李霄中國電信

4G移動通訊網(wǎng)絡技術探析

李霄
中國電信

摘要：隨著科學技術的發(fā)展，人們對通信網(wǎng)絡的要求越來越高，現(xiàn)代通訊已經(jīng)由原來的2G、3G網(wǎng)絡通訊技術發(fā)展成現(xiàn)在的4G移動通訊網(wǎng)絡技術。4G移動通訊網(wǎng)絡技術不受時間和空間的限制，網(wǎng)絡寬帶可隨客戶的需求隨意接入，因此得到了廣泛的應用。

關鍵詞：4G移動；通訊網(wǎng)絡；技術探析

1.前言

移動4G通訊網(wǎng)絡技術是在原來的通訊基礎上，利用新的通訊技術來提高無線通訊的網(wǎng)絡效率。雖然3G移動通訊技術能夠為人們提供一個高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境，但隨著4G移動通訊時代的到來，3G移動通訊技術受到了較大的沖擊。4G移動通訊技術相比較3G移動通訊技術，具有更高速、更快捷的運行效率，是一種不需要電纜信息作為支撐的超級高速信息技術。4G移動通訊技術時代的到來，為人們帶來的全新的體驗，具有較強的使用性，能夠有效縮短城鄉(xiāng)間的通訊技術差距。

2.4G移動通訊技術的概念及發(fā)展現(xiàn)狀

2.14G移動通訊技術的概念

4G移動通訊技術是指通過技術改革后的第四代移動通訊技術，其通訊技術相對3G移動通訊技術而言，具有高速的運行效率，是在3G移動通訊的基礎上，對網(wǎng)絡傳輸速率的改革。4G移動通訊技術可快速進行視頻及音頻數(shù)據(jù)的傳輸，最高可以達到150Mb?ps的下行速度，和50Mbps的上行速率，比目前所用的家用、辦公寬帶擁有大幅度提升。4G移動通訊技術有著優(yōu)越的使用功能，幾乎滿足現(xiàn)代消費者對無線通訊服務的所有要求。4G移動通訊技術按照網(wǎng)絡結合可分為四個層級，也就是物理網(wǎng)絡層級、中間緩沖層級、應用層級。一般來說，物理網(wǎng)絡層級主要供用戶的網(wǎng)絡接入，并提供路由功能，允許用戶通過通訊設備終端接入4G網(wǎng)絡。這一層級的功能對4G移動通訊技術來說代表著新通訊技術的革新，主要是由核心網(wǎng)絡及無線通訊技術構成。而中間緩沖層主要提供的是地址轉換、安全管理、QoS映射。應用層提供業(yè)務管理及加載功能，為用戶提供網(wǎng)絡體驗服務。

2.24G移動通訊技術的發(fā)展現(xiàn)狀

從目前的發(fā)展來看，我國4G移動通訊網(wǎng)絡及時已正式進入商用晉級階段，但由于4G網(wǎng)絡的鋪設尚不完善，使得我國相比美韓等網(wǎng)絡鋪設技術較成熟的國家而言，網(wǎng)絡技術應用依然具有一定的落后。另外，4G移動網(wǎng)絡通訊的推廣依然存在著諸多技術問題。

（1）軟件研發(fā)的速度較慢。在4G網(wǎng)絡時代下，手機功能不斷增加，使得無線網(wǎng)絡也隨之變得更加復雜而強大。從技術層面來說，4G移動通信技術功能的增強，在一定程度上造成了無線網(wǎng)絡建設的難度，且與之配套的軟件也需要加強創(chuàng)新、升級，滿足4G高速網(wǎng)絡運行需要。但由于我國的4G移動通信技術仍處于開發(fā)階段，與之相應的系統(tǒng)設備及技術還不完善，容易對軟件的開發(fā)形成阻礙。

（2）基礎設施不完善、標準不統(tǒng)一。3G移動網(wǎng)絡通訊技術在使用中一大突出的問題是沒有形成統(tǒng)一標準，使得通訊系統(tǒng)沒有兼容性。而在4G移動通訊網(wǎng)絡環(huán)境下，依然面臨這一標準不統(tǒng)一的問題。另外，無線設施要由原來的3G網(wǎng)絡系統(tǒng)變?yōu)楝F(xiàn)在的4G網(wǎng)絡系統(tǒng)，還具有一定的難度，因為在4G網(wǎng)絡部署前，無線設施幾乎為3G網(wǎng)絡系統(tǒng)，要實現(xiàn)徹底的轉換，建設相應的無線網(wǎng)絡設施，還需要相當長的一段時間才能夠完成。

3.4G移動通訊網(wǎng)絡技術的應用與優(yōu)勢

3.14G移動通訊網(wǎng)絡技術的應用

4G移動通訊技術相比較3G移動通訊技術來說，對我國手機用戶的影響更顯著。4G移動通訊技術時代是一個全新無線網(wǎng)絡時代，為人們的生活提供了便利，并豐富著人們的生活和娛樂，對人民生活質量的提高具有重要的影響。隨4G移動通訊網(wǎng)絡時代的到來，中國電信開始大力推廣4G手機，4G移動通訊設備在傳輸質量、服務質量更具有智能性給安全性，能夠為4G手機用戶提供便利的網(wǎng)絡支持。

目前中國電信4G主要采用的是FDD-LTE標準,是國際主流4G技術，使用的國家多、覆蓋的范圍廣、支持的機型多、技術最成熟，網(wǎng)速也最快。人們利用電信4G移動通訊設備，便能夠在任何時間、任何地域滿足看電影、在線游戲、傳送大文件等3G網(wǎng)絡難以達到的使用需求。

3.24G移動通訊網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢

（1）高速的數(shù)據(jù)傳輸效率。4G移動通訊網(wǎng)絡技術與前幾代通信技術相比，數(shù)據(jù)傳輸效率更高，且4G移動網(wǎng)絡通信技術在研發(fā)中，采用了大量的現(xiàn)代技術，并由路由技術為網(wǎng)絡架構，引進了相應的交換技術。4G移動網(wǎng)絡通訊技術含了不同種類的的通信接口，使得4G網(wǎng)絡運行速度得到大大提升，傳輸速度可達10Mbps-20Mbps。

（2）加強的通信靈活性。4G移動通信技術高速而快捷，采用了智能化技術，能夠采用進行資源的分配，用戶可隨心所欲的使用終端設備來進行數(shù)據(jù)資料的傳輸，且不受時間、地點的限制，不用擔心流量受阻或無線網(wǎng)絡受限，采用智能信息處理技術，確保視頻、通話的情緒安全，并保證用戶在購物、游戲中能夠隨心所欲，享受4G通訊技術帶來的便捷。

（3）較強的網(wǎng)絡兼容性。4G移動網(wǎng)絡通訊技術具有較強的網(wǎng)絡兼容性，能夠實現(xiàn)全球統(tǒng)一通訊系統(tǒng)標準，保證所有的移動4G用戶能夠都享受到4G移動通訊網(wǎng)絡技術便捷、智能、安全、高效的服務，實現(xiàn)任何一部移動手機能夠在任何地點進行正常通信。

（4）融合多種業(yè)務。4G移動通訊網(wǎng)絡及時具有較強的智能性，能夠融合多種業(yè)務，為用戶提供個性化的智能服務。4G移動的多種業(yè)務包括會議電視、虛實業(yè)務、圖像業(yè)務等，保證任何用戶在任意地方都能夠獲取相應信息，為用戶提供便利、安全的網(wǎng)絡通訊環(huán)境。

（5）一定的增值服務。3G移動通信技術主要以CDMA為主，而4G移動通信技術則是以OFDM也就是正交頻分復用為核心，利用OFDM，能夠實現(xiàn)無線區(qū)域環(huán)路、數(shù)字音訊廣播等業(yè)務的增值服務。

4.4G移動通訊網(wǎng)絡關鍵技術的分析

4.14G移動通訊網(wǎng)絡的智能天線技術

智能天線技術也就是SA技術，主要是采用天線的原理，來進行無線通信。這種技術最突出的優(yōu)點就是能夠有效消除干擾、擴大區(qū)域半徑。SA技術應用數(shù)字信號的處理技術，產(chǎn)生一定的空間定向波束，使其能夠對準用戶信號方向，抑制或排除信號干擾[1]。智能天線技術還能夠對目標用戶加以跟蹤，分析用戶周邊環(huán)境變化，消除用戶信號干擾因素，通過上下行鏈路，實現(xiàn)有用信號的提取。智能天線技術可以保證信號質量，最大限度的減少建設成本，擴大數(shù)據(jù)的傳輸容量，是一種具有較強實用性的技術。

4.24G移動通訊網(wǎng)絡中的軟件無線電技術

軟件無線電技術又稱為SDR技術，在4G網(wǎng)絡系統(tǒng)中，為了滿足用戶的任意地點網(wǎng)絡接入需求，就需要轉化終端接口，并對網(wǎng)絡環(huán)境及相關業(yè)務進行轉換。一般來說，4G移動通訊網(wǎng)絡技術與之相應的軟件開發(fā)較復雜，在使用無線網(wǎng)絡時，需要以硬件作為平臺，將無線網(wǎng)絡和通信功能經(jīng)過編程軟件，進行多信號的傳輸。無線電技術一般需要通過較寬的頻帶作為無線信號的接收支撐，利用數(shù)字模擬變換器，實現(xiàn)通信功能。

4.34G移動通訊網(wǎng)絡中的正交頻分復用技術

正交頻分復用技術有稱為OFDM技術，是4G移動通信技術中的核心技術，也是一種無線網(wǎng)絡環(huán)境下的高速傳輸技術。正交頻分復用技術主要是在頻域內將相應的定信到分為較多的正交子信道，并在每交子信道上使用子載波進行傳輸、調試，對具有干擾性的信號進行消除。正交頻分復用技術還能夠對窄道干擾及頻率進行選擇性的消除，有效減少子載波之間的干擾，提高頻譜的利用效率。正交頻分復用技術具有一定的使用優(yōu)勢，包括較強的抗干擾性及載波性，并能夠充分利用頻譜資源，結合時分、頻分，靈活支持該項業(yè)務。

4.44G移動通訊網(wǎng)絡中的多輸入多輸出技術

多輸入多輸出技術有稱為MIMO技術，主要采用的是分立式多天線，是一種利用多發(fā)射及多接收天線進行空間分集的技術。多輸入多輸出技術能夠有效將通信的鏈路分解成細小的并行子通道，通過這些并行子通道來提高傳輸容量。一般來說，當不同的發(fā)射天線及不同的接收天線互不相關時，多輸入多輸出技術系統(tǒng)能夠提高較好的抗噪音能力與抗衰落能力，形成巨大的容量。

4.54G移動通訊網(wǎng)絡中的軟件無線電技術

軟件無線電技術主要是在靠近天線的范圍，運用寬帶D/A及A/D轉換器，最帶限度的利用軟件定義無線通訊功能，并利用軟件來進行信號處理，實現(xiàn)軟件各功能。一般來說，軟件無線電技術采用不同空中接口的多模式手機和基站，實現(xiàn)各種應用的可變QoS。

4.64G移動通訊網(wǎng)絡中的IP核心網(wǎng)

4G移動通訊網(wǎng)絡的IP核心網(wǎng)與以往的通訊網(wǎng)絡相比具有更多的優(yōu)點，能能夠實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的無縫互聯(lián)網(wǎng)。另外，IP核心網(wǎng)具有獨立性，獨立于各無線接入方案，能夠提供相應的終端IP服務，與PST形成兼容。4G移動通訊網(wǎng)絡采用IP后，采用的無線接入方式、協(xié)議，與核心網(wǎng)絡的協(xié)議、鏈路層的相對獨立分離。

4.74G移動通訊網(wǎng)絡中的多用戶檢測技術

多用戶檢測技術為寬帶CDMA通訊系統(tǒng)中的抗干擾關鍵技術。一般，在CDMA通信系統(tǒng)內，各用戶的信號間存在一定的相關聯(lián)性，因此需要使用多址干擾。個體用戶產(chǎn)生的多址干擾通常都不大，但是隨著信號功率的增強，用戶數(shù)量的增多，就使得多址干擾成為了寬度CDMA通訊系統(tǒng)內的最主要干擾。以往的檢查是按照直接序列擴頻理論這種經(jīng)典檢查技術對每一用戶的信號進行擴頻碼匹配進行處理的，所以這種系統(tǒng)的抗多址干擾能力較弱。而4G移動通訊網(wǎng)絡即時中的多用戶檢查技術，是在以往檢查技術的基礎上發(fā)展而成的。多用戶檢查技術是利用造成用戶多址干擾信號的信息，來對單一用戶進行信號的檢查，使得這種技術具有較良好的抗干擾能力，并針對遠景效應問題有突破性的解決，所以能夠利用鏈路頻譜，增加系統(tǒng)信息容量。雖然不同高性能用戶檢查法不斷推出，但多用戶檢查技術在4G移動通訊網(wǎng)絡技術中依然具有較強的實用性、可行性。

5.4G移動通訊網(wǎng)絡面臨的安全問題及其防范對策

5.14G移動通訊網(wǎng)絡技術面臨的安全問題

（1）無線網(wǎng)絡安全。4G移動通訊網(wǎng)絡構建的無線網(wǎng)絡，是一個更為開放、自由、便利的網(wǎng)絡，具有較高速的傳輸速率。但而正是因為4G移動通訊網(wǎng)絡下的無線網(wǎng)開放程度較高，因此使得一些病毒軟件、黑客等有了可乘之機，嚴重危害了4G移動用戶的財產(chǎn)安全、隱私安全等。另外，4G移動無線網(wǎng)絡接入信道內的傳輸速率、有效數(shù)據(jù)一般會被限制，因此安全管理操作較難。

（2）移動終端安全。隨著4G移動通訊網(wǎng)絡時代的到來，各大生產(chǎn)上開始發(fā)起智能設備商業(yè)大戰(zhàn)，以iPhone、華為、三星等為主的手機廠商幾乎占領了整個移動終端市場，使得4G智能手機得到普及。但隨之而來便是因終端應用軟件增多，而帶來的木馬病毒威脅，對終端設備的程序啟動及運行進行破壞。

（3）網(wǎng)絡實體安全。4G移動通訊網(wǎng)絡的出現(xiàn)，雖然豐富了人們的精神世界，給人們的生活帶來了便捷，但也對網(wǎng)絡實體造成較大的威脅[2]。網(wǎng)絡實體是指4G移動通訊網(wǎng)絡構建下的接入網(wǎng)絡實體、核心網(wǎng)絡實體。這兩種網(wǎng)絡實體一旦受到網(wǎng)絡攻擊，就會出現(xiàn)非法篡改、惡意攻擊現(xiàn)象，且4G移動下的無線網(wǎng)接入信道帶寬及數(shù)量有限，使得這種惡意攻擊行會造成一定范圍內的威脅。

以上幾個問題在3G移動通訊網(wǎng)絡普及的同時便已產(chǎn)生，如今日趨嚴重。

5.24G移動通訊網(wǎng)絡技術的防范對策

（1）健全安全體系。我國現(xiàn)階段4G移動通訊網(wǎng)絡技術，仍處于完善、探索、發(fā)展的階段。因此，各方面的網(wǎng)絡技術、應用技術還不成熟穩(wěn)定[3]。針對4G移動通訊網(wǎng)絡安全問題，首先需要構建適應4G網(wǎng)絡及通訊的安全體系，保證通訊網(wǎng)絡安全有章可循。健全4G移動通訊網(wǎng)絡安全體系包括實現(xiàn)用戶身份、用戶系統(tǒng)、應用身份的實體認證，并結合雙向認證及單項認證兩種模式，保證各個用戶的合法性，形成安全可靠的無線網(wǎng)絡防護體系。

（2）優(yōu)化加密策略。雖然4G移動通訊網(wǎng)絡的應用范圍已經(jīng)較廣泛，但4G移動通訊網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)加密還沒有形成徹底的變革，很多數(shù)據(jù)加密方式還在沿用以往私人秘鑰體系。所以，為了保護用戶賬戶安全、財產(chǎn)安全、隱私安全，就需要優(yōu)化加密策略，盡量避免使用單一傳統(tǒng)私人秘鑰方式，將混合密碼、私人秘鑰、公共密鑰等充分結合起來，并融合生物識別技術、量子密碼技術、橢圓曲線密碼技術，增加密碼的破譯難度，有效杜絕非法訪問、數(shù)據(jù)泄露、惡意篡改、等網(wǎng)絡安全破壞行為。

（3）設置高級防火墻。4G移動網(wǎng)絡的快速，使得戶下載文件、傳輸數(shù)據(jù)越來越無障礙，但網(wǎng)絡病毒、非法訪問、木馬病毒等也隨之而來。因此，要提高4G移動通訊網(wǎng)絡安全，一定要設置一道安全保護屏障，防止各種肆意入侵行為。4G移動通訊網(wǎng)絡下的防護墻高級設置，需要加強木馬病毒、非法入侵、非法訪問等的識別能力，利用更加嚴密的防火墻設置，對網(wǎng)絡安全隱患進行預防，并加強應對非法入侵的解決、處理能力，制定出相應的網(wǎng)絡安全預防體制，在網(wǎng)絡遭受大量非法入侵時，防火墻可以立即啟動應急預案，保護無線網(wǎng)絡安全。

6.結束語

4G移動通訊網(wǎng)絡在應用方面具有較強的優(yōu)越性，對于社會經(jīng)濟發(fā)展具有較大的推動作用。所以，各移動通訊運營商要更加重視4G移動通訊網(wǎng)絡技術的運用，抓住機遇，加強對通訊技術的研發(fā)、探索，完善各運行軟件的使用功能，提高無線網(wǎng)絡的安全性，為用戶創(chuàng)建一個健康、安全、穩(wěn)定、高速、便捷的移動通訊網(wǎng)絡。

參考文獻：

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[3]張華.移動通訊技術未來的發(fā)展趨勢[J].中國新通信,2014 (15):42-43.

作者簡介：李霄（1982－），男，上海人，工程師，學士，主要研究方向：通信網(wǎng)絡。