4G移动通讯网络技术探析

李霄中国电信

4G移动通讯网络技术探析

李霄
中国电信

摘要：随着科学技术的发展，人们对通信网络的要求越来越高，现代通讯已经由原来的2G、3G网络通讯技术发展成现在的4G移动通讯网络技术。4G移动通讯网络技术不受时间和空间的限制，网络宽带可随客户的需求随意接入，因此得到了广泛的应用。

关键词：4G移动；通讯网络；技术探析

1.前言

移动4G通讯网络技术是在原来的通讯基础上，利用新的通讯技术来提高无线通讯的网络效率。虽然3G移动通讯技术能够为人们提供一个高速传输的无线通信环境，但随着4G移动通讯时代的到来，3G移动通讯技术受到了较大的冲击。4G移动通讯技术相比较3G移动通讯技术，具有更高速、更快捷的运行效率，是一种不需要电缆信息作为支撑的超级高速信息技术。4G移动通讯技术时代的到来，为人们带来的全新的体验，具有较强的使用性，能够有效缩短城乡间的通讯技术差距。

2.4G移动通讯技术的概念及发展现状

2.14G移动通讯技术的概念

4G移动通讯技术是指通过技术改革后的第四代移动通讯技术，其通讯技术相对3G移动通讯技术而言，具有高速的运行效率，是在3G移动通讯的基础上，对网络传输速率的改革。4G移动通讯技术可快速进行视频及音频数据的传输，最高可以达到150Mb⁃ps的下行速度，和50Mbps的上行速率，比目前所用的家用、办公宽带拥有大幅度提升。4G移动通讯技术有着优越的使用功能，几乎满足现代消费者对无线通讯服务的所有要求。4G移动通讯技术按照网络结合可分为四个层级，也就是物理网络层级、中间缓冲层级、应用层级。一般来说，物理网络层级主要供用户的网络接入，并提供路由功能，允许用户通过通讯设备终端接入4G网络。这一层级的功能对4G移动通讯技术来说代表着新通讯技术的革新，主要是由核心网络及无线通讯技术构成。而中间缓冲层主要提供的是地址转换、安全管理、QoS映射。应用层提供业务管理及加载功能，为用户提供网络体验服务。

2.24G移动通讯技术的发展现状

从目前的发展来看，我国4G移动通讯网络及时已正式进入商用晋级阶段，但由于4G网络的铺设尚不完善，使得我国相比美韩等网络铺设技术较成熟的国家而言，网络技术应用依然具有一定的落后。另外，4G移动网络通讯的推广依然存在着诸多技术问题。

（1）软件研发的速度较慢。在4G网络时代下，手机功能不断增加，使得无线网络也随之变得更加复杂而强大。从技术层面来说，4G移动通信技术功能的增强，在一定程度上造成了无线网络建设的难度，且与之配套的软件也需要加强创新、升级，满足4G高速网络运行需要。但由于我国的4G移动通信技术仍处于开发阶段，与之相应的系统设备及技术还不完善，容易对软件的开发形成阻碍。

（2）基础设施不完善、标准不统一。3G移动网络通讯技术在使用中一大突出的问题是没有形成统一标准，使得通讯系统没有兼容性。而在4G移动通讯网络环境下，依然面临这一标准不统一的问题。另外，无线设施要由原来的3G网络系统变为现在的4G网络系统，还具有一定的难度，因为在4G网络部署前，无线设施几乎为3G网络系统，要实现彻底的转换，建设相应的无线网络设施，还需要相当长的一段时间才能够完成。

3.4G移动通讯网络技术的应用与优势

3.14G移动通讯网络技术的应用

4G移动通讯技术相比较3G移动通讯技术来说，对我国手机用户的影响更显著。4G移动通讯技术时代是一个全新无线网络时代，为人们的生活提供了便利，并丰富着人们的生活和娱乐，对人民生活质量的提高具有重要的影响。随4G移动通讯网络时代的到来，中国电信开始大力推广4G手机，4G移动通讯设备在传输质量、服务质量更具有智能性给安全性，能够为4G手机用户提供便利的网络支持。

目前中国电信4G主要采用的是FDD-LTE标准,是国际主流4G技术，使用的国家多、覆盖的范围广、支持的机型多、技术最成熟，网速也最快。人们利用电信4G移动通讯设备，便能够在任何时间、任何地域满足看电影、在线游戏、传送大文件等3G网络难以达到的使用需求。

3.24G移动通讯网络技术的优势

（1）高速的数据传输效率。4G移动通讯网络技术与前几代通信技术相比，数据传输效率更高，且4G移动网络通信技术在研发中，采用了大量的现代技术，并由路由技术为网络架构，引进了相应的交换技术。4G移动网络通讯技术含了不同种类的的通信接口，使得4G网络运行速度得到大大提升，传输速度可达10Mbps-20Mbps。

（2）加强的通信灵活性。4G移动通信技术高速而快捷，采用了智能化技术，能够采用进行资源的分配，用户可随心所欲的使用终端设备来进行数据资料的传输，且不受时间、地点的限制，不用担心流量受阻或无线网络受限，采用智能信息处理技术，确保视频、通话的情绪安全，并保证用户在购物、游戏中能够随心所欲，享受4G通讯技术带来的便捷。

（3）较强的网络兼容性。4G移动网络通讯技术具有较强的网络兼容性，能够实现全球统一通讯系统标准，保证所有的移动4G用户能够都享受到4G移动通讯网络技术便捷、智能、安全、高效的服务，实现任何一部移动手机能够在任何地点进行正常通信。

（4）融合多种业务。4G移动通讯网络及时具有较强的智能性，能够融合多种业务，为用户提供个性化的智能服务。4G移动的多种业务包括会议电视、虚实业务、图像业务等，保证任何用户在任意地方都能够获取相应信息，为用户提供便利、安全的网络通讯环境。

（5）一定的增值服务。3G移动通信技术主要以CDMA为主，而4G移动通信技术则是以OFDM也就是正交频分复用为核心，利用OFDM，能够实现无线区域环路、数字音讯广播等业务的增值服务。

4.4G移动通讯网络关键技术的分析

4.14G移动通讯网络的智能天线技术

智能天线技术也就是SA技术，主要是采用天线的原理，来进行无线通信。这种技术最突出的优点就是能够有效消除干扰、扩大区域半径。SA技术应用数字信号的处理技术，产生一定的空间定向波束，使其能够对准用户信号方向，抑制或排除信号干扰[1]。智能天线技术还能够对目标用户加以跟踪，分析用户周边环境变化，消除用户信号干扰因素，通过上下行链路，实现有用信号的提取。智能天线技术可以保证信号质量，最大限度的减少建设成本，扩大数据的传输容量，是一种具有较强实用性的技术。

4.24G移动通讯网络中的软件无线电技术

软件无线电技术又称为SDR技术，在4G网络系统中，为了满足用户的任意地点网络接入需求，就需要转化终端接口，并对网络环境及相关业务进行转换。一般来说，4G移动通讯网络技术与之相应的软件开发较复杂，在使用无线网络时，需要以硬件作为平台，将无线网络和通信功能经过编程软件，进行多信号的传输。无线电技术一般需要通过较宽的频带作为无线信号的接收支撑，利用数字模拟变换器，实现通信功能。

4.34G移动通讯网络中的正交频分复用技术

正交频分复用技术有称为OFDM技术，是4G移动通信技术中的核心技术，也是一种无线网络环境下的高速传输技术。正交频分复用技术主要是在频域内将相应的定信到分为较多的正交子信道，并在每交子信道上使用子载波进行传输、调试，对具有干扰性的信号进行消除。正交频分复用技术还能够对窄道干扰及频率进行选择性的消除，有效减少子载波之间的干扰，提高频谱的利用效率。正交频分复用技术具有一定的使用优势，包括较强的抗干扰性及载波性，并能够充分利用频谱资源，结合时分、频分，灵活支持该项业务。

4.44G移动通讯网络中的多输入多输出技术

多输入多输出技术有称为MIMO技术，主要采用的是分立式多天线，是一种利用多发射及多接收天线进行空间分集的技术。多输入多输出技术能够有效将通信的链路分解成细小的并行子通道，通过这些并行子通道来提高传输容量。一般来说，当不同的发射天线及不同的接收天线互不相关时，多输入多输出技术系统能够提高较好的抗噪音能力与抗衰落能力，形成巨大的容量。

4.54G移动通讯网络中的软件无线电技术

软件无线电技术主要是在靠近天线的范围，运用宽带D/A及A/D转换器，最带限度的利用软件定义无线通讯功能，并利用软件来进行信号处理，实现软件各功能。一般来说，软件无线电技术采用不同空中接口的多模式手机和基站，实现各种应用的可变QoS。

4.64G移动通讯网络中的IP核心网

4G移动通讯网络的IP核心网与以往的通讯网络相比具有更多的优点，能能够实现不同网络间的无缝互联网。另外，IP核心网具有独立性，独立于各无线接入方案，能够提供相应的终端IP服务，与PST形成兼容。4G移动通讯网络采用IP后，采用的无线接入方式、协议，与核心网络的协议、链路层的相对独立分离。

4.74G移动通讯网络中的多用户检测技术

多用户检测技术为宽带CDMA通讯系统中的抗干扰关键技术。一般，在CDMA通信系统内，各用户的信号间存在一定的相关联性，因此需要使用多址干扰。个体用户产生的多址干扰通常都不大，但是随着信号功率的增强，用户数量的增多，就使得多址干扰成为了宽度CDMA通讯系统内的最主要干扰。以往的检查是按照直接序列扩频理论这种经典检查技术对每一用户的信号进行扩频码匹配进行处理的，所以这种系统的抗多址干扰能力较弱。而4G移动通讯网络即时中的多用户检查技术，是在以往检查技术的基础上发展而成的。多用户检查技术是利用造成用户多址干扰信号的信息，来对单一用户进行信号的检查，使得这种技术具有较良好的抗干扰能力，并针对远景效应问题有突破性的解决，所以能够利用链路频谱，增加系统信息容量。虽然不同高性能用户检查法不断推出，但多用户检查技术在4G移动通讯网络技术中依然具有较强的实用性、可行性。

5.4G移动通讯网络面临的安全问题及其防范对策

5.14G移动通讯网络技术面临的安全问题

（1）无线网络安全。4G移动通讯网络构建的无线网络，是一个更为开放、自由、便利的网络，具有较高速的传输速率。但而正是因为4G移动通讯网络下的无线网开放程度较高，因此使得一些病毒软件、黑客等有了可乘之机，严重危害了4G移动用户的财产安全、隐私安全等。另外，4G移动无线网络接入信道内的传输速率、有效数据一般会被限制，因此安全管理操作较难。

（2）移动终端安全。随着4G移动通讯网络时代的到来，各大生产上开始发起智能设备商业大战，以iPhone、华为、三星等为主的手机厂商几乎占领了整个移动终端市场，使得4G智能手机得到普及。但随之而来便是因终端应用软件增多，而带来的木马病毒威胁，对终端设备的程序启动及运行进行破坏。

（3）网络实体安全。4G移动通讯网络的出现，虽然丰富了人们的精神世界，给人们的生活带来了便捷，但也对网络实体造成较大的威胁[2]。网络实体是指4G移动通讯网络构建下的接入网络实体、核心网络实体。这两种网络实体一旦受到网络攻击，就会出现非法篡改、恶意攻击现象，且4G移动下的无线网接入信道带宽及数量有限，使得这种恶意攻击行会造成一定范围内的威胁。

以上几个问题在3G移动通讯网络普及的同时便已产生，如今日趋严重。

5.24G移动通讯网络技术的防范对策

（1）健全安全体系。我国现阶段4G移动通讯网络技术，仍处于完善、探索、发展的阶段。因此，各方面的网络技术、应用技术还不成熟稳定[3]。针对4G移动通讯网络安全问题，首先需要构建适应4G网络及通讯的安全体系，保证通讯网络安全有章可循。健全4G移动通讯网络安全体系包括实现用户身份、用户系统、应用身份的实体认证，并结合双向认证及单项认证两种模式，保证各个用户的合法性，形成安全可靠的无线网络防护体系。

（2）优化加密策略。虽然4G移动通讯网络的应用范围已经较广泛，但4G移动通讯网络的数据加密还没有形成彻底的变革，很多数据加密方式还在沿用以往私人秘钥体系。所以，为了保护用户账户安全、财产安全、隐私安全，就需要优化加密策略，尽量避免使用单一传统私人秘钥方式，将混合密码、私人秘钥、公共密钥等充分结合起来，并融合生物识别技术、量子密码技术、椭圆曲线密码技术，增加密码的破译难度，有效杜绝非法访问、数据泄露、恶意篡改、等网络安全破坏行为。

（3）设置高级防火墙。4G移动网络的快速，使得户下载文件、传输数据越来越无障碍，但网络病毒、非法访问、木马病毒等也随之而来。因此，要提高4G移动通讯网络安全，一定要设置一道安全保护屏障，防止各种肆意入侵行为。4G移动通讯网络下的防护墙高级设置，需要加强木马病毒、非法入侵、非法访问等的识别能力，利用更加严密的防火墙设置，对网络安全隐患进行预防，并加强应对非法入侵的解决、处理能力，制定出相应的网络安全预防体制，在网络遭受大量非法入侵时，防火墙可以立即启动应急预案，保护无线网络安全。

6.结束语

4G移动通讯网络在应用方面具有较强的优越性，对于社会经济发展具有较大的推动作用。所以，各移动通讯运营商要更加重视4G移动通讯网络技术的运用，抓住机遇，加强对通讯技术的研发、探索，完善各运行软件的使用功能，提高无线网络的安全性，为用户创建一个健康、安全、稳定、高速、便捷的移动通讯网络。

参考文献：

[1]马云剑.论4G移动通讯技术的特点与应用[J].通讯世界, 2015(22):12-13.

[2]姚飙,吴臻.浅谈移动通信4G网络的系统结构与关键技术[J].中国新通信,2015(01):48.

[3]张华.移动通讯技术未来的发展趋势[J].中国新通信,2014 (15):42-43.

作者简介：李霄（1982－），男，上海人，工程师，学士，主要研究方向：通信网络。