淺談4G移動通信技術(shù)的發(fā)展
2015-04-29 00:00:00溫世欣
【摘 要】當前，隨著智能手機用戶的劇烈增長和智能機價格的日趨平滑，在3G基礎(chǔ)上進一步擴展和延伸的4G移動通信技術(shù)也在緊張的通信工程研發(fā)下呼之而出，并在其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特征以及相關(guān)技術(shù)等方面閃現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。本文圍繞4G通信技術(shù)，就其特征、主要支撐技術(shù)系統(tǒng)、存在的缺陷和相應(yīng)的安全發(fā)展策略做了一個淺層的初探。
【關(guān)鍵詞】4G；通信技術(shù)；安全缺陷；發(fā)展策略
當前，在全球45億手機用戶的基礎(chǔ)上，移動通信在一步步的發(fā)展中使人與人之間達到了基本上的互聯(lián)，而接下來的就是致力于人與互聯(lián)網(wǎng)間的相互聯(lián)通。在這一過程中，3G移動通信技術(shù)的運用使得智能機在手機用戶中得到了廣泛的普及，更使手機運用系統(tǒng)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。但與此同時，由于3G通信技術(shù)在視頻、影音、信號以及數(shù)據(jù)傳輸量和速度等方面的缺陷，也為了進一步更新優(yōu)化手機系統(tǒng)，在技術(shù)上更為完善的4G移動通信也備受科研者和手機用戶的關(guān)注。
1.4G移動通信技術(shù)的特點
所謂的4G移動通信，就是指在無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，具有高抗干擾的性能、高數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)率和極強的兼容速率的移動通信技術(shù)。據(jù)目前的研發(fā)情況來看，這一移動通信技術(shù)是我國通信行業(yè)在未來5年內(nèi)的研發(fā)核心，并爭取在10年內(nèi)將其投入到商業(yè)化的運用中。與之前的移動通信技術(shù)相比，4G移動通信技術(shù)有以下特點：
首先，全智能化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。與最近的3G移動通信技術(shù)相比，4G以單一的全球范圍的蜂窩核心式網(wǎng)絡(luò)代替了原有的密集型蜂窩式網(wǎng)絡(luò)，其中，全數(shù)字式IP技術(shù)的采用更促使4G超越了原有的邊緣智能化網(wǎng)絡(luò)體系，向全智能化的網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)展。值得一提的是，這一系統(tǒng)支持不同的網(wǎng)絡(luò)接入方式，如WCDNA、Bluetooth等，并且不同的用戶都擁有自己唯一可識別的號碼，不同的系統(tǒng)間通過分層技術(shù)結(jié)構(gòu)的運用而進行有效的互聯(lián)操作。
其次，高效的傳輸速率。通常而言，3G移動通信的傳輸速度在385～2Mbit/s間，而4G則可達20～100Mbit每秒，幾乎是前者的50倍。另外，4G移動通信可以進行真正的無線漫游，從而使各個多媒體和通信主機能與網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)緊密的“無縫連接”。與其它的移動通信相比，4G以其高傳輸速率大大縮短了用戶與用戶間、用戶與網(wǎng)絡(luò)間的時間和空間距離。
再次，高拓展性業(yè)務(wù)。4G移動通信技術(shù)在業(yè)務(wù)范圍內(nèi)進行了擴展，主要圍繞語音、視頻等多媒體業(yè)務(wù)而進行了深度發(fā)掘，與此同時，對信號的穩(wěn)定性也做了改革性的發(fā)展。
最后，費用便宜。4G系統(tǒng)在一定程度上具有很強的靈活性，因此，很多軟件運用起來就比較容易。另外，4G系統(tǒng)是在3G的技術(shù)基礎(chǔ)上建立起來的，因此，在開發(fā)和運用上都節(jié)省了許多費用，其運用成本相對較低，甚至，從系統(tǒng)角度來看，4G將比3G還便宜很多。
2.4G移動通信技術(shù)的支撐技術(shù)系統(tǒng)
4G之所以能在移動通信技術(shù)中嶄露頭角，其先進的技術(shù)支撐是關(guān)鍵。
首先是OFDM（正交頻分復用）。OFDM在4G中主要運用于信道的劃分，原有的寬頻數(shù)據(jù)流在被串并和分流的過程中被劃分為多個窄帶平坦的信道，通過分流來獲得頻帶的高利用率，十分符合寬帶用戶的需求，是移動系統(tǒng)中獲得高速率移動通信的有效技術(shù)。
其次是智能天線。所謂的智能天線，實際上是指波束間沒有切換的自適應(yīng)陣列的天線，它可以解決一些在復雜的電磁環(huán)境中抑制干擾的問題。智能天線在運作的過程中將不同天線組陣中的饋電信號進行處理組合，并根據(jù)不同的環(huán)境和相應(yīng)的要求，對饋電信號進行動態(tài)的調(diào)整，包括其接收和發(fā)射功率的方向等，從而避免天線成形波束在一定空間內(nèi)的相互干擾。
再次是基于IP的核心網(wǎng)。基于全IP的網(wǎng)絡(luò)是4G的核心網(wǎng)，核心網(wǎng)與多樣化的無線網(wǎng)絡(luò)接入之間保持著高度的獨立性，卻可以和工電話網(wǎng)絡(luò)之間相互兼容。核心網(wǎng)的開放式結(jié)構(gòu)使得各種空中接口能無障礙接入，并把相關(guān)的業(yè)務(wù)、傳輸個控制等程序分開來。而在核心網(wǎng)中，IP與多種無線接入方式間是可以兼容的，因此，在進行核心網(wǎng)的設(shè)計時，并不需要考慮無線接入的方式。
最后是MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)。MIMO在4G中的運用，主要在于為系統(tǒng)提供空間復用和空間分散的增益。通過在系統(tǒng)的接收端和發(fā)射端安裝多副天線，多徑分量地進行空間傳播，以便運用多個子道在同一頻道上發(fā)射信號，在天線數(shù)量增加的情況下，信息傳輸容量得以線性增加，從而獲得空間復用的增益。以此同時，利用信道編碼技術(shù)和分集技術(shù)可以獲得分集效益?？梢哉f，MIMO在提高頻譜利用率的同時使無線電的通道性能得到有效地改善，進一步提高其容量和覆蓋的范圍。
3.4G系統(tǒng)的缺陷分析
4G系統(tǒng)是與互聯(lián)網(wǎng)高度結(jié)合的通信系統(tǒng)，因此避免不了受到互聯(lián)網(wǎng)安全性、可控性等一些弱點的影響?？偟膩碚f，4G系統(tǒng)也存在著一些客觀存在的缺陷。
第一，技術(shù)問題難以攻克。目前，盡管4G系統(tǒng)在理論上帶給人們無限的愿景，但就其現(xiàn)實而言，還缺乏一定的先進技術(shù)支撐，例如，就山區(qū)、樓區(qū)和其它一些易容障礙物影響的地區(qū)，如何實現(xiàn)信號強度的平穩(wěn)輸送。另外，對于網(wǎng)絡(luò)移交方面也存在技術(shù)上的難題，當手機跨基站運行時，由于不同基站間的覆蓋區(qū)域有別，所以跨越后會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)失連的問題。
第二，容量受限制。提到4G，最大的特點莫過于其高效的傳輸速度，從理論而言，這一速度是通信系統(tǒng)在質(zhì)上的飛躍，但就實際而言，手機的運行速度和系統(tǒng)容量間是相互影響的，當手機用戶到達一定程度時，在有限的系統(tǒng)容量下，很容易發(fā)生由容量被過度分散而帶來的速度緩慢問題。
第三，沒有統(tǒng)一的標準。目前的3G通信，在全國范圍內(nèi)是可以統(tǒng)一運行的，但若放到國際上，則缺乏一個統(tǒng)一標準。如何讓各種移動通信在全球范圍內(nèi)超越互斥而實現(xiàn)兼容，是4G移動系統(tǒng)目前的一大空白。
4.4G系統(tǒng)的安全發(fā)展策略
第一，專業(yè)人才的培養(yǎng)。目前，4G系統(tǒng)還處于大規(guī)模的研發(fā)過程中，而這一過程極度缺乏資深專業(yè)人員，因此，人才的培養(yǎng)迫在眉睫。這就需要全球通信業(yè)的共同努力，進行有效的資源共享和相互借鑒，以各種方式進行技術(shù)研發(fā)、市場等方面的合作與交流。
第二，相關(guān)設(shè)施的及時跟進。由于目前4G通信系統(tǒng)處于科研狀態(tài)，因此，很多得以開發(fā)的技術(shù)并沒能及時獲得相應(yīng)的設(shè)施跟進。例如，WAP手機推出后，用戶并未能及時獲得其相關(guān)信息，卻承擔著相關(guān)信息的費用，收費系統(tǒng)嚴重滯后。因此，在研發(fā)過程中，要注重技術(shù)、產(chǎn)品、設(shè)施的配套生產(chǎn)，避免由于設(shè)施或者其它環(huán)節(jié)的脫節(jié)而影響系統(tǒng)的運行。
第三，注重系統(tǒng)的滲入式升級。所謂的滲入式升級，是指4G系統(tǒng)在未來取代3G系統(tǒng)時應(yīng)注重一個循序漸進的過程，目前甚至未來的十年內(nèi)，是3G系統(tǒng)的成熟和4G系統(tǒng)的起步相互交叉的時期，因此，4G系統(tǒng)若想在將來得到可觀的市場占有率，應(yīng)該在目前就做好與3G系統(tǒng)間的滲入工作，在現(xiàn)階段逐步進行有利于自己未來發(fā)展的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、設(shè)施等的更新工作。
5.結(jié)語
目前，4G系統(tǒng)雖然還面臨一系列的研發(fā)困難，還未能真正投入運用，但其潛力是無可估量的，相信在全球力量下，這一愿景很快就能得以實現(xiàn)。 [科]
【參考文獻】
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