论文部分内容阅读
摘 要：随着通信科技的不断发展，移动通信技术与环境更为复杂，通信技术研究人员致力于开发新型的无线通信系统，以促进新无线通信时代的来临。在3G通信的基础上，通用无线通信系统（4G）的研究已经开展，在4G通信系统技术的支持下，移动通信变得更加安全、便捷、可靠。本文主要探讨4G通信的关键技术与应用问题，以期为相关通信技术研究人员提供一些参考。
关键词：4G通信；关键技术；应用
科技与经济的发展，促使着人们对移动通信提出更高的要求，虽然3G通信部分满足了人们对无线通信的需求，但是通信技术研究人员依然在不断地研究与创新，提出4G通信理念，随着研究的不断深入，4G通信无论是在理论研究还是在实践应用方面都取得了喜人的成果，为人们实现更加安全、便捷、可靠的无线通信提供可能。在此，笔者将这对4G通信系统中所涉及的关键技术进行简要介绍，并探讨4G通信系统关键技术的应用问题，希望能够与相关通信技术研究人员共同提高。
一、4G通信系统研究的重要性
目前，通信市场对3G的使用正在普及阶段，这是通信技术与通信市场发展的必然结果。作为新一代的移动通信系统，3G具有更加明显的优势，它的通信传输速度更加快捷、宽带也比2G宽上许多，同时应用UMTS框架作为通信系统的主要结构，对提高通信效率具有重要的作用。但是随着社会的不断进步、媒体业务的不断增长以及网络技术的发展，3G通信在安全服务上已经显现出弱势，需要相关通信技术研究人员针对问题进行分析与探讨。
3G通信系统的安全缺陷：3G通信系统主要是使用有线网络作为支撑，但是在有线网络中，身份验证是一项较为复杂与困难的问题，核心部件之间无法准确地识别彼此，也无法对消息源进行准确确认，这为通信用户的安全带来威胁。同时，通信用户的注册身份保护机制欠缺，有线链路上的信息传递很容易被截获或者篡改，进而骗取用户的信任与接入，严重时导致通信用户出现经济损失；3G通信系统下的计费问题也是较为麻烦的，单钥体制下缺少客观仲裁功能，而且其扩展功能较差，无法有效满足通信用户对安全、远距离通信的需求。基于以上3G通信中存在的安全服务问题，通信技术研究人员创新通信技术，提高通信的安全性与服务的优质性，建立4G通信系统成为通信技术与通信市场发展的必然选择。
二、4G通信系统的关键技术及其应用
4G通信系统具有更加快速的数据传输功能，影像服务与三位图像传输的质量也更高，同时4G通信系统采用分布网络形式，覆盖面更加广泛，能够有效抵抗电磁干扰，完成多种通信业务的有效整合，使通信更加安全、便捷、可靠而富有个性。在4G通信系统设计中以OFDM技术为主，还应用SA技术与SDR技术等，笔者将对这三种技术做一一探讨。
（一）OFDM技术（正交频分复用技术）
第一，OFDM技术概述。FDM技术是OFDM技术的前身，通信技术研究人员将FDM技术加以改进与调制，形成新型的OFDM技术。OFDM技术是将给定信道进行划分，形成多个小型的子信道，这样，可以通过各自的载波调制与负荷分配，来提高整体信号传输质量与传输速率。另外，OFDM技术对子载波频谱重叠的要求并不是很严，只要在正交情况下，可以利用OFDM技术在安全条件下，将子载波的数据信息分离出来。
第二，OFDM技术的优缺点。OFDM技术具有抗衰落能力强、频率利用率高、数据传输速度快等优势，具体来说，由于OFDM技术将信道进行安全地划分，使数据信息的传输是在多个子信道上进行的，这就有效地降低信道的压力，同时，在子载波联合编码的情况下，子信道频率分集也将提高信道对快衰落的抵抗能力，使系统信道的使用率得到提高；OFDM技术使用下，信道载波频谱可以部分重叠，这对提高频率的利用效率是有利的；另外，在OFDM技术下使用加载算法与高效调制方式，将有效提高数据信号的传输速度。
虽然OFDM技术具有以上的优势，但是其应用上还是存在着一些缺点，需要技术人员加以改进与调整。OFDM技术允许子载波的正交重叠，这种情况下，相位噪声会被扩大，频偏也会加剧，这种情况将引起通信性能的下降；OFDM技术需要复杂的负载算法与自适应算法，致使系统运行难度增加。同时，时间与频率的同步性也是值得注意的问题，这也是OFDM系统中较为难解的问题。
第三，OFDM技术在4G中的应用。结合3G通信系统的应用经验，通信技术研究人员确定新型的数据信号传输方案，主要是应用OFDM的接收机实现。正交数字信号通过解帧之后进入信道被重新估计，同时被移去保护间隔，进行串并变换等过程，通过QAM是解调，达到高速传输信号数据的目的。在OFDM技术应用过程中，需要注意相关参数的设定，以达到理想、安全、可靠的应用效果。
（二）SA技术（智能天线技术）
SA技术是通过不同信号在传输方向上的差异进行信号的区分的，它可以有效地抵抗信号之间的干扰，对数字波束进行智能调节等。在4G通信系统的实验应用中，SA技术以全自适应与波束切换两种方式应用，主要起到增强特殊信号、改善信号质量、增加传输容量的作用。但是这两种应用方式上都各自有各自的优缺点，需要通信技术研究人员针对其收敛速度慢、错误收敛、计算量大等问题进行改进，以提高SA技术的应用效率。
（三）SDR技术（软件无线电技术）
4G通信系统提倡全球通信无缝化漫游，要想实现这个目标需要SDR技术的支持。SDR技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，并强调利用通用平台实现无线电功能，这样则可以保证移动终端对各种类型空中接口的适应性与业务的自由转换性，达到无缝漫游的目的。在通用平台上，工作频段、数据格式、加密模式、通信协议等都将用软件来完成，以提高4G通信系统的灵活性、智能性以及开放性。
三、4G通信系统实际应用的挑战
目前，4G通信系统依然在研究与开发阶段，各种核心技术还不完善，这是一个长期而艰巨的过程。在4G通信系统理论研究过程中，信号传输的速度很快，但是在实际应用中，受到系统容量的限制，将会在一定的程度上下降，这会影响4G通信市场的发展，给4G通信系统的实际应用与发展带来压力。因此，相关通信技术研究人员还必须创新观念、解决市场压力、资金运转等问题，以为4G通信系统的发展提供条件。
结 语：
社会在发展，科技在进步，通信技术研究人员不断创新，改善3G系统中存在的技术、安全、通信数率等问题，并研究制定4G通信系统的标准，以满足人们对无线通信日益提高的要求。虽然4G通信还没有正式投入使用，但是相信，随着相关通信技术研究人员的共同努力，4G通信系统关键技术的理论研究越来越深入，实践应用也将越来越纯熟，4G通信系统将开启人类无线通信的新篇章，为人们实现全球漫游、可携带业务等需求提供技术支持，使人类通信更加安全、便捷、可靠。
参考文献：
[1] 林志勇．论第四代移动通信(4G)关键技术[J]. 商品与质量?学术观察，2011，（07）.
[2] 周云鹏．“第四代移动通信技术”---4G概述[J]. 数字技术与应用，2010，（09）.
[3] 陈良明，韩泽耀．OFDM---第四代移动通信的主流技术[J]. 计算机技术与发展，2008，（03）.
[4] 吴钟海，王洪源，钱文霞．基于第四代移动通信系统的关键技术研究[J]. 数字技术与应用，2010，（08）.
[5] 刘翔宇，郑建宏．基于4G关键技术的OFDM及SC-FDE研究[J]. 通信技术，2008，（06）.
关键词：4G通信；关键技术；应用
科技与经济的发展，促使着人们对移动通信提出更高的要求，虽然3G通信部分满足了人们对无线通信的需求，但是通信技术研究人员依然在不断地研究与创新，提出4G通信理念，随着研究的不断深入，4G通信无论是在理论研究还是在实践应用方面都取得了喜人的成果，为人们实现更加安全、便捷、可靠的无线通信提供可能。在此，笔者将这对4G通信系统中所涉及的关键技术进行简要介绍，并探讨4G通信系统关键技术的应用问题，希望能够与相关通信技术研究人员共同提高。
一、4G通信系统研究的重要性
目前，通信市场对3G的使用正在普及阶段，这是通信技术与通信市场发展的必然结果。作为新一代的移动通信系统，3G具有更加明显的优势，它的通信传输速度更加快捷、宽带也比2G宽上许多，同时应用UMTS框架作为通信系统的主要结构，对提高通信效率具有重要的作用。但是随着社会的不断进步、媒体业务的不断增长以及网络技术的发展，3G通信在安全服务上已经显现出弱势，需要相关通信技术研究人员针对问题进行分析与探讨。
3G通信系统的安全缺陷：3G通信系统主要是使用有线网络作为支撑，但是在有线网络中，身份验证是一项较为复杂与困难的问题，核心部件之间无法准确地识别彼此，也无法对消息源进行准确确认，这为通信用户的安全带来威胁。同时，通信用户的注册身份保护机制欠缺，有线链路上的信息传递很容易被截获或者篡改，进而骗取用户的信任与接入，严重时导致通信用户出现经济损失；3G通信系统下的计费问题也是较为麻烦的，单钥体制下缺少客观仲裁功能，而且其扩展功能较差，无法有效满足通信用户对安全、远距离通信的需求。基于以上3G通信中存在的安全服务问题，通信技术研究人员创新通信技术，提高通信的安全性与服务的优质性，建立4G通信系统成为通信技术与通信市场发展的必然选择。
二、4G通信系统的关键技术及其应用
4G通信系统具有更加快速的数据传输功能，影像服务与三位图像传输的质量也更高，同时4G通信系统采用分布网络形式，覆盖面更加广泛，能够有效抵抗电磁干扰，完成多种通信业务的有效整合，使通信更加安全、便捷、可靠而富有个性。在4G通信系统设计中以OFDM技术为主，还应用SA技术与SDR技术等，笔者将对这三种技术做一一探讨。
（一）OFDM技术（正交频分复用技术）
第一，OFDM技术概述。FDM技术是OFDM技术的前身，通信技术研究人员将FDM技术加以改进与调制，形成新型的OFDM技术。OFDM技术是将给定信道进行划分，形成多个小型的子信道，这样，可以通过各自的载波调制与负荷分配，来提高整体信号传输质量与传输速率。另外，OFDM技术对子载波频谱重叠的要求并不是很严，只要在正交情况下，可以利用OFDM技术在安全条件下，将子载波的数据信息分离出来。
第二，OFDM技术的优缺点。OFDM技术具有抗衰落能力强、频率利用率高、数据传输速度快等优势，具体来说，由于OFDM技术将信道进行安全地划分，使数据信息的传输是在多个子信道上进行的，这就有效地降低信道的压力，同时，在子载波联合编码的情况下，子信道频率分集也将提高信道对快衰落的抵抗能力，使系统信道的使用率得到提高；OFDM技术使用下，信道载波频谱可以部分重叠，这对提高频率的利用效率是有利的；另外，在OFDM技术下使用加载算法与高效调制方式，将有效提高数据信号的传输速度。
虽然OFDM技术具有以上的优势，但是其应用上还是存在着一些缺点，需要技术人员加以改进与调整。OFDM技术允许子载波的正交重叠，这种情况下，相位噪声会被扩大，频偏也会加剧，这种情况将引起通信性能的下降；OFDM技术需要复杂的负载算法与自适应算法，致使系统运行难度增加。同时，时间与频率的同步性也是值得注意的问题，这也是OFDM系统中较为难解的问题。
第三，OFDM技术在4G中的应用。结合3G通信系统的应用经验，通信技术研究人员确定新型的数据信号传输方案，主要是应用OFDM的接收机实现。正交数字信号通过解帧之后进入信道被重新估计，同时被移去保护间隔，进行串并变换等过程，通过QAM是解调，达到高速传输信号数据的目的。在OFDM技术应用过程中，需要注意相关参数的设定，以达到理想、安全、可靠的应用效果。
（二）SA技术（智能天线技术）
SA技术是通过不同信号在传输方向上的差异进行信号的区分的，它可以有效地抵抗信号之间的干扰，对数字波束进行智能调节等。在4G通信系统的实验应用中，SA技术以全自适应与波束切换两种方式应用，主要起到增强特殊信号、改善信号质量、增加传输容量的作用。但是这两种应用方式上都各自有各自的优缺点，需要通信技术研究人员针对其收敛速度慢、错误收敛、计算量大等问题进行改进，以提高SA技术的应用效率。
（三）SDR技术（软件无线电技术）
4G通信系统提倡全球通信无缝化漫游，要想实现这个目标需要SDR技术的支持。SDR技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，并强调利用通用平台实现无线电功能，这样则可以保证移动终端对各种类型空中接口的适应性与业务的自由转换性，达到无缝漫游的目的。在通用平台上，工作频段、数据格式、加密模式、通信协议等都将用软件来完成，以提高4G通信系统的灵活性、智能性以及开放性。
三、4G通信系统实际应用的挑战
目前，4G通信系统依然在研究与开发阶段，各种核心技术还不完善，这是一个长期而艰巨的过程。在4G通信系统理论研究过程中，信号传输的速度很快，但是在实际应用中，受到系统容量的限制，将会在一定的程度上下降，这会影响4G通信市场的发展，给4G通信系统的实际应用与发展带来压力。因此，相关通信技术研究人员还必须创新观念、解决市场压力、资金运转等问题，以为4G通信系统的发展提供条件。
结 语：
社会在发展，科技在进步，通信技术研究人员不断创新，改善3G系统中存在的技术、安全、通信数率等问题，并研究制定4G通信系统的标准，以满足人们对无线通信日益提高的要求。虽然4G通信还没有正式投入使用，但是相信，随着相关通信技术研究人员的共同努力，4G通信系统关键技术的理论研究越来越深入，实践应用也将越来越纯熟，4G通信系统将开启人类无线通信的新篇章，为人们实现全球漫游、可携带业务等需求提供技术支持，使人类通信更加安全、便捷、可靠。
参考文献：
[1] 林志勇．论第四代移动通信(4G)关键技术[J]. 商品与质量?学术观察，2011，（07）.
[2] 周云鹏．“第四代移动通信技术”---4G概述[J]. 数字技术与应用，2010，（09）.
[3] 陈良明，韩泽耀．OFDM---第四代移动通信的主流技术[J]. 计算机技术与发展，2008，（03）.
[4] 吴钟海，王洪源，钱文霞．基于第四代移动通信系统的关键技术研究[J]. 数字技术与应用，2010，（08）.
[5] 刘翔宇，郑建宏．基于4G关键技术的OFDM及SC-FDE研究[J]. 通信技术，2008，（06）.