;三,5G技術將實現無處不在的無線信號覆蓋,優化系統的設計目標;四,充分利用高頻段頻譜資源,實現5G的普遍廣泛應用;五,可靈活化的配置5G移動無線通信網絡,相關通信運營商科根據實時的流量動態調整網絡資源,降低成本和消耗[3]。
四、結語
總之,5G是面向2020年信息社會需求的新一代移動通信系統,學術界和產業界正在對其概念和技術進行廣泛探討,盡管尚未形成統一的標準,但隨著信息和網絡技術的快速發展,5G的關鍵技術將取得實質性的突破,具有更廣闊的應用前景,全面提升全球信息化程度和經濟發展。
參考文獻:
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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常快,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。
論文摘要:移動通信技術的發展歷程可以劃分為三個階段,即第一代模擬移動通信系統、第二代數字移動通信系統、第三代多媒體移動通信系統。本文簡單介紹了移動通信技術的發展歷程,重點論述了第四代移動通信系統(4th Generation 4G)的概念及相關術,并指出其今后的發展趨勢。
一、移動通信技術的發展狀況
(一)第一代——模擬移動通信系統
第一代(即1G,是the first generation的縮寫)移動通信系統的主要特征是采用模擬技術和頻分多址(FDMA)技術、有多種制式。我國主要采用TACS,其傳輸速率為2.4kbps,由于受到傳輸帶寬的限制,不能進行移動通信的長途漫游,只是一種區域性的移動通信系統。第一代移動通信系統在商業上取得了巨大的成功,但是其弊端也日漸顯露出來,如頻譜利用率低、業務種類有限、無高速數據業務、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盜聽和盜號、設備成本高、體積大、重量大。所以,第一代移動通信技術作為2O世紀80年代到90年代初的產物已經完成了任務退出了歷史舞臺。
(二)第二代——數字移動通信系統
第二代(即2G,是the second generation的縮寫)移動通信系統是從20世紀90年代初期到目前廣泛使用的數字移動通信系統,采用的技術主要有時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)兩種技術,它能夠提供9.6-28.8kbps的傳輸速率。全球主要采用GSM和CDMA兩種制式,我國采用主要是GSM這一標準,主要提供數字化的語音業務級低速數據化業務,克服了模擬系統的弱點。和第一代模擬移動蜂窩移動系統相比,第二代移動通信系統具有保密性強,頻譜利用率高,能提供豐富的業務,標準化程度高等特點,可以進行省內外漫游。但因為采用的制式不同,移動標準還不統一,用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內進行漫游,還無法進行全球漫游,雖然第二代比第一代有更大的帶寬,但帶寬還是很有限,限制了數據的應用,還無法實現高速率的業務,如移動的多媒體業務。
(三)第三代——多媒體移動通信系統
隨著通信業務的迅猛發展和通信量的激增,未來的移動通信系統不僅要有大的系統容量,還要能支持話音、數據、圖像、多媒體等多種業務的有效傳輸。第二代移動通信技術根本不能滿足這樣的通信要求,在這種情況下出現了第三代
(即3c,是the third generation的縮寫)多媒體移動通信系統。第三代移動通信系統在國際上統稱為IMT一2000,是國際電信聯盟(1TU)在1985年提出的工作在2000MHz頻段的系統。與第一代模擬移動通信和第二代數字移動通信系統相比,第三代的最主要特征是可提供移動多媒體業務。
二、第四代移動通信系統的概念
4G也稱為廣帶接入和分布網絡.具有超過2Mb/s的非對稱數據傳輸能力.對高速移動用戶能提供1 50M b/s的高質量的影像服務.并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) . 是集多種無線技術和無線LAN 系統為一體的綜合系統.也是寬帶lP接入系統.在這個系統上.移動用戶可以實現全球無縫漫游.為了進一步提高其利用率.滿足高速率、大容量的業務需求. 同時克服高速數據在無線信道下的多徑衰落和多徑干擾等眾多優勢。
三、4G的關鍵技術
1.OFDM技術。它實際上是多載波調制MCM的一種.其主要原理是:將待傳輸的高速串行數據經串/并變換,變成在N個子信道上并行傳輸的低速數據流,再用N 個相互正交的載波進行調制,然后疊加一起發送。接收端用相干載波進行相干接收,再經并/串變換恢復為原高速數據。
2.多輸入多輸出(MIMO)技術。多輸入多輸出(MIMO)技術是無線移動通信領域智能天線技術的重大突破。該技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率,是下一代移動通信系統的核心技術之一。MIMO系統采用空時處理技術進行信號處理,在豐富的散射環境下,空分復用MIMO系統(如BLAST結構)可以獲得與天線數成正比的容量增長,從而極大地提高頻譜效率,增加系統的數據傳輸速率。但是當散射程度欠佳時,會引起信道間的空間相關,尤其在室外環境下,由于基站的天線較高,從而角度擴展較小,其空間相關難以避免,在這種情況下MIMO不可能獲得所期望的數據傳輸速率。 轉貼于
3.切換技術。切換技術能夠實現移動終端在不同小區之間跨越和在不同頻率之間通信以及在信號質量降低時如何選擇信道。它是未來移動終端在眾多通信系統、移動小區之間建立可靠通信的基礎。主要劃分為硬切換、軟切換和更軟切換.硬切換發生在不同頻率的基站或不同系統之間。第4代移動通信中的切換技術正朝著軟切換和硬切換相結合的方向發展。
4.軟件無線電技術。軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經過一個通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實現各種類型的無線電通信系統的一種具有開放式結構的新技術。通過下載不同的軟件程序,在硬件平臺上可實現不同功能,用以實現在不同系統中利用單一的終端進行漫游,它是解決移動終端在不同系統中工作的關鍵技術。軟件無線電技術主要涉及數字信號處理硬(Digital Signal Process Hardware,DSPH)、現場可編程器件(Field Programmable Gate Array,FPGA)、數字信號處理(Digital SignalProcessor, DSP)等。
5.IPv6協議技術。3G網絡采用的主要是蜂窩組網,而4G系統將是一個基于全lP的移動通信網絡,可以實現不同類型的接入系統和通信網絡之間的無縫連。為了給用戶提供更為廣泛的業務,使運營商管理更加方便、靈活,4G中將取代現有的IPv4協議,采用全分組方式傳送數據的IPv6協議。
四、發展趨勢
目前,4G移動通信還只處于實驗室研究開發階段。具體的設備和技術還沒有完全成型,后續的軟件開發還沒有啟動。這都會給4G的發展帶來很多難題,有待人們深入研究。但未來移動通信必將具有文中描述的這些基本特征:高速率、高質量的數據傳輸,完全集中的服務。無所不在的移動接入,高智能的多樣化的用戶設備。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。我們相信,不遠的將來,人們將會不受時間、地點限制,可以自由自在地利用移動網絡獲取和傳遞信息,從而使人們的學習、工作、生活發生更深刻的變化。
參考文獻
[1] 張重陽.數字移動通信技術[M].西安:江西科技大學出版社,2006.
關鍵詞:無線通信 第四代 發展
一、引言
近幾年來,全球通信技術的發展日新月異,尤其是近兩三年來,無線通信技術的發展速度與應用領域已經超過了固定通信技術,呈現出如火如荼的發展態勢。其中最具代表性的有蜂窩移動通信、寬帶無線接入,也包括集群通信、衛星通信,以及手機視頻業務與技術。
蜂窩移動通信從上世紀80年代出現到現在,已經發展到了第三代移動通信技術,目前業界正在研究面向未來第四代移動通信的技術;寬帶無線接入也在全球不斷升溫,近幾年來我國的寬帶無線用戶數增長勢頭強勁。寬帶無線接入研究重點主要包括無線城域網(WMAN)、無線局域網(WLAN)和無線個域網(WPAN)技術;模擬集群通信的應用開始得比較早,但隨著技術的發展,數字集群通信技術越來越贏得大家的關注;衛星通信以其特殊的技術特性,已經成為無線通信技術中不可忽視的一個領域;手機視頻廣播作為一種新的無線業務與技術,正在成為目前最熱門的無線應用之一。
移動計算機是當前IT領域內發展速度最快的產業之一,其發展趨勢是高性能、低功耗、小型化和無線互聯。一般認為,高速數據通信能力和無線網絡互聯能力是移動計算機性能評價的主要方面,因此,無線通信技術的進步對移動計算機發展的意義就顯得非同一般。第四代移動通信技術(fourth.generation,4G)的出現對移動計算機產業的發展帶來了前所未有的新機遇,包括Microsoft和Intel在內的各大計算機企業已紛紛把目光投向移動通信領域。
二、無線通信技術的發展歷程
WAP:Wireless Application Protocol 。一種全球性的網絡通信協議,目標是將Internet的信息和業務引入到移動終端。WAP定義了可通用的平臺,把目前Internet上的HTML語言轉化成WML描述的信息,顯示于移動電話的顯示屏上。 WAP不要求現有的移動通信網絡協議任何改動,只要求移動電話和服務器的支持,因而廣泛應用于GSM、CDMA、TDMA、3G等網絡中。
GSM:Global System for Mobile Communication。全球移動通信系統,全球性標準的蜂窩無線電通信系統,是當前應用最廣泛的移動電話標準。GSM的信令和語言信道都是數字式的,因此被看成第二代移動電話系統(2G)。 第一代是指模擬蜂窩技術,第三代是指寬帶CDMA。 蜂窩網絡:把移動電話的服務區別分為一個個正六邊形的子區,每個小區設一個基站。形成了形狀酷似“蜂窩”的結構,因而把這種移動通信方式稱為蜂窩移動通信方式。蜂窩六邊形結構的數學原理是:即以相同半徑的圓形覆蓋平面, 當圓心處于正六邊形網格的各正六邊形中心,也就是當圓心處于正三角網格的格點時所用圓的數量最少。蜂窩通信實際上就是移動通信的另一種說法。蜂窩的最大特點就是頻率的高利用率。蜂窩的概念解決了移動通信中頻率資源有限的問題,直接導致了20世紀80年代以后的移動通信大發展。但是蜂窩的概念也是有局限性的。現在面臨的主要問題是,小區不可能無限制的進行分裂,導致了系統的容量不能進一步提高,這阻礙了移動通信進一步的發展。
三、第四代移動通信技術
第四代移動通信技術的概念可稱為寬帶接入和分布網絡,具有非對稱的超2Mbs的數據傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網、移動寬帶系統和交互式廣播網絡。 第四代移動通信標準比第三代標準具有更多的功能。第四代移動通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網絡中提供無線服務,可以在任何地方用寬帶接入互聯網(包括衛星通信和平流層通信),能夠提供定位定時、數據采集、遠程控制等綜合功能。此外,第四代移動通信系統是集成多功能的寬帶移動通信系統,是寬帶接入IP系統。
第四代移動通訊系統的任務是:提供更大的頻寬需求,滿足第三代移動通訊尚不能達到的在覆蓋、質量、造價上支持的高速數據和高分辨率多媒體服務的需要。 4G通訊的要求及特點針對3G通訊存在的問題,目前正在構思中的 4G通信應當具有以下特征:
網絡頻譜更寬。每個4G 信道將 占有 100M H z的頻譜, 相當于W C D M A 3G網絡的2 0倍;通信速度更快。 4 G 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 I OM 2 0 M b p s , 最高可以達到 l00 M b p s;通信更加靈活。嚴格意義上 4G 手機的功能已不能簡單劃歸 “ 電話機 ”的范疇, 4 G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;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;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。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。