也談4G通信的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

摘 要：隨著通信科技的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)與環(huán)境更為復(fù)雜，通信技術(shù)研究人員致力于開(kāi)發(fā)新型的無(wú)線通信系統(tǒng)，以促進(jìn)新無(wú)線通信時(shí)代的來(lái)臨。在3G通信的基礎(chǔ)上，通用無(wú)線通信系統(tǒng)（4G）的研究已經(jīng)開(kāi)展，在4G通信系統(tǒng)技術(shù)的支持下，移動(dòng)通信變得更加安全、便捷、可靠。本文主要探討4G通信的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用問(wèn)題，以期為相關(guān)通信技術(shù)研究人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：4G通信；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促使著人們對(duì)移動(dòng)通信提出更高的要求，雖然3G通信部分滿(mǎn)足了人們對(duì)無(wú)線通信的需求，但是通信技術(shù)研究人員依然在不斷地研究與創(chuàng)新，提出4G通信理念，隨著研究的不斷深入，4G通信無(wú)論是在理論研究還是在實(shí)踐應(yīng)用方面都取得了喜人的成果，為人們實(shí)現(xiàn)更加安全、便捷、可靠的無(wú)線通信提供可能。在此，筆者將這對(duì)4G通信系統(tǒng)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并探討4G通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題，希望能夠與相關(guān)通信技術(shù)研究人員共同提高。

一、4G通信系統(tǒng)研究的重要性

目前，通信市場(chǎng)對(duì)3G的使用正在普及階段，這是通信技術(shù)與通信市場(chǎng)發(fā)展的必然結(jié)果。作為新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，3G具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，它的通信傳輸速度更加快捷、寬帶也比2G寬上許多，同時(shí)應(yīng)用UMTS框架作為通信系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)提高通信效率具有重要的作用。但是隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步、媒體業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，3G通信在安全服務(wù)上已經(jīng)顯現(xiàn)出弱勢(shì)，需要相關(guān)通信技術(shù)研究人員針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。

3G通信系統(tǒng)的安全缺陷：3G通信系統(tǒng)主要是使用有線網(wǎng)絡(luò)作為支撐，但是在有線網(wǎng)絡(luò)中，身份驗(yàn)證是一項(xiàng)較為復(fù)雜與困難的問(wèn)題，核心部件之間無(wú)法準(zhǔn)確地識(shí)別彼此，也無(wú)法對(duì)消息源進(jìn)行準(zhǔn)確確認(rèn)，這為通信用戶(hù)的安全帶來(lái)威脅。同時(shí)，通信用戶(hù)的注冊(cè)身份保護(hù)機(jī)制欠缺，有線鏈路上的信息傳遞很容易被截獲或者篡改，進(jìn)而騙取用戶(hù)的信任與接入，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致通信用戶(hù)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失；3G通信系統(tǒng)下的計(jì)費(fèi)問(wèn)題也是較為麻煩的，單鑰體制下缺少客觀仲裁功能，而且其擴(kuò)展功能較差，無(wú)法有效滿(mǎn)足通信用戶(hù)對(duì)安全、遠(yuǎn)距離通信的需求。基于以上3G通信中存在的安全服務(wù)問(wèn)題，通信技術(shù)研究人員創(chuàng)新通信技術(shù)，提高通信的安全性與服務(wù)的優(yōu)質(zhì)性，建立4G通信系統(tǒng)成為通信技術(shù)與通信市場(chǎng)發(fā)展的必然選擇。

二、4G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

4G通信系統(tǒng)具有更加快速的數(shù)據(jù)傳輸功能，影像服務(wù)與三位圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量也更高，同時(shí)4G通信系統(tǒng)采用分布網(wǎng)絡(luò)形式，覆蓋面更加廣泛，能夠有效抵抗電磁干擾，完成多種通信業(yè)務(wù)的有效整合，使通信更加安全、便捷、可靠而富有個(gè)性。在4G通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中以O(shè)FDM技術(shù)為主，還應(yīng)用SA技術(shù)與SDR技術(shù)等，筆者將對(duì)這三種技術(shù)做一一探討。

（一）OFDM技術(shù)（正交頻分復(fù)用技術(shù)）

第一，OFDM技術(shù)概述。FDM技術(shù)是OFDM技術(shù)的前身，通信技術(shù)研究人員將FDM技術(shù)加以改進(jìn)與調(diào)制，形成新型的OFDM技術(shù)。OFDM技術(shù)是將給定信道進(jìn)行劃分，形成多個(gè)小型的子信道，這樣，可以通過(guò)各自的載波調(diào)制與負(fù)荷分配，來(lái)提高整體信號(hào)傳輸質(zhì)量與傳輸速率。另外，OFDM技術(shù)對(duì)子載波頻譜重疊的要求并不是很?chē)?yán)，只要在正交情況下，可以利用OFDM技術(shù)在安全條件下，將子載波的數(shù)據(jù)信息分離出來(lái)。

第二，OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。OFDM技術(shù)具有抗衰落能力強(qiáng)、頻率利用率高、數(shù)據(jù)傳輸速度快等優(yōu)勢(shì)，具體來(lái)說(shuō)，由于OFDM技術(shù)將信道進(jìn)行安全地劃分，使數(shù)據(jù)信息的傳輸是在多個(gè)子信道上進(jìn)行的，這就有效地降低信道的壓力，同時(shí)，在子載波聯(lián)合編碼的情況下，子信道頻率分集也將提高信道對(duì)快衰落的抵抗能力，使系統(tǒng)信道的使用率得到提高；OFDM技術(shù)使用下，信道載波頻譜可以部分重疊，這對(duì)提高頻率的利用效率是有利的；另外，在OFDM技術(shù)下使用加載算法與高效調(diào)制方式，將有效提高數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸速度。

雖然OFDM技術(shù)具有以上的優(yōu)勢(shì)，但是其應(yīng)用上還是存在著一些缺點(diǎn)，需要技術(shù)人員加以改進(jìn)與調(diào)整。OFDM技術(shù)允許子載波的正交重疊，這種情況下，相位噪聲會(huì)被擴(kuò)大，頻偏也會(huì)加劇，這種情況將引起通信性能的下降；OFDM技術(shù)需要復(fù)雜的負(fù)載算法與自適應(yīng)算法，致使系統(tǒng)運(yùn)行難度增加。同時(shí)，時(shí)間與頻率的同步性也是值得注意的問(wèn)題，這也是OFDM系統(tǒng)中較為難解的問(wèn)題。

第三，OFDM技術(shù)在4G中的應(yīng)用。結(jié)合3G通信系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，通信技術(shù)研究人員確定新型的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸方案，主要是應(yīng)用OFDM的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)。正交數(shù)字信號(hào)通過(guò)解幀之后進(jìn)入信道被重新估計(jì)，同時(shí)被移去保護(hù)間隔，進(jìn)行串并變換等過(guò)程，通過(guò)QAM是解調(diào)，達(dá)到高速傳輸信號(hào)數(shù)據(jù)的目的。在OFDM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要注意相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，以達(dá)到理想、安全、可靠的應(yīng)用效果。

（二）SA技術(shù)（智能天線技術(shù)）

SA技術(shù)是通過(guò)不同信號(hào)在傳輸方向上的差異進(jìn)行信號(hào)的區(qū)分的，它可以有效地抵抗信號(hào)之間的干擾，對(duì)數(shù)字波束進(jìn)行智能調(diào)節(jié)等。在4G通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中，SA技術(shù)以全自適應(yīng)與波束切換兩種方式應(yīng)用，主要起到增強(qiáng)特殊信號(hào)、改善信號(hào)質(zhì)量、增加傳輸容量的作用。但是這兩種應(yīng)用方式上都各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，需要通信技術(shù)研究人員針對(duì)其收斂速度慢、錯(cuò)誤收斂、計(jì)算量大等問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，以提高SA技術(shù)的應(yīng)用效率。

（三）SDR技術(shù)（軟件無(wú)線電技術(shù)）

4G通信系統(tǒng)提倡全球通信無(wú)縫化漫游，要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)需要SDR技術(shù)的支持。SDR技術(shù)能夠?qū)⒛M信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程盡可能地接近天線，并強(qiáng)調(diào)利用通用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電功能，這樣則可以保證移動(dòng)終端對(duì)各種類(lèi)型空中接口的適應(yīng)性與業(yè)務(wù)的自由轉(zhuǎn)換性，達(dá)到無(wú)縫漫游的目的。在通用平臺(tái)上，工作頻段、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等都將用軟件來(lái)完成，以提高4G通信系統(tǒng)的靈活性、智能性以及開(kāi)放性。

三、4G通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的挑戰(zhàn)

目前，4G通信系統(tǒng)依然在研究與開(kāi)發(fā)階段，各種核心技術(shù)還不完善，這是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的過(guò)程。在4G通信系統(tǒng)理論研究過(guò)程中，信號(hào)傳輸?shù)乃俣群芸欤窃趯?shí)際應(yīng)用中，受到系統(tǒng)容量的限制，將會(huì)在一定的程度上下降，這會(huì)影響4G通信市場(chǎng)的發(fā)展，給4G通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展帶來(lái)壓力。因此，相關(guān)通信技術(shù)研究人員還必須創(chuàng)新觀念、解決市場(chǎng)壓力、資金運(yùn)轉(zhuǎn)等問(wèn)題，以為4G通信系統(tǒng)的發(fā)展提供條件。

結(jié) 語(yǔ)：

社會(huì)在發(fā)展，科技在進(jìn)步，通信技術(shù)研究人員不斷創(chuàng)新，改善3G系統(tǒng)中存在的技術(shù)、安全、通信數(shù)率等問(wèn)題，并研究制定4G通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足人們對(duì)無(wú)線通信日益提高的要求。雖然4G通信還沒(méi)有正式投入使用，但是相信，隨著相關(guān)通信技術(shù)研究人員的共同努力，4G通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的理論研究越來(lái)越深入，實(shí)踐應(yīng)用也將越來(lái)越純熟，4G通信系統(tǒng)將開(kāi)啟人類(lèi)無(wú)線通信的新篇章，為人們實(shí)現(xiàn)全球漫游、可攜帶業(yè)務(wù)等需求提供技術(shù)支持，使人類(lèi)通信更加安全、便捷、可靠。

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