【4G通信技术及应用研究综述9300字（论文）】

G通信技术及应用研究综述目录TOC\o"1-3"\h\u14391第一章4G网络的概念 185541.14G简介 1212461.24G通信技术 11900第二章4G通讯技术的特点 273152.1OFDM技术 2235492.2软件无线电 378222.3智能天线（SA） 37200第三章基于4G通信的尾矿库安全在线监测系统的应用 4154983.1在线监测系统概述 454053.2基于4G通信的尾矿库安全在线监测系统架构 436803.3基于4G通信的分布式一体化数据采集单元设计 6185143.4应用案例及使用效果 723864第四章4G通信技术的问题 9313664.1安装程序存在漏洞 9251054.2网络黑客攻击 9129904.3网络病毒入侵 96585第五章4G通信安全技术的创新与发展 11196965.1建立4G通信系统的安全机制 11249035.2改变密码体制 1199825.3发展新型4G网络密码技术 11265135.4加强4G用户的安全防范意识 12253155.5其他安全策略 129018结束语 1320221谢辞 1414923参考文献 15第一章4G网络的概念1.14G简介4G又叫做beyond3G(超3G),是各种无线高新技术的结合体系。它结合了目前3G的扩展型高新技术,融3G网络技术功能与无线LAN系统功能于一身。4G将拥有比3G网络技术的速率更快,上网频率更宽、上网灵活性、智能度更大、兼容性能更平滑.可以实现更高效的数字多媒体通讯,并且网络资费划算的优点或者是技术优势。4G规划总体目标将达到无线遍布全世界,并且提供无缝的高品质的无线业务。而4G则涵盖了所有目前正在应用和今后正在应用中的无线高新技术张家荣.4G通信的关键技术与发展趋向研究论述[J].电子世界,2017,(13):94.张家荣.4G通信的关键技术与发展趋向研究论述[J].电子世界,2017,(13):94.1.24G通信技术关于4G通讯技术的新定义,如今,已经在产业界与学术界中取得了共识,他们重新界定第四代移动通讯技术标准为:第四代移动通讯技术标准是一个综合功能的宽带通讯体系,是一项全球引领的移动科技。以IP为基准、拥有大于2Mb/s的非对称性传输能力,是它的主要特征刘海勇．中国移动4G网络建设模式探讨［J］．信息通信，2016,(12):220-221．刘海勇．中国移动4G网络建设模式探讨［J］．信息通信，2016,(12):220-221．第二章4G通讯技术的特点智能在第4代的移动技术体系中体现得十分突出,它通过拟采用的智能手段,能够按照现实需求完成信息资源,同时对不同的各类复杂情况中实现信息的正常接收,正是由于智能信息处理科学技术的普遍使用。随着4G规范的提出,为了解决设备兼容性难题、应用并存性难题,并顺应网络的现实情况和信道要求,第4代移动体系中可以实现对设施进行具体管理,以便满足低速、高速应用中与不同用户设施并存性和交互的需要,并最终使各种各样的应用的复杂性需要得以实现。将多媒体视频沟通、个人沟通、信息系统广播与娱乐信息服务等功能统一为一个总体,是将来互联网科学技术发展的必须趋向。未来4G网络科技可以更多地满足的多样化的实际需求,也可以提供更不同规格要求的信息业务,从而实现宽带和综合等多种业务需求。但相对于传统3G的数据通信网络系统,4G数据通信网络科技将更加复杂,也更为前沿,以各类新科学技术为基础将促使4G网路科学技术的出现并变为事实。而其中前沿的科学技术,主要涉及OFDM、软件无线电、智能天线、手机IPv六等,因此本文将详尽阐述各类科学技术的有关内涵。2.1OFDM技术OFDM信息技术亦称为正交频分复合信息技术。将经串并变换后传送的高速度串连式数据或低速率运行数据流,将它们在子通道上并联传送,而后再使用彼此正交的载波经过调制,经重叠后一同传送尾随式其后,终于,再使用相干的载波接受端经过相干重叠后接受,但最终恢复的原告诉数据仍需要再经串变周俊霞.论4G通信技术的应用及发展前景[J].中国科技博览，201周俊霞.论4G通信技术的应用及发展前景[J].中国科技博览，2018.随着科技的发展而越来越加快,各种数据信息的传输速度也在不断的增加,因此高速公路的各种数据通信系统本身的特性受到了多种多样的影响。而产生这些问题的主要因素就是由信息发送器和电话接收机之间具有许多不同的时延无线传递途径而导致的。通信工程中的多径效果则是导致电话接收机受到信号时延、相位和幅度而出现了不同传输信号的重叠情况,从而导致了无谓的故障产生。想要对这些问题进行更高效的处理,从本质上实现高速数据信息的业务,就需要采用一定的科技措施,来对码间干扰的问题加以更高效的处理,而信道均衡又是对抗码间干扰的传统技能,所以如果数据信息的效率相对较高时,仅仅采用单载波传输,就需要专业设计数十个,以至于上百个抽头的均衡器,但是这个方法也具有一定的科技问题,给硬件的设计工作带来了一定的困难。所以既要实现对抗码间干扰的效果,又能够减少复杂性,同时还能够更有效的对大量数据信息进行传输,就可以采用OFDM信息技术来实现,它在各种数据通讯中也具有广阔的应用。2.2软件无线电软件无线电的实际工作原理,首先是为了将宽带模数转换器(A/D)及数模转换器(D/A)等更高层次的模组和对射频传输天线控制系统的需要尽可能的贴近,从而界定了无线控制功能可以尽快多的运用于软件控制系统。软无线电系统(SDR)是一个开放性体系结构的技术,其实现各种无线电通信系统功能基本上是依靠软加载方法,同时也是将规范性、模块化的软硬件基础技术功能单元经一通过硬件平台姚克玮.4G通信技术的简析与探讨[J].硅谷，201姚克玮.4G通信技术的简析与探讨[J].硅谷，2018.2.3智能天线（SA）按照使用者的反应,他们希望接受到干净整洁的无线电讯号,以避免干扰信号的影响。而第四代移动通讯技术则运用新型智能天线系统技术,使用了特别的原理。智能天线往往是一个双向天线系统。人们常常将智能天线安装在生产基地的工作现场,而且它往往主要是使用一个稳定天线单元来获得其方向性,同时由于能够实现可编程的电子相位关系,它也往往还能够附带。并且得到基地和各个移动塔台相互之间的链路走向就是智能天线的一项功能。智能天线系统技术主要是利用空时多址的思维技术来实现,对信息在空间传播上产生的差异加以充分的利用,将同码道、同频段以及同时隙的信息加以合理的划分,并采用动态的方法来将信息的传播范围加以改变,将主波束与目标用户的位置对齐,将零陷和旁瓣与干扰信息的位置加以对齐,起能够对使用者加以手动跟踪,并对周围的信息情况加以有效的监控,为不同应用中提供了优质的上、下游链路信息,并由此来达到了抑制打扰的效果,从而对有效信息加以更精确的获取杨超，梅康，陈金鹰，朱军.施4G通信技术及其应用前景[J].通信与信息技术，2019杨超，梅康，陈金鹰，朱军.施4G通信技术及其应用前景[J].通信与信息技术，2019.基于4G通信的尾矿库安全在线监测系统的应用尾矿库安全在线监测系统能实时提供尾矿库监测数据，在尾矿库的日常管理中不可或缺。但尾矿库所处的自然环境复杂，系统供电通信条件恶劣，监测系统运行稳定性无法保证，这是目前国内尾矿库在线监测系统一个急需解决的难点。3.1在线监测系统概述影响在线监测系统稳定运行的因素主要有：设备选型、安装质量、辅助设施（供电、通信、雷电防护等）运行的稳定性。其中，设备本身的性能由当前的装备水平决定，安装使用后，其稳定性无法进一步提升，供电和通信等辅助设施的运行稳定性成为保障系统稳定运行的主要因素。改进提高供电通信系统稳定性问题，已经有很多的研究，大多是通过综合使用现有技术和提高防护措施等方法提高系统稳定性。例如，冗余配置无线和有线通信技术，提高供电通信的雷电防护等措施［１－２］，这些措施能起到一定的改进作用，但增加了系统的故障节点，建设和维护成本提高，不能从根本上解决稳定性问题。目前通信技术分为有线通信和无线通信两类，长距离有线通信技术中应用最广泛的是光纤通信技术，其特点是带宽高、抗干扰、稳定可靠，但通信线路建设和维护费用高、一旦线路损坏，影响整体系统的通信。尤其是尾矿库所处地区往往比较偏僻，通信线路长，线路建设和维护成本高，损坏的修复时间长。对于野外一定区域范围内自组网应用模式可以使用的无线通信技术有多种，如：80211a/h、WLAN.ZigBee.LTE-M和Lora等，这些无线通信技术的参数指标各不相同，影响其应用的主要因素是供电功耗大小、数据传输的带宽和信号覆盖范围等，在尾矿库安全监测的使用上都有其局限性，不能完全满足使用要求。移动通信发展到第四代，其数字蜂窝网具有数据传送率高、覆盖面广阔、可升级性强等优点，尤其是它利用公用网络，维护成本低，网络稳定性好，使用范围广。因此，基于4G通信技术构建无线传感网在各行业的应用中都具有巨大的优势。本文重点介绍基于4G通信的尾矿库在线监测系统的实现方式和实际应用效果。3.2基于4G通信的尾矿库安全在线监测系统架构尾矿库安全在线监测系统架构从数据处理和系统使用功能角度，通常分为“监测数据采集传输”“监测数据分析和管理”“远程监管和技术服务”三个层次，其中，“数据采集传输”与“数据分析和管理”两个层次各自形成功能子系统，通过数据通信接口相关联，数据通信方式采用有线传输或者无线传输方式，目前使用最多的是光纤有线传输，系统总体架构如图1所示。图1基于有线传输的尾矿库安全在线监测系统架构示意图图2基于4G通信技术的尾矿库安全在线监测系统架构示意图这种有线通信架构往往供电也采用集中有线供电方式，其最大的问题是通信和供电线路的建设和维护费用高、容易受环境和气候影响，尤其是尾矿库这种比较恶劣的野外环境，雷电通过线缆侵入在线监测系统导致的设备故障率很高，严重影响系统整体稳定性孙纲.浅析移动4G通信关键技术及应用[J].网络通信，2019（04）。随着4G通信技术的引进，研发基于4G无线通信技术的分布式供电、通信一体化数据采集装备，实现数据采集装备的高度集成化、模块化，可以有效解决上述问题。如图2孙纲.浅析移动4G通信关键技术及应用[J].网络通信，2019（04）3.3基于4G通信的分布式一体化数据采集单元设计基于4G通信的在线监测系统关键点是研制分布式的供电通信一体化数据采集单元，该单元要完成数据采集、数据传输和供电等主要功能。其结构设计如图３所示，数据采集模块接入传感器数据进行采集和处理，数据传输模块实现数据的转换和传输，供电管理模块实现电源的控制和存储管理。同时，该单元还要求实现高度集成和小型化、模块化等辅助设计高飞，平立.浅谈4G无线网络安全[J].科技资讯，201高飞，平立.浅谈4G无线网络安全[J].科技资讯，2017（04）：88~89.其中，基于4G通信技术的数据传输模块具有数据转换和传输功能，将采集数据转换成ＩＰ协议数据，利用4G通信网络传输至远程数据端口。该数据传输模块采用高性能GSM模块实现监测数据的转换和传输。该模块在900MHz/1800MHz的.GSM网络环境下工作,工作电压为3.3~4.8V,正常工作电流为300mA,峰值电流为500~1000mA,工作的温度范围为一25~70C。该模块使用40pinZIF接口，支持标准的AT命令集,本系统对其进行控制就是通过发送相应的AT命令实现。模块没有内置天线,提供了1个GSC接口用于外接天线。为增强信号以及便于安装,系统采用吸盘式的.GSM天线。图4是其内部原理框图。图3分布式一体化数据采集传输单元示意图图4数据传输模块功能原理图数据采集模块和电源管理模块的原理本文暂不介绍，其功能支持多种格式的数据采集，采集模块具有数据存储、查询、计算、输出等功能，集成度高，并采取低功耗、高防护设计，适应不同环境使用。基于4G通信技术的数据传输模式应用于尾矿库在线监测有以下几个主要优势：①通信设备功耗低，容易实现单个或少数传感器的数据采集、供电、通信一体化设计，实现分布式供电和数据采集功能；②数据传输网络为公用移动网络，无需维护，网络稳定性很好；③通信费用按流量或使用时间记取，4G移动网络的通信费用越来越低廉，数据传输成本很低张丽.无线网络安全的思考[J].硅谷，201张丽.无线网络安全的思考[J].硅谷，2017（01）：23~24.3.4应用案例及使用效果某中线法尾矿库，地处南方多雨环境，汛期雷电危害很大，属于强雷暴区，其安全监测的难度大，对在线监测系统的稳定性要求高。该尾矿库原安全在线监测系统的供电通信系统采用有线传输，线路损坏严重，维护工作量很大，系统的故障率高，运行不稳定。为提高系统稳定性，设计采用基于4G通信技术的尾矿库安全在线监测系统。系统采用基于4G通信的分布式一体化数据采集传输单元完成系统的数据采集传输和供电功能。该单元模块内配置数据采集模块、通信和4G通信模块、太阳能控制器、充电电池等，实现数据采集、转换、传输、供电、通信等功能一体化集成设计，形成分布式一体化数采单元，将数据采集、通信和供电功能集成，采用封闭式铸铝机盒设计，防水接头，具有良好的防水防潮性能。该尾矿库安全在线监测系统共配置分布式一体化数采单元模块50套，汛期运行超过180ｄ，总体故障率低于3％，大大提高了系统总体稳定性。与原系统的使用效果比较见表１。表1基于4G通信技术的监测系统与原有线通信系统的运行效果比较序号对比项目原有线通讯系统基于4G无线通讯系统1建设成本源系统供电通讯线路达10km以上，建设成本高无线路费用2受雷电干扰和损坏情况因线路引人雷电损坏设备的概率很高,维护困难,平均每年故障次数大于10次设备的雷电损坏概率小,设备本身的防护性高，运行1年设备通信供电故障次数少于2次3系统维护、通信成本线路维护困难,受环境、施工、人为因素影响大,平均每年线路维护次数不少于2次,成本大于10万元无线路维护、50套数据流量卡,通信数量流量费用少于0.3万元目前，一般的中型尾矿库在线监测系统的监测点要几十个，传统有线通信或局部无线通信模式下，如果线缆损坏或无线通信的数据汇聚点设备损坏，则影响整个系统的数据传输。采用基于4G通信技术的分布式一体化数据采集传输模式，即使单点数据采集模块损坏，也不会影响系统整体的数据传输，可以大大提高系统的整体稳定性张振波.4G无线网络安全若干关键技术研究[J].科技创业家，2018（05）：76~78.。同时，由于数据采集和传输的一体化集成设计，便于形成高防护、高可靠性的模块化数据采集传输设备，单个监测点的数据采集稳定性和抗干扰性能都有很大提高，而且模块化和小型化设计，便于更换，维护方便。

第四章4G通信技术的问题随着中国科技的进一步重大突破和完善,4G互联网崛起,我们在使用4G通讯时,能够更加方便地搜索到相应的信息,更为方便地和别人实现网络交流,我们更加依靠4G通讯。不过,与此同时,由于4G通讯已经暴露出安全弊病,因此人们对于进行4G通讯的内容将面临巨大风险,因此4G通讯的安全技术也必须取得更进一步的发展。4.1安装程序存在漏洞从目前来看,还有很大比例的人对4G网络认识不全面。这样,就会产生盲目使用,给手机、电脑系统造到损坏,甚至可能导致个人信息的泄漏。所以,要在程序安装过程中更加重视互联网浏览器和应用中所面临的安全隐患。由于网络通信关键技术在全球范围内的研发都还没有成熟,处在摸索阶段,应用软件编写中也面临着不少的安全漏洞,这也是目前4G移动通讯核心技术所面临的最大安全隐患邬雪艳．中国移动：开启数字时代的“邬雪艳．中国移动：开启数字时代的“星辰大海”［J］．新视界，2016（1）：8-10.4.2网络黑客攻击黑客们大多是那些计算机技术高明的程式编制人才,他们可以对别人的计算机程序实施破环与修改,从而完成了对网络的操纵和管理。网络骇客入侵,主要是对网络中的安全系统实施破环,并从中获得了别人电脑中的重要数据,从而获取了相应的收益。而网络中不可避免的问题导致了骇客有机可乘,利用自身端口对其他终端甚至整个网络系统进行侵入。而这些非法侵入以及故意修改端口的行为,给广大互联网用户造成了巨大的安全隐患。4.3网络病毒入侵从而影响正常的信息传递功能,使传递过程中产生乱码,同时也对信息进行干涉,对信息传输的正确性与安全产生了极其重大危害。有的时候网络病毒甚至会导致整个网络崩溃,是互联网传播中的一大隐患。尽管4G移动通讯技术相比于2G、3G行动通讯系统具有很大优越性,但它并无法直接抵挡互联网病毒侵袭杨超,梅康，陈金鹰,等.4G通信技术及应用前景[J].通信与信息技术,2017.(5):58-60.。杨超,梅康，陈金鹰,等.4G通信技术及应用前景[J].通信与信息技术,2017.(5):58-60.4G通讯网络的基本组成,大致上可包括IP网络、无线核心网、无线接入网络、移动终端等,而其中组成部分的运营安全性也直接决定了整个4G网络的运营安全性。所以,要进行4G网络的安全保障就必须在这些方面来进行。虽然4G网络在运营技术与管理上都做出了不断创新,在技术上也有着良好的保障,不过在现实的使用过程中却仍然存在着不少问题,特别是在系统运营的稳定性上亟待更进一步的改善。因此,在与互联网的连接中,许多4G网站都在出现着连接的有效性的问题,或者互联网进行时出现中断的现象,从而导致了用户的重要信息在传递的过程中发生了遗漏。另外,病毒入侵的现象也相当普遍,如果无线网络遭到了病毒入侵就会造成线路连接的故障,甚至还会导致系统内信号的缺失、泄漏等。对部分公司来说,4G网络的安全显然尤为重要,如果网络安全存在泄漏,将会造成商业秘密泄漏,进而给公司带来巨大的损失,或者破坏公司整个管理体系的崩溃。4G无线网络同时还发挥着连接应用与行动终端的功能,而移动终端用户也会加入到各种应用程序的运行中,这样就增加了更多的安全隐患。对于无线网络来说,应用和终端的信号交换越是复杂,网络系统的稳定性也越是低。此外,由于网络上储存功能的不断扩大和可储存数据的日益增多,对操作系统的负载也在不断增加,当操作系统的承受能力超过了一定限制时就很容易导致系统的崩溃。4G通信安全技术的创新与发展在4G移动通讯计算机网络的安全性管理系统设定上,要着重做好对无线网络链路实体的保护。能够通过设定适合于活动网路运作机制的安全性措施,来增强4G网路运营的稳定性,同时通过加强对网络安全密钥的管理受到来增强信息体系的隐私性和安全性。密钥的设定也可分成公钥和私钥,分别由内部不同的管理者控制,以便于更好的保障使用者的数据安全。行动通信信息联网系统的安全性管理机构也应该朝着更加开放透明度化的方向发展,不但要对内部管理者公布网络安全控制过程和措施,还必须告诉使用者具体的措施,从而形成了从终端到使用端的整体安全性管理机构。另外,4G无线通信网络还需要进一步完善的身份验证制度和安全性传输制度,并采用建立数字化的身分识别系统、配置有效的防火墙、及时更新服务器等技术手段来对抗外部的侵犯,以增强4G网络的稳定性。5.1建立4G通信系统的安全机制为了确保4G网络稳定健康发展,就必须做好信息安全技术研发,提供相应的安全防范举措。通过进行系统剖析4G通信技术在互联网技术方面所存在的问题,并制定有针对性的互联网技术发展目标,从而确保其对移动硬件网络和应用以及控制的稳定性,从而确定了客户的人身权益,对客户的隐私权和财务上的数据安全进行保障。并通过建立相应的网络通信保密机制,在4G网络的终端客户上对客户的信息加以保障,提高了用户数据的准确性和私密性。5.2改变密码体制目前的移动通信系统在安全机制方面,大多采取的是私钥秘密的单性制度,但这样的制度设置较为单方面化,对使用者个人资料的保存也不够全面,其技术手段也相对比较落后,因此无法对4G通讯进行最全面的保障。而面对这些状况时,就必须根据不同的信息安全特性和业务对象的特点,而提出差异化的、针对性的信息安全密码提供服务。针对普通的企业个人用户群体,就应该采取私钥秘密制度,而针对企业级的大群体就应该采用公钥秘密的制度,又或者还应该通过公钥和私钥相结合的双密钥制度,来增强4G通讯的信息安全技术。而与此同时,还必须适应信息时代的发展趋势,建设相应公开密钥的无线基础设施,并完成对其安全性验证的系统。使人们在公共场合使用无线网络时,保存与其活动有关的信息和资源。5.3发展新型4G网络密码技术为了提高4G网络的安全性水平,可采用一种全新的4G网络的加密技术来达到这种要求。通过研究4G网络中的量子密钥技术、椭圆曲线密钥技术、生物识别密钥技术等,从而提高了4G网络的对加密算法和验证算法的防御能力,从而提高了4G通信在传递关键信号过程中的完整性、可控性、不可否认性和可用性等。而这种全新网络密钥技术不仅仅采用了传统的数据作为密钥,同时也能够通过使用者的手指甚至是使用者的相貌来作为密钥,从而提高了密钥的稳定性。5.4加强4G用户的安全防范意识完善4G通信技术的安全性,只靠开发商和管理人员的监督和管理是远远不够的。4G通信用户在实际使用时,必须注意安全性问题。部分用户在使用4G通信服务时,并没有保存移动电子设备中个人资料的意识,从而使人有机可乘。因此4G使用者必须提高自己的安全防范意识,不去访问不安全的网页,不下载有风险的资料和文档,并定期地对手机中的垃圾进行清除、对病毒进行查杀等,而这些手段都能够更有效地避免手机中的资源和个人信息外泄,从而提高了信息安全。5.5其他安全策略4G通信技术必须具备可移动性、可扩展性和相互可靠性,同时为了提升其安全水平,还可以把可信移动平台作为安全技术的主要防护理念,采用安全检测系统以及相关可信任的设备启动,以及相应的防护、存储等一整套的通信安全科技方法,来增强和加固安全平台。4G网络系统中所能够实施的安全措施可以大致分为如下几类:可选择机制:对所有合法用户,选择符合身份匹配条件的移动终端;可移动机制:建立对移动终端和无线网络之间的自主协调机制;多种策略管理机制:针对不同的客户要求,来提出有针对性的安全措施,由此可以提升信息系统切换的有效性以及信息安全认证的准确度,从而降低信息管理成本;混合策略管理机制:在同一无线网络中引入不同的安全保护制度,如生物密钥,数字密码等,同时利用公共秘钥来实现信息系统的可延伸性,利用私钥密码来实现信息系统传递的有效性,从而给客户带来更良好的信息安全保护。结束语近年来,由于国际上的4G标准均已完成,而我国的