武文学 王文成 冯雷

【摘要】    在3G移动通信技术之后，通信行业迅速提出4G技术，并积极建设4G技术，促使4G技术占据移动通信的行业领域。4G技术具备诸多优势，传输速率快、安全性能高，体现移动通信的价值。4G通信技术的发展，并不是处于完善状态，因此，木文通过对4G的LTE技术进行研究，分析4G技术的发展。

【关键词】    4G    LTE    通信

一、4G技术的相关介绍

1.1 4G技术的概念

4G是移动通信技术发展过程中的第四代移动通信网络。相比3G网络，4G网络技术在速率和性能上具有较高的用户感知，是我国出现移动通讯系统的新变革和，它是在3G的基础上的一个提升，并且依靠无线网技术的支撑出现的新系统。4G网络技术具有高兼容性特点，该网络应用广泛，能适用于不同业务需求，在网络服务上大大提升了用户感知效率。4G网络技术在技术及标准规定上也大大提高了用户的使用效果，特别是在不同业务速率上给用户带来满意的感知，在技术标准规定上，国际电信联盟规定同小区下4G无线网络静态传输速率为1Gbit/s，多小区切换环境传输速率下要求达到100Mbit/s，所以，在高效的技術规范要求下，4G无线网络给人民带来了质的变化。

在智能设备发展的推动下，无线通信网络也随之发展变化，由模拟信号到数字信号，再从3G技术发展为现在的高速率、高兼容性、数字IP技术的4G网络技术也走进了人们的生活。4G无线网络技术特点主要体现在无线传输方面，特别是在高清视频播放下载、大文件下载传输等业务上体现的特别明显。4G无线网络的另一个技术特点就是具有较高的容量承载，并以全数字IP网络架构进行建设，建设成本及维护成本较低、网络兼容性强、业务广泛等特点。

1.2 4G无线网的关键技术

1、 OFDM技术特点。OFDM技术在4G无线网络系统中起到了关键性作用，将定信道分解成众多的窄正交子信道，通过子载波对每一个子信道来实现调制，并行传输子载波间，让信号波能够很协调的存在于一个空间，不受到各自的干扰。OFDM正交频分复用技术主要解决了高传输速率下，无线信号波形失真、传输效率差等问题。OFDM这一关键性技术主要解决了4G网络高速率网络传输所遇见的问题，所以，OFDM技术已成为4G无线网络系统中相关技术的核心。

2、MIMO技术特点。MIMO技术是解决4G无线网络高容量问题的主要技术手段，它是采用多输入多输出的方式实现的，MIMO的技术核心就在信号的无线侧增加多路的收发天线来实现多通道传输的效果，使高高容量用户在不同通道内传输，互不干扰对方，从而达到高速率传输效果。通过MIMO技术在空间上把不同的信息通过不同的管道进行传输，不仅大大改善了高容量、高速率下的用户效果，而且也解决了在有限的传输资源的情况下寻求高容量、高速率传输的矛盾问题，这样也大大提高了频带资源的利益效率，从而也提高了无线网络的覆盖区域及覆盖效果。

3、软件无线电技术特点。软件定义无线电对我国的通信系统有着重大的作用，是唯一能够结合不同的通信技术成功实现连接的技术。在4G环境下，通讯系统的发展更加先进完善，软件也在以往的基础上进入到一个新的发展阶段。随着通信技术的发展，为了提高无线网络质量及效率，软件定义无线电技术从而迎刃而出。软件定义无线电技术的主要优势在于它能同时运行多个软件系统，从而形成了不同形式、不同层次的通信模式，基于此，移动终端能无障碍进入各个不同的系统。

1.3 4G的主要技术特点

4G的主要技术特点主要包含以下五个方面：第一、高容量、传输速率达到100Mbit/s，传输快的特点。第二、兼容性强。4G技术的接口比较开放，可以跟各种网络连接起来，就算在异构系统也没有问题。第三、无缝覆盖。4G技术比较规范标准很明确，适用性比较强，能够匹配各种载体的连接。第四、4G网络的智能化系统，4G网络系统可以智能化根据用户需求自动匹配无线网络。第五、4G网络的个性化服务系统，在社会发展及通信技术更新的基础上，4G无线网络为人们的个性化服务提供了基础保障。总之，4G无线网络技术是社会发展及智能设备出现所推动的产物，它不仅大大提高无线网络性能也满足了人们日益增长的网络传输速率的需求。

二、LTE 技术原理与对比分析

LTE可以有效的升级原有的3G网络架构，主要运行的是扁平化的网络结构，这根以往的3G技术是完全不一样的，接入口也有相关的限制，只能介入Node B，在4G无线网络架构中，取消了以往3G的RNC无线网络控制器节点。LTE无线网络架构主要包括无线核心网层、基站层和用户设备层这三方面节点。其中，4G网络架构的核心是EPC，MME实现EPC信令处理功能; eNodeB主要实现接入网的连接，而E-UTRAN;UE就是我们通常所说的用户终端设备。

2.1 4G无线网的基本传输方式

4G无线网络传输方式相比3G时代已经有了很大的改进，4G无线网络空口传输技术采用的是OFDM技术。TD LTE和LTE FDD都采用O FDM A来达到正交频分的多址来对其上下行实现多址运行。

2.2 4G无线网的双工方式

4G网络具有两种双工方式，即TDD和FDD方式，其中，FDD采用的是在相同的时间内通过上下行不同频带上传输信号。整体来说有下面几个明显的特征：有更大的空间在频谱的配置上，能够发挥出高效的作用;在上下行资源的比例上可以灵活设置，对非对称的护分组业务能够起到更大的帮助;基于行到对称这一点，让系统得到进一步的完善;TDD双工方式对网络有全网同步的要求，所以对于协调小区间的干扰上北京场运用。但是TDD在运行的双工方式目前主要有以下的阻碍。1、TDD跟FDD相比，复杂程度更高。不但要匹配FDD系统上下行的干扰，达到上行干扰上行，下行干扰下行的效果，而且因为各小区在上下行的时隙配置也不一样，也会出现上行干扰下行，下行干扰上行的这种情况。2、TDD双工系统的主要特点是对系统在时间同步上要求较高。3、 TDD双工方式主要是采用时间隔离上下行信号的，在传送上会有一定延迟。

2.3帧结构

帧结构是指无线帧的结构，通过帧结构，让数据的发送时间有严格的规定能做到更准确的收发。LTE FDD采用的帧结构如下图所示，通过图中可以看出LTE FDD的帧结构为一个无线帧长度为l0ms，一个无线帧包含10个子帧，其中，每个子帧是由长度为0.5 ms两个时隙组成。

TD-LTE的帧结构如下图所示，通过图可以看出，它的帧结构与3G网络TD-SCDMA帧结构相同，其帧结构如图2所示。

通过上图可以看出，TD LTE的帧结构是由长度为5ms两个半帧组成。每一个半帧是由8个常规时隙和DwPTS，GP和UpPTS三个特殊时隙组成。为了用户需求及高的传输性能，根据实际需求可以灵活配置特殊时隙。

TDD系统与 FDD系统相比，能够对上下行的资源根据实际需要灵活的配置，去最大化实现资源的有效利用，发挥出更大的运用效果在不同的业务类型上。TDD系统可以通过设置下行子帧多于上行子帧的比例来打造出某些特定的业务场景，让资源得到最大化的利用。但是这其中也有一些问题，主要是系统的不够完善，所以在同步时会造成系统间上下行彼此的干扰，对TD-LTE的功能发挥造成发挥的阻碍。

2.4多天线技术

多天线技术常被运用于在LTE系统。

MIMO技术的运行原理是通过分解用户的数据带来多项数据流的并行，能在特定的带宽内完成多个天线的发射在同一时刻，通过无线信道，被不同的天线接收。同时通过分析研究并行数据流的特征，来进行技术的解调，让数据能够还原到最初的数据状态。3G PP定义了LTE的九种传输模式（表1）。

4G无线网络为了无线信号在传输过程中，检测信道质量及效果，采用专用的导频的波束赋形技术，所以，在TDD-LTE系统中R8定义了传输模式7。在4G网络发展过程中，为了满足高容量及高业务需求，R9定义了TD –LTE双流传输系统，从而实现了波束赋形与空间复用技术的相结合。传输模式8可以采用非预编码矩阵指示（PMI）或PMI两种反馈方式。

三、4G通讯技术发展存在的安全问题

4G通讯技术被推出后，获得了广泛的运用，移动通讯网速也到了很大的提升，网络信号也有进一步加强。虽然获得了很好的推广和发展，但是在发展过程中也有各种问题，最主要的问题就是安全性，这里所说的安全性并不是指某一方面，而是涉及到各个方面。安全隐患问题是4G通讯技术需要加强完善的重点。通过相关研究发现，其安全性主要来自以下几个方面：首先是人为因素导致。从我国打开国门进行经济发展改革开放以来到如今已有四十年的时间，我国在经济改革开放后，走向新的时代发展道路，打开国门走向国际，获得了更多的资源和市场，引入国外先进的技术以及先进的管理经验不断完善我国市场经济的大力发展，经济跟以前相比有重大的提升，不论是经济还是社会文化都呈现出一篇繁荣的状态，人们的生活水平也得到了很大的改善，从以往的温饱都困难走向了小康水平。在此发展背景下人们对4G有了更多的需求，4G对人们的生活影响很大，有很多的用途，從目前我国的4G通讯技术的发展现状来看，技术还有很大的上升空间，特别是安全性还得不到保障，有很大的安全隐患。黑客可以针对系统的漏洞进行攻击，来获取相应的数据信息，让人们的安全隐私遭受到破坏，损害了他们的权益。除了这些黑客甚至制造一些病毒来入侵到计算机网络系统，如果没有进行有效及时的检测，会让计算机网络出现系统崩溃，无法正常运行使用。系统如果没有得到有效的防护会严重损害到用户的信息，对客户的伤害是无法预估的。其次网络安全防护系统并不完善稳固。4G通讯技术从被开发出来到投入使用并没有很长的时间，在这么短的时间内根本就无法去实现科学的技术发展制度，在各方面都存在不足之处，还有很大的提升完善空间。特别是在安全防护上没有做到位，让4G的进一步发展运用受到了很大的影响。安全防护问题成了目前4G通讯技术亟待解决的问题。还有就是没有标准的安全配置来有效防控安全。4G通讯技术需要各类网络架构和编程来实现，在这个过程中如果不加强安全管理和防控，会4G通讯网络运行相对缓慢。最后是病毒的入侵。跟我们常见到的木马病毒一样，4G通讯网络的病毒的入侵也是这个入侵原理，有一些违法份子用自己专业的计算机理论知识和时间操作能力来进行违法入侵，通过病毒的植入来破坏网络系统，达到违法获取用户隐私数据的结果。

作者简介：

武文学，男，生于1986年12月，在2010年7月从沈阳工业大学毕业，获得学士学位，所学专业是电子信息工程，目前在辽宁邮电规划设计院有限公司任职，职位是网络工程师，主要工作内容是LTE/5G移动通信网络技术研究、网络规划优化及工程咨询设计工作，通信地址：辽宁省沈阳市东陵区（浑南新区）金科街7号，邮编：110179;

参  考  文  献

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