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論文摘要:移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程可以劃分為三個階段,即第一代模擬移動通信系統(tǒng)、第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)、第三代多媒體移動通信系統(tǒng)。本文簡單介紹了移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程,重點論述了第四代移動通信系統(tǒng)(4thGeneration4G)的概念及相關(guān)術(shù),并指出其今后的發(fā)展趨勢。
一、移動通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
(一)第一代——模擬移動通信系統(tǒng)
第一代(即1G,是thefirstgeneration的縮寫)移動通信系統(tǒng)的主要特征是采用模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)、有多種制式。我國主要采用TACS,其傳輸速率為2.4kbps,由于受到傳輸帶寬的限制,不能進(jìn)行移動通信的長途漫游,只是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第一代移動通信系統(tǒng)在商業(yè)上取得了巨大的成功,但是其弊端也日漸顯露出來,如頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類有限、無高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盜聽和盜號、設(shè)備成本高、體積大、重量大。所以,第一代移動通信技術(shù)作為2O世紀(jì)80年代到90年代初的產(chǎn)物已經(jīng)完成了任務(wù)退出了歷史舞臺。
(二)第二代——數(shù)字移動通信系統(tǒng)
第二代(即2G,是thesecondgeneration的縮寫)移動通信系統(tǒng)是從20世紀(jì)90年代初期到目前廣泛使用的數(shù)字移動通信系統(tǒng),采用的技術(shù)主要有時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)兩種技術(shù),它能夠提供9.6-28.8kbps的傳輸速率。全球主要采用GSM和CDMA兩種制式,我國采用主要是GSM這一標(biāo)準(zhǔn),主要提供數(shù)字化的語音業(yè)務(wù)級低速數(shù)據(jù)化業(yè)務(wù),克服了模擬系統(tǒng)的弱點。和第一代模擬移動蜂窩移動系統(tǒng)相比,第二代移動通信系統(tǒng)具有保密性強,頻譜利用率高,能提供豐富的業(yè)務(wù),標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點,可以進(jìn)行省內(nèi)外漫游。但因為采用的制式不同,移動標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一,用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進(jìn)行漫游,還無法進(jìn)行全球漫游,雖然第二代比第一代有更大的帶寬,但帶寬還是很有限,限制了數(shù)據(jù)的應(yīng)用,還無法實現(xiàn)高速率的業(yè)務(wù),如移動的多媒體業(yè)務(wù)。
(三)第三代——多媒體移動通信系統(tǒng)
隨著通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展和通信量的激增,未來的移動通信系統(tǒng)不僅要有大的系統(tǒng)容量,還要能支持話音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體等多種業(yè)務(wù)的有效傳輸。第二代移動通信技術(shù)根本不能滿足這樣的通信要求,在這種情況下出現(xiàn)了第三代
(即3c,是thethirdgeneration的縮寫)多媒體移動通信系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)在國際上統(tǒng)稱為IMT一2000,是國際電信聯(lián)盟(1TU)在1985年提出的工作在2000MHz頻段的系統(tǒng)。與第一代模擬移動通信和第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)相比,第三代的最主要特征是可提供移動多媒體業(yè)務(wù)。
二、第四代移動通信系統(tǒng)的概念
4G也稱為廣帶接入和分布網(wǎng)絡(luò).具有超過2Mb/s的非對稱數(shù)據(jù)傳輸能力.對高速移動用戶能提供150Mb/s的高質(zhì)量的影像服務(wù).并首次實現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng).移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng)).是集多種無線技術(shù)和無線LAN系統(tǒng)為一體的綜合系統(tǒng).也是寬帶lP接入系統(tǒng).在這個系統(tǒng)上.移動用戶可以實現(xiàn)全球無縫漫游.為了進(jìn)一步提高其利用率.滿足高速率、大容量的業(yè)務(wù)需求.同時克服高速數(shù)據(jù)在無線信道下的多徑衰落和多徑干擾等眾多優(yōu)勢。
三、4G的關(guān)鍵技術(shù)
1.OFDM技術(shù)。它實際上是多載波調(diào)制MCM的一種.其主要原理是:將待傳輸?shù)母咚俅袛?shù)據(jù)經(jīng)串/并變換,變成在N個子信道上并行傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)流,再用N個相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制,然后疊加一起發(fā)送。接收端用相干載波進(jìn)行相干接收,再經(jīng)并/串變換恢復(fù)為原高速數(shù)據(jù)。
2.多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是無線移動通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率,是下一代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。MIMO系統(tǒng)采用空時處理技術(shù)進(jìn)行信號處理,在豐富的散射環(huán)境下,空分復(fù)用MIMO系統(tǒng)(如BLAST結(jié)構(gòu))可以獲得與天線數(shù)成正比的容量增長,從而極大地提高頻譜效率,增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。但是當(dāng)散射程度欠佳時,會引起信道間的空間相關(guān),尤其在室外環(huán)境下,由于基站的天線較高,從而角度擴展較小,其空間相關(guān)難以避免,在這種情況下MIMO不可能獲得所期望的數(shù)據(jù)傳輸速率。3.切換技術(shù)。切換技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端在不同小區(qū)之間跨越和在不同頻率之間通信以及在信號質(zhì)量降低時如何選擇信道。它是未來移動終端在眾多通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立可靠通信的基礎(chǔ)。主要劃分為硬切換、軟切換和更軟切換.硬切換發(fā)生在不同頻率的基站或不同系統(tǒng)之間。第4代移動通信中的切換技術(shù)正朝著軟切換和硬切換相結(jié)合的方向發(fā)展。
4.軟件無線電技術(shù)。軟件無線電是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過一個通用硬件平臺,利用軟件加載方式來實現(xiàn)各種類型的無線電通信系統(tǒng)的一種具有開放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。通過下載不同的軟件程序,在硬件平臺上可實現(xiàn)不同功能,用以實現(xiàn)在不同系統(tǒng)中利用單一的終端進(jìn)行漫游,它是解決移動終端在不同系統(tǒng)中工作的關(guān)鍵技術(shù)。軟件無線電技術(shù)主要涉及數(shù)字信號處理硬(DigitalSignalProcessHardware,DSPH)、現(xiàn)場可編程器件(FieldProgrammableGateArray,F(xiàn)PGA)、數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessor,DSP)等。
5.IPv6協(xié)議技術(shù)。3G網(wǎng)絡(luò)采用的主要是蜂窩組網(wǎng),而4G系統(tǒng)將是一個基于全lP的移動通信網(wǎng)絡(luò),可以實現(xiàn)不同類型的接入系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連。為了給用戶提供更為廣泛的業(yè)務(wù),使運營商管理更加方便、靈活,4G中將取代現(xiàn)有的IPv4協(xié)議,采用全分組方式傳送數(shù)據(jù)的IPv6協(xié)議。
四、發(fā)展趨勢
目前,4G移動通信還只處于實驗室研究開發(fā)階段。具體的設(shè)備和技術(shù)還沒有完全成型,后續(xù)的軟件開發(fā)還沒有啟動。這都會給4G的發(fā)展帶來很多難題,有待人們深入研究。但未來移動通信必將具有文中描述的這些基本特征:高速率、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸,完全集中的服務(wù)。無所不在的移動接入,高智能的多樣化的用戶設(shè)備。隨著新問題、新要求的不斷出現(xiàn)。第四代移動通信技術(shù)將會相應(yīng)地調(diào)整、完善和進(jìn)一步發(fā)展。我們相信,不遠(yuǎn)的將來,人們將會不受時間、地點限制,可以自由自在地利用移動網(wǎng)絡(luò)獲取和傳遞信息,從而使人們的學(xué)習(xí)、工作、生活發(fā)生更深刻的變化。
參考文獻(xiàn):
[1]張重陽.數(shù)字移動通信技術(shù)[M].西安:江西科技大學(xué)出版社,2006.
[摘要]第四代移動通信技術(shù)(4G)與前三代移動通信技術(shù)相比具有五大技術(shù)要求,解決了四大關(guān)鍵技術(shù)后4G將一統(tǒng)移動通信的天下。
引言
移動通信技術(shù)飛速發(fā)展,已經(jīng)歷了3個主要發(fā)展階段。每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。第一代起源于20世紀(jì)80年代,主要采用模擬和頻分多址(FDMA)技術(shù)。第二代(2G)起源于90年代初期,主要采用時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。論文百事通第三代移動通信系統(tǒng)(3G)可以提供更寬的頻帶,不僅傳輸話音,還能傳輸高速數(shù)據(jù),從而提供快捷方便的無線應(yīng)用。但是第三代移動通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng),盡管其傳輸速率可高達(dá)2Mb/s,仍無法滿足多媒體通信的要求,因此第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的研究勢在必行。
一、4G的定義及其技術(shù)要求
第四代移動通信技術(shù)可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò),具有非對稱超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力,對全速移動用戶能提供150Mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù),將首次實現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng)),集成不同模式的無線通信,移動用戶可以自由地從一個標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個標(biāo)準(zhǔn)。其廣帶無線局域網(wǎng)(WLAN)能與B-ISDN和ATM兼容,實現(xiàn)廣帶多媒體通信,形成綜合廣帶通信網(wǎng)(IBCN),他還能提供信息之外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。其主要技術(shù)要求是:
(1)通信速度提高,數(shù)據(jù)率超過UMTS,上網(wǎng)速率從2Mb/s提高到100Mb/s。
(2)以移動數(shù)據(jù)為主面向Internet大范圍覆蓋高速移動通信網(wǎng)絡(luò),改變了以傳統(tǒng)移動電話業(yè)務(wù)為主設(shè)計移動通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計觀念。
(3)采用多天線或分布天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及終端形式,支持手機互助功能,采用可穿戴無線電,可下載無線電等新技術(shù)。
(4)發(fā)射功率比現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)降低10~100倍,能夠較好地解決電磁干擾問題。
(5)支持更為豐富的移動通信業(yè)務(wù),包括高分辨率實時圖像業(yè)務(wù)、會議電視虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)。
二、4G的關(guān)鍵技術(shù)
1.OFDM(正交頻分復(fù)用)
OFDM技術(shù)實際上是MCM(Multi-CarrierModulation,多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是:將信道分成若干正交子信道,將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)制在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開,這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ICI)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬,因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落,從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分,信道均衡變得相對容易。由于OFDM技術(shù)由于具備上述特點,是對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N潛在的解決方案,因此被公認(rèn)為4G的核心技術(shù)之一。
2.軟件無線電
軟件無線電(SoftwareDefinedRadio,簡稱SDR),就是采用數(shù)字信號處理技術(shù),在可編程控制的通用硬件平臺上,利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能:包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器,盡早地完成信號的數(shù)字化,從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)。軟件無線電是一種基于數(shù)字信號處理(DSP)芯片以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。
3.智能天線
智能天線是波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。多波束天線在一個扇區(qū)中使用多個固定波束,而在自適應(yīng)陣列中,多個天線的接收信號被加權(quán)并且合成在一起使信噪比達(dá)到最大。與固定波束天線相比,天線陣列的優(yōu)點是除了提供高的天線增益外,還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能,其基本工作原理是根據(jù)信號來波的方向自適應(yīng)地調(diào)整方向圖,跟蹤強信號,減少或抵消干擾信號。智能天線的核心是智能算法,而算法決定電路實現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時響應(yīng)速率,因此需要選擇較好算法實現(xiàn)波束的智能控制。
4.IPv6協(xié)議
4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流,因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。
(1)巨大的地址空間。在一段可預(yù)見的時期內(nèi),它能夠為所有可以想像出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個全球惟一的地址。
(2)自動控制。IPv6還有另一個基本特性就是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下,需要配置地址的節(jié)點使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機制獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后,它使用另一種即插即用的機制,在沒有任何人工干預(yù)的情況下,獲得一個全球惟一的路由地址。
(3)服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量(QoS)包含幾個方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看,IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS,但是IPv6的優(yōu)點體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。IPv6報頭中新增加的字段“流標(biāo)志”,有了這個20位長的字段,在傳輸過程中,中國的各節(jié)點就可以識別和分開處理任何IP地址流。
(4)移動性。移動IPv6(MIPv6)在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個移動設(shè)備設(shè)有一個固定的家鄉(xiāng)地址(homeaddress),這個地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時,通過一個轉(zhuǎn)交地址(care-ofaddress)來提供移動節(jié)點當(dāng)前的位置信息。移動設(shè)備每次改變位置,都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對應(yīng)的通信節(jié)點。
三、結(jié)束語
由于4G與1~3G相比具有通信速度更快,網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬,通信更加靈活,智能性能更高,兼容性能更平滑等優(yōu)點,4G將成為行業(yè)關(guān)注的焦點。相信不久的將來4G將一統(tǒng)移動通信的天下,產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。
參考文獻(xiàn):
論文摘要:集群通信從模擬升級到數(shù)字、數(shù)字集群產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化等問題已經(jīng)成為業(yè)界的熱門話題。無線集群通信領(lǐng)域的市場需求在不斷發(fā)生變化,用戶希望享受到更加融合的集群通信業(yè)務(wù)和更豐富的集群服務(wù)。文章主要簡單的介紹了數(shù)字集群移動通信的網(wǎng)絡(luò)運行體制。
引言
集群通信系統(tǒng)在中國的發(fā)展走過了二十多年,從市場應(yīng)用的角度看,二十多年足足是一個新的技術(shù)起步,成熟,甚至被取代的周期。近幾年來針對集群通信方面進(jìn)行多個專題的討論,從模擬到數(shù)字,從共用專網(wǎng)到專用專網(wǎng),從體制標(biāo)準(zhǔn)到技術(shù)創(chuàng)新,從企業(yè)研發(fā)到市場應(yīng)用,從社會需求到應(yīng)急聯(lián)動通信等,本論文擬對于數(shù)字集群移動通信網(wǎng)絡(luò)體制進(jìn)行一些粗淺的探討。
一、集群通信網(wǎng)絡(luò)的概念
集群通信系統(tǒng)是共享資源、分擔(dān)費用、向用戶提供優(yōu)良服務(wù)的多用途、高效能而又廉價的先進(jìn)無線調(diào)度指揮系統(tǒng)。對于指揮調(diào)度功能要求較高的企、事業(yè)、工礦、油田、農(nóng)場、公安、武警以及軍隊等部門都十分適用,集群通信采用單工或半雙工方式,要求接續(xù)時間小于500毫秒,具有調(diào)度級別控制等。同時對于集群通信還提出了傳輸集群、準(zhǔn)傳輸集群和信息集群的定義。
隨著集群通信的發(fā)展和用戶的需求,集群通信也從原來的模擬集群向數(shù)字集群過渡。但這種過度并不是簡單的將原來的模擬話音轉(zhuǎn)換為數(shù)字話音和提供數(shù)據(jù)傳輸功能就可以稱為數(shù)字集群了。其實,綜觀國際上提出的數(shù)字集群來看,數(shù)字集群的標(biāo)準(zhǔn)都是圍繞著用戶的需求而發(fā)展起來和提出的。
二、數(shù)字集群移動通信網(wǎng)絡(luò)的運行
數(shù)字集群通信是繼手機、小靈通之后的第三大戰(zhàn)場,正在成為電信領(lǐng)域開發(fā)的新重點,運營商、設(shè)備商正在展開一場新的角逐。在設(shè)計中針對了專業(yè)無線用戶的需求,特別適合在政府和商業(yè)領(lǐng)域的專網(wǎng)使用。
2.1數(shù)字集群通信的標(biāo)準(zhǔn)
TETRA(陸地集群無線電)系統(tǒng)在指揮調(diào)度方面應(yīng)用的比較多,可完成話音、電路數(shù)據(jù)、短數(shù)據(jù)消息、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信及以上業(yè)務(wù)的直通模式,并可支持多種附加業(yè)務(wù)。在大區(qū)制條件下最大覆蓋半徑56公里。TETRA擴容可以逐步增加模塊化,適用于小、中、大型調(diào)度系統(tǒng);設(shè)計組網(wǎng)靈活,既適應(yīng)于專用調(diào)度網(wǎng),也適應(yīng)于共用調(diào)度網(wǎng)。TETRA話音編碼方式采用代數(shù)結(jié)構(gòu)碼本激勵線性預(yù)測編碼,具有良好的話音質(zhì)量,即使在強背景噪聲干擾下也可聽清,話音質(zhì)量并不像調(diào)頻系統(tǒng)那樣隨場強減弱而降低。大量實驗證明,TETRA系統(tǒng)的話音質(zhì)量比GSM系統(tǒng)好。因此,大量應(yīng)用于應(yīng)急、調(diào)度、指揮等專網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。
iDEN(集成數(shù)字增強型網(wǎng)絡(luò))系統(tǒng)是基于TDMA多址方式的調(diào)度通信/蜂窩雙工電話組合系統(tǒng)。它在傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信基礎(chǔ)上,大量吸收數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的優(yōu)點,如采用雙模手機方式,增強了電話互聯(lián)功能;采用小區(qū)復(fù)用蜂窩結(jié)構(gòu),提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。選用這種編碼是先進(jìn)的,但技術(shù)公開性不好,價格較貴。但通話質(zhì)量和保密性都較好。
2.2數(shù)字集群系統(tǒng)設(shè)備安全
設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),設(shè)備的安全是保障網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ),只有保證網(wǎng)絡(luò)的物理可靠性,才能保證網(wǎng)絡(luò)功能、信息的安全性,因此基礎(chǔ)設(shè)備的可靠性至關(guān)重要。
對于交換機,硬件上應(yīng)實現(xiàn)關(guān)鍵部件的熱備份。軟件上,關(guān)鍵的用戶數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)及時、定期進(jìn)行備份。對于基站系統(tǒng)要考慮其抗外界干擾的能力,如射頻干擾、雷擊、抗震性能等?;鞠到y(tǒng)的備用電源應(yīng)根據(jù)基站覆蓋區(qū)的重要程度適當(dāng)配備,以應(yīng)變突發(fā)事件。系統(tǒng)主備用倒換能力是系統(tǒng)可靠性的一個重要指標(biāo),如倒換時間、倒換過程對正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)的影響等。完善的監(jiān)控告警機制可大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性,如系統(tǒng)部件可自我診斷和修復(fù)、系統(tǒng)可隔離故障模塊、及時產(chǎn)生告警信息。此外,調(diào)度臺、終端存儲了用戶的重要信息,這些設(shè)備由用戶控制,應(yīng)由專人維護,以保證相關(guān)用戶信息不被外界竊取。數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種特殊的專用通信系統(tǒng),在應(yīng)對突發(fā)事件時,對社會穩(wěn)定和人民生命財產(chǎn)的安全起著及其重要的作用,因此數(shù)字集群通信系統(tǒng)的安全要求要大大高于公眾移動通信系統(tǒng),所以數(shù)字集群通信系統(tǒng)運營者必須從各方面考慮如何增強系統(tǒng)的抗災(zāi)變能力,如何使系統(tǒng)更安全可靠的傳遞信息。只有全面的重視數(shù)字集群通信系統(tǒng)的安全問題,才能使數(shù)字集群系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
三、未來數(shù)字集群通信技術(shù)發(fā)展方向
3.1高安全性
數(shù)字集群在基站與手機之間,信息完全依靠無線電波的傳輸,很容易被人們從空中攔截,在通話狀態(tài)、待機狀態(tài)都會泄密,即使關(guān)閉電臺,利用現(xiàn)代高科技,仍可遙控打開,繼續(xù)竊聽,從中截取、破壞、調(diào)換、假冒和盜用通信信息。
3.2高抗毀性
專業(yè)移動通信在使用過程可能遇到惡意破壞的人為因素或雨雪災(zāi)害的自然因素等影響,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能正常工作,因此,未來PPDT系統(tǒng)要求可靠、準(zhǔn)確地提供業(yè)務(wù),具有高的抗毀性和可用性。通常情況下,系統(tǒng)以集群方式工作;在遭遇危害的極端情況下,系統(tǒng)以故障弱化方式或直通方式工作,保證系統(tǒng)能滿足基本的集群業(yè)務(wù)需求。
3.3高環(huán)境適應(yīng)性
專業(yè)移動通信由于它是用于全球的表層和空間,會遇到各種惡劣的氣候、地形和環(huán)境;因此,要求通信裝備必須能抗拒酷暑、嚴(yán)寒、狂風(fēng)、暴雨等惡劣氣候條件;必須適應(yīng)山岳、叢林、沙漠、河海、高空等三維空間的不同地形環(huán)境條件;既可車載船裝,又能背負(fù)手持,要經(jīng)得起各種移動體的安裝機械條件;在嘈雜的噪聲環(huán)境,要具有背景噪聲濾除功能,使通話對方聽不見噪聲干擾,話音清晰;在高速行駛時,通信不能中斷,質(zhì)量不能下降,可支持500km/h的高速運行。
四、結(jié)論
集群共網(wǎng)畢竟具有它自身的缺陷,那就是這些共網(wǎng)往往是調(diào)度功能要相對弱一些,即使是利用與專網(wǎng)相同的系統(tǒng)來組建的共網(wǎng),也同樣會相對使得調(diào)度功能減弱。那些在公網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的調(diào)度系統(tǒng)由于是在原來的系統(tǒng)協(xié)議和結(jié)構(gòu)上增加了調(diào)度功能,由于原來的體制、協(xié)議和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以公網(wǎng)的電話業(yè)務(wù)為主而建立的,要想完全能夠符合專業(yè)用戶對專網(wǎng)的需求,應(yīng)該講目前還是達(dá)不到的。
參考文獻(xiàn):
[1]鄭祖輝.數(shù)字集群通信漫談[J].電子世界,2003,(12).
【摘要】:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展,廣播電視朝著移動接收方向發(fā)展。現(xiàn)階段,廣播的移動接收算是在一定程度上解決了,但是電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多,移動接收所遇到的問題之一就是衰落。移動接收中的關(guān)鍵技術(shù)是OFDM,OFDM的特點是各子載波相互正交,擴頻調(diào)制后的頻譜可相互重疊,不但減少了子載波間的相互干擾,還大大提高了頻譜利用率。還有地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的多種制式問題,各種制式都有它的優(yōu)點和缺點。解決了這些問題,應(yīng)該就解決了移動電視的接收問題。
隨著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,無線傳播領(lǐng)域正在引發(fā)一場深刻的技術(shù)革命,就在這一兩年間,無線數(shù)字媒體的類型驟然豐富,除傳統(tǒng)媒體之外,手機電視、車載移動電視,樓宇分類電視,多媒體信息亭、地鐵多媒體信息系統(tǒng)等新興媒體紛紛涌現(xiàn),移動接收是個熱點,尤其是廣播電視的移動接收,成為發(fā)展方向之一?,F(xiàn)階段,廣播的移動接收算是在一定程度上解決了。但是電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多,所以至今還沒有得到很好解決。但我覺得,已經(jīng)快接近目標(biāo)。
一、數(shù)字電視地面廣播(DTTB)
在現(xiàn)代通信中,通信傳輸手段主要是光纖、衛(wèi)星、數(shù)字微波等,加上地面無線電視廣播電視發(fā)射構(gòu)成信息主體。目前在我國數(shù)字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數(shù)字電視、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視、有線傳輸數(shù)字電視三類。而移動電視是數(shù)字電視地面廣播的重要應(yīng)用。數(shù)字電視地面廣播在應(yīng)用需求上要求實現(xiàn)移動和便攜接收的功能,使整個技術(shù)系統(tǒng)的要求最高。它具備無線數(shù)字系統(tǒng)所共有的優(yōu)點,較之衛(wèi)星接收,有實現(xiàn)容易、價格低廉的特點;較之有線接收不易受城市施工建設(shè)、自然災(zāi)害戰(zhàn)爭等因素造成的斷網(wǎng)影響;數(shù)字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發(fā)射無線電波,覆蓋電視用戶,用戶通過接收天線和電視機收看電視節(jié)目,主要的受眾也是針對本地區(qū)的。完善的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)所具備的蜂窩單頻網(wǎng)功能,不僅提高了頻譜的利用率,而且可應(yīng)用與寬帶無線接入市場;而移動和便攜的獨特優(yōu)勢使該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代信息社會"信息到人"的要求,也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收所遇到的主要問題
移動接收采用的方式是無線數(shù)字信號發(fā)射、地面接收。因此,移動接收所遇到的問題之一就是衰落,這是所有無線通信系統(tǒng)都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服,但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用,因此衰落問題尤為突出。電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收,實際到達(dá)收信天線處的電波除了來自發(fā)射天線的直接波外,還存在來自各種物體(包括地面)的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場,此外,在移動通信中,還存在因移動臺(天線)的快速移動而劃過顛簸的波節(jié)和波幅的駐播現(xiàn)象及由于多普勒效應(yīng)而造成的相移,凡此種種原因,就使得實際移動臺接收到的場強在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化,使信號很不穩(wěn)定,這就是無線電波的衰落現(xiàn)象。衰落的嚴(yán)重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進(jìn)行精確的預(yù)測,但區(qū)分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落,短期信號中值電平在長期中的起伏;后者為快衰落,即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現(xiàn)和影響是不同的。另外,與其他無線通信系統(tǒng)不同的是,移動接收的關(guān)鍵點是移動。因此,移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題,這就是多普勒效應(yīng)。
在日常生活中,我們會注意到遠(yuǎn)處迎面駛來發(fā)出警報聲的警車在離你越近時,汽笛聲的音調(diào)越高。從警車到達(dá)你所在位置開始,音調(diào)開始降低,而當(dāng)警車離開你后,聽到的音調(diào)會越來越低,這種現(xiàn)象就稱為多普勒效應(yīng)。奧地利物理學(xué)家多普勒是這樣解釋這種現(xiàn)象的:朝你駛來的警車發(fā)出的聲波對你而言稍微壓縮從而相對集中,這時你聽到的聲音波長短于該聲源靜止時的波,而短波音調(diào)是高的。相反,離你而去的聲源的聲波稍微擴散,這時你聽到的波長比該聲源靜止時的波長長,長波音調(diào)是低的,這樣的效應(yīng)對電磁波同樣適用。比如一個趨近我們的天線發(fā)出的信號,它的頻率高于該天線相對于我們靜止時的頻率,波長相對變短;相反,一個離我們遠(yuǎn)去的天線發(fā)出的信號,其頻率則會低于該天線在相對我們靜止時相對于我們的頻率,波長相對變長。同時波長的位移量與天線的運動速度存在正比關(guān)系,即速度越快,則波長移動越大。以上現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)(Doppler)。系統(tǒng)方面,移動接收還要考慮覆蓋網(wǎng)的建設(shè),接收機(特別是便攜機)的耗電,接收天線的安裝等問題。從基本原理考慮,模擬廣播電視信號是不宜實現(xiàn)移動接收的。為了解決移動接收中遇到的問題,廣播電視信號必須首先實現(xiàn)數(shù)字化。利用數(shù)字技術(shù)無線接收,可有效解決以上問題。只要在信號有效覆蓋范圍內(nèi),所有移動交通工具,只要配有接收設(shè)備,都可以接收數(shù)字移動電視信號。
三、移動接收中的關(guān)鍵技術(shù)--OFDM
OFDM是正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)的縮寫,是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳輸?shù)募夹g(shù)措施。OFDM的基本原理是:高速信息數(shù)據(jù)流通過串/并變換,分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸,每個子信道中的符號周期相對增加,這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外,由于引入保護間隔,在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下,可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護間隔,還可避免多徑帶來的信道間干擾。OFDM的特點是各子載波相互正交,擴頻調(diào)制后的頻譜可相互重疊,不但減少了子載波間的相互干擾,還大大提高了頻譜利用率。主要技術(shù)特點如下:1)可有效對抗信號波形間的干擾,適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸;2)通過各子載波的聯(lián)合編碼,具有很強的抗衰落能力;3)各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現(xiàn);OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現(xiàn)象帶來的負(fù)面影響,使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低,又加入了時間保護間隔,具有極強的抗干擾能力。其多徑時延小于保護間隔,所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾。在有關(guān)移動接收的幾種標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中,都采用OFDM作為其核心技術(shù)。
四、移動接收制式
摘要:廣播電視信號傳輸和播出手段主要有微波、衛(wèi)星、光纜3種,本文簡述了的廣播電視移動接收的制式及技術(shù)。
科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展給各行各業(yè)帶來了挑戰(zhàn)和機遇,隨著廣播事業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,移動接收成為發(fā)展方向之一。廣播電視雖然有很長的歷史,但移動接收的進(jìn)展卻不盡人意。即使是調(diào)頻廣播,在汽車高速行駛中的接收也往往遇到困難。電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多,所以至今還沒有得到解決,所以廣播電視的移動接收引起廣電界的重視。
一、移動電視
移動電視是數(shù)字電視地面廣播的重要應(yīng)用。數(shù)字電視地面廣播在應(yīng)用需求上要求實現(xiàn)移動和便攜接收的功能,使整個技術(shù)系統(tǒng)的要求最高。它具備無線數(shù)字系統(tǒng)所共有的優(yōu)點,較之衛(wèi)星接收,有實現(xiàn)容易、價格低廉的特點;較之有線接收不易受城市施工建設(shè)、自然災(zāi)害戰(zhàn)爭等因素造成的斷網(wǎng)影響。移動和便攜的獨特優(yōu)勢使該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代信息社會“信息到人”的要求,也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收制式
眾所周知,地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)目前有多種制式,除了國外正在使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)外,還有我國自己提出的若干種制式。這些制式總體上可以分為單載波方式和多載波方式兩類,美國用的ATSC是單載波的,歐洲的DVB-T是多載波的。國外主要有三種數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn):歐洲的DVB-T(DigitalVideoBroadcasting-Terrestrial)、美國的ATSC(AdvancedTelevisionSystemsCommittee)和日本的ISDB-T(IntegratedServicesDigitalBroadcastingTerrestrial)(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播)。
ATSC采用的是單載波調(diào)制方式(VSB),抗多徑干擾和抗多譜勒效應(yīng)能力差,難以建立單頻網(wǎng)和進(jìn)行移動接收。ISDB-T雖然支持單頻網(wǎng)和移動接收的應(yīng)用要求,但是該技術(shù)應(yīng)用較少。從世界各地對數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)的采用情況來看,DVB-T標(biāo)準(zhǔn)較ATSC和ISDB-T更具優(yōu)勢。DVB-T是歐洲D(zhuǎn)VB系列標(biāo)準(zhǔn)中較新的一個標(biāo)準(zhǔn)(此外還有有線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB-C,以及衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB-S),也是最復(fù)雜的DVB傳輸系統(tǒng)。此標(biāo)準(zhǔn)是1998年2月批準(zhǔn)通過的。DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的核心是MPEG-2數(shù)字視音頻壓縮編碼,采用編碼正交頻分復(fù)用COFDM(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)調(diào)制方式,適用于大范圍多發(fā)射機的8k載波方式。為高清晰度電視(HDTV)信號傳輸提供大于20Mbps的凈荷碼率,支持簡單天線室內(nèi)固定接收。為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)信號傳輸提供大于5Mbps的凈荷碼率,并能在車速移動條件下支持移動接收。具有單頻組網(wǎng)能力。目前采用DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的國家和地區(qū)有德國、西班牙、挪威等歐洲國家及澳大利亞、新加坡等其它國家。其中新加坡和德國等國將移動接收和手持設(shè)備作為主要方向。歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)最初是為便攜和固定接收而設(shè)計,它采用的是COFDM(編碼正交頻分復(fù)用)多載波調(diào)制方式,其調(diào)制參數(shù)(如星座圖、編碼率、保護間隔等)可調(diào),可提供120種常規(guī)模式和1200種分級模式。隨后,針對DVB-T(DigitalvideobroadcastingTerrestrial)在移動接收中的不足,人們提出了一種DVB-H的制式專門用于移動接收,而原有的數(shù)字音頻廣播(DAB)也發(fā)展到播出多媒體。
DVB-H(Digitalvideobroadcastinghandheld),通過地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所制定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是歐洲的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB-T的擴展應(yīng)用。和DVB-T相比,DVB-H終端具有功耗更低、移動接收和抗干擾性更強的特點,因此該標(biāo)準(zhǔn)適用于移動電話、手持計算機等小型便攜設(shè)備通過地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)接收信號。也可以說DVB-H標(biāo)準(zhǔn)依托DVB-T傳輸系統(tǒng),通過增加一定的附加功能和改進(jìn)技術(shù)使手機等手持便攜設(shè)備能夠在固定和移動狀態(tài)下穩(wěn)定地接收廣播電視信號。DVB-H采用時分?jǐn)?shù)字多媒體廣播帶寬、以脈沖方式發(fā)送各頻道的數(shù)據(jù)。一般情況下,除接收所需頻道的數(shù)據(jù)外,調(diào)諧器電路在其它時間均處于關(guān)閉狀態(tài),因此可有效減少耗電。DVB-H的基本商業(yè)要求是用電池供電的小的屏幕移動終端。它應(yīng)該能夠在手提式的,移動的和室內(nèi)的環(huán)境中,使用單一天線接收多媒體業(yè)務(wù)。目前看來,數(shù)字移動電視非數(shù)字電視地面廣播莫屬。我國地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)于2006年8月18日頒布(GB20600-2006),并自2007年8月1日起正式實施(國標(biāo)地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)簡稱為DTMB-DigitalTerrestrialMultimediaBroadcasting。較早時也稱為DMBTH)。DMB-TH采用了PN序列填充的時域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)多載波調(diào)制技術(shù),這種獨特的先進(jìn)技術(shù)有機地將信號在時域和頻域的傳輸結(jié)合起來,在頻域傳送有效載荷,在時域通過擴頻技術(shù)傳送控制信號以便進(jìn)行同步、信道估計,實現(xiàn)快速碼字捕獲和穩(wěn)健的同步跟蹤性能。DMB-TH具有自主知識產(chǎn)權(quán),能較好地支持移動接收,高清數(shù)字電視廣播,單頻組網(wǎng)。
三、小結(jié)
廣播電視的移動接收作為當(dāng)前的技術(shù)熱點,盡管它的市場前景和受眾分析還有待進(jìn)一步的研究,但它的技術(shù)還在發(fā)展中。它還有著信號衰落、多普勒效應(yīng)、覆蓋網(wǎng)的建設(shè),接收機(特別是便攜機)的耗電,接收天線的安裝等問題,所以要說哪一種制式最適合移動接收還為時尚早,因為每種制式都會根據(jù)市場的需要及時改進(jìn)其技術(shù),從而改善其移動接收的性能。
參考文獻(xiàn):
[1]都研美,劉峰.淺談數(shù)字電視地面廣播技術(shù)[J].廣西輕工業(yè),2007(05).
本研究出于對網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及維護難易程度的考慮,使用以太網(wǎng)線連接裝置(ethernetlineterminationequipment,eLTE)寬帶集群作為本地大局域網(wǎng)的承載。使用1.8GHz頻段集群,eLTE集群單站可以最遠(yuǎn)覆蓋4km距離,在4km范圍內(nèi)通過部署長期演進(jìn)(longtermevolution,LTE)計劃技術(shù)、用戶端設(shè)備(customerpremiseequipment,CPE),將LTE信號轉(zhuǎn)換成WiFi信號供CPE周邊WiFi設(shè)備接入。集群單站與CPE之間不需要線纜連接,通過無線LTE信號進(jìn)行通信,只需對CPE進(jìn)行供電即可快速搭建起帳篷周邊局域網(wǎng)絡(luò)。
2車載式移動醫(yī)療通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計
2.1業(yè)務(wù)需求分析
圍繞醫(yī)療通訊車設(shè)置“帳篷醫(yī)療點”,帳篷相當(dāng)于科室,內(nèi)設(shè)醫(yī)療設(shè)備和電腦等,設(shè)備需要通過本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò),訪問車內(nèi)數(shù)據(jù)中心的醫(yī)院信息系統(tǒng)、實驗室信息系統(tǒng)和影像歸檔及傳輸系統(tǒng)。同時,本地桌面會診、遠(yuǎn)程醫(yī)療及物資管理信息等也需要通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
2.2帶寬設(shè)計
根據(jù)現(xiàn)場救援環(huán)境需要,本網(wǎng)絡(luò)按可承受全網(wǎng)80臺業(yè)務(wù)訪問終端進(jìn)行設(shè)計。其中帶寬需求最大的是PACS傳輸、遠(yuǎn)程視頻及本地桌面會診3個業(yè)務(wù);HIS、LIS訪問及語音通信等業(yè)務(wù)帶寬需求較小。文件傳輸保留1.2Mbps帶寬,桌面共享平均每方60K。由于終端的局限性,本研究設(shè)計語音按8并發(fā)、2路視頻并發(fā)、1路文件傳輸及5路桌面共享計算,共需帶寬設(shè)計為4種。
2.3傳輸距離設(shè)計
通常帳篷醫(yī)療點圍繞在通訊車220m范圍以內(nèi),相互間距<60m。在特殊地形地貌的救援現(xiàn)場,系統(tǒng)應(yīng)能支持?jǐn)U展1倍的距離,提供400m左右的通信能力。為進(jìn)一步發(fā)揮移動醫(yī)療通信車的作用,如與離開一定距離的醫(yī)護人員進(jìn)行通信、從山上對山溝下需要救助人員進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境采集等,系統(tǒng)若能提供千米(km)級的無線通信能力則更好,如支持4km長距離的通信,能夠使醫(yī)療通信系統(tǒng)適應(yīng)各種救援現(xiàn)場環(huán)境下的靈活部署。
3基于LTE和WLAN的無線通信技術(shù)
LTE技術(shù),即3.9G無線寬帶技術(shù)(準(zhǔn)4G),是未來的通信發(fā)展趨勢和發(fā)展目標(biāo)?;贚TE的無線寬帶專網(wǎng)集群系統(tǒng)作為新一代寬帶無線移動通訊技術(shù),具備同時傳輸大容量的下行和上行數(shù)據(jù)的能力。單站情況下,單小區(qū)的下行峰值速率可達(dá)到90Mbps,上行峰值速率可達(dá)到40Mbps。在4km超長距離下,系統(tǒng)認(rèn)可提供0.9Mbps的通信帶寬。通過強大的寬帶數(shù)據(jù)接入功能,現(xiàn)場人員可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)快速查詢、現(xiàn)場采集信息便捷上報以及工作電子流現(xiàn)場處理等業(yè)務(wù),極大的提高應(yīng)急救援人員的工作效率。單個CPE的WiFi可覆蓋40~90m的范圍,<60m范圍的WiFi信號衰減較弱,不影響通信帶寬,相鄰數(shù)個CPE同時存在時WiFi設(shè)備可以接入信號最強的CPE中。為保障系統(tǒng)能夠提供WLAN無線定位功能,本研究在系統(tǒng)設(shè)計時將LTE網(wǎng)絡(luò)上疊加WLAN網(wǎng)絡(luò),形成LTE和WLAN的本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)。AP通過CPE提供的LAN接口接入到網(wǎng)絡(luò)中,以LTE為管道承載數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),AP由AC集中管控,上電后可自動部署。采用LTE通信技術(shù)能夠同時提供基于LTE的集群通信功能,實現(xiàn)清晰、易于操作的語音通話以及語音對講功能。
4LTE和WLAN安全性分析
醫(yī)療信息涉及個人隱私,屬于保密信息,故整個系統(tǒng)建設(shè)需要充分考慮信息安全。LTE高安全加密集群通信和WLAN無線信號支持WIDS/WIPS無線攻擊檢測;MAC/802.1x接入認(rèn)證等保障無線網(wǎng)絡(luò)安全,能夠滿足一般民用設(shè)計的要求。
5結(jié)語
第二代移動通信技術(shù)是數(shù)字移動通信系統(tǒng),采用數(shù)字調(diào)制技術(shù),具有頻譜利用率高,保密性好的特點,不僅可以支持話音業(yè)務(wù),也可以支持低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),因而又稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)典型代表有美國的DAMPS系統(tǒng)、IS-95系統(tǒng)和歐洲GSM系統(tǒng),其中DAMPS和GSM都采用TDMA多址接入方式,而IS-95采用則采用CDMA多址接入方式,系統(tǒng)容量比GSM和DAMPS要大的多。第二代數(shù)字移動通信技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用的蜂窩移動通信技術(shù),但由于只能提供窄帶業(yè)務(wù),已經(jīng)不能滿足人們越來越多的對于移動寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求。
第三代移動通信系統(tǒng)是寬帶數(shù)字通信系統(tǒng),它的目標(biāo)是提供移動寬帶多媒體通信,多址方式基本都采用CDMA多址接入,屬于寬帶CDMA移動通信技術(shù)。第三代移動通信系統(tǒng)能提供多種類型的高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù),能實現(xiàn)全球無縫覆蓋,具有全球漫游能力并與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容。它可以實現(xiàn)小型便攜式終端在任何時候、任何地點進(jìn)行任何種類的通信。第三代移動通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作由3GPP和3GPP2兩個標(biāo)準(zhǔn)化組織來推動和實施。目前,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的第三代移動通信系統(tǒng)體制為WCDMA和CDMA2000。下面將對這兩種體制的第三代移動通信技術(shù)以及相應(yīng)的二代半過渡性技術(shù)進(jìn)行介紹。
WCDMA體制移動寬帶無線接入技術(shù)
1.GPRS技術(shù):
GPRS技術(shù)是從第二代移動通信GSM技術(shù)向3G移動通信技術(shù)WCDMA發(fā)展演進(jìn)的一種過渡技術(shù),也即屬于所謂的2.5G移動通信技術(shù)。GPRS全稱為通用分組無線業(yè)務(wù)(GeneralPacketRadioService),是一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式,GPRS是分組交換技術(shù),它以一種有效的方式采用分組交換模式來傳送數(shù)據(jù)和信令。
如圖1中所示,GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,對原有GSM網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和無線子系統(tǒng)的設(shè)備及功能進(jìn)行增強而成。在網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中增加了GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點)和SGSN(服務(wù)GPRS支持節(jié)點)。這樣,在GPRS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中,GGSN和SGSN一起構(gòu)成了分組交換域,可與外部分組交換網(wǎng)絡(luò)如X.25網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)直接相連;而原有的MSC和GMSC則構(gòu)成了電路交換域,與PSTN網(wǎng)絡(luò)相連。此外,GPRS還用用戶數(shù)據(jù)和路由信息將GSM網(wǎng)絡(luò)中的HLR增強為GPRS的數(shù)據(jù)庫(GR)。在無線子系統(tǒng)中,GPRS增強了BSC的功能,增加了GSM業(yè)務(wù)信道和控制信道的種類,以支持GPRS的多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
GPRS頻道采用TDMA,一個TDMA幀劃分8個時隙,每個時隙對應(yīng)一個物理信道。在GPRS中,每個物理信道可以由多個用戶共享,并可根據(jù)語音和數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)要求動態(tài)分配。GPRS還采用了更好物理信道編碼方案,當(dāng)使用8個時隙時,每個用戶的最高接入速率可達(dá)164kbps。GPRS支持IP,X.25等數(shù)據(jù)通信協(xié)議,可提供移動臺與移動臺之間,移動臺與外部分組交換網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信。
GPRS可優(yōu)化利用網(wǎng)絡(luò)和無線資源,維護無線子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的嚴(yán)格分離,并允許采用其他非GSM標(biāo)準(zhǔn)的無線子系統(tǒng)接入GPRS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng),這有利于GPRS網(wǎng)絡(luò)的升級,便于向3G演進(jìn)。GPRS的缺點是其可提供的接入速率有限,可提供的多媒體業(yè)務(wù)相當(dāng)有限。
2.EDGE技術(shù):
EDGE是一種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增強型技術(shù),其英文全稱為EnhancedDataRateforGSMEvolution,中文含義為“增強數(shù)據(jù)速率的GSM演進(jìn)技術(shù)”。EDGE相比GPRS最大的變化是在數(shù)據(jù)傳輸時采用8PSK調(diào)制替代原先GSM/GPRS中的GMSK調(diào)制(高斯最小頻移鍵控,為2PSK調(diào)制),再結(jié)合不同糾錯檢錯能力的信道編碼方案,EDGE共提供9種不同的調(diào)制編碼方案(MCS),而GPRS采用單一GMSK調(diào)制,僅提供四種編碼方案(CS)。這樣EDGE可以適應(yīng)更惡劣更復(fù)雜多變的無線傳播環(huán)境。此外,EDGE在鏈路層數(shù)據(jù)發(fā)送和重傳機制上,采用了“鏈路適配”和“增量冗余”技術(shù),提高了數(shù)據(jù)重發(fā)成功率。鏈路適配技術(shù)可在不同MCS之間根據(jù)實時的無線鏈路質(zhì)量及時調(diào)整采用最佳MCS方案;增量冗余技術(shù)在重發(fā)信息種加入更多的冗余信息來提高接收端正確解調(diào)的概率。綜合以上各項技術(shù),EDGE技術(shù)理論數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)384Kbps~473.6Kbps,與GPRS相比大大提高了用戶數(shù)據(jù)接入速率,因為也被稱之為2.75G技術(shù)。目前,北美和亞洲少數(shù)運營商已經(jīng)開通了基于EDGE的服務(wù),但由于運營時間尚短,其成熟性和可靠性還有待進(jìn)一步觀察。
3.WCDMA技術(shù):
WCDMA屬于3G移動通信技術(shù),目前有R99、R4、R5以及R6共4個版本。
R99版本接入部分主要定義了全新的5MHz每載頻的寬帶碼分多址無線接入網(wǎng),采納了功率控制、軟切換及更軟切換等CDMA關(guān)鍵技術(shù),提高了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳送能力。基站只做基帶處理和擴頻,接入系統(tǒng)智能集中于RNC統(tǒng)一管理,引入了適于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和機制,數(shù)據(jù)速率可支持144Kbps、384Kbps,最高可達(dá)2Mbps?;竞蚏NC之間采用基于ATM的Iub接口,而RNC則分別通過基于ATMAAL2的Iu-CS和AAL5的Iu-PS分別與核心網(wǎng)的CS域和PS域相連。
R99版本核心網(wǎng)部分向下兼容GPRS,分為CS電路交換域和PS分組交換域,CS域和PS域分別基于演進(jìn)的MSC/GMSC和SGSN/GGSN,CS域主要負(fù)責(zé)與電路型業(yè)務(wù)相關(guān)的呼叫控制和移動性管理等功能,呼叫控制采用TUP,ISUP等標(biāo)準(zhǔn)ISDN信令,移動性管理上采用了進(jìn)一步演進(jìn)的MAP協(xié)議,物理實體與GSM類似包括了MSC,GMSC,VLR。PS域主要負(fù)責(zé)與分組型業(yè)務(wù)相關(guān)的會話控制和移動性管理等功能,在原有的GPRS系統(tǒng)基礎(chǔ)上對一些接口協(xié)議,工作流和和業(yè)務(wù)功能作部分改動,相對于GPRS,增加了服務(wù)級別的概念,分組域的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證能力提高,帶寬增加;語音編解碼器在核心網(wǎng)實現(xiàn),支持系統(tǒng)間切換(GSM/UMTS),增強了安全和計費功能。
R4版本相對于R99,無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有改變,改變的只是一些接口協(xié)議的特性和功能的增強;但在核心網(wǎng)CS域改變較大。R4核心網(wǎng)CS域采用開放式結(jié)構(gòu),控制與底層承載相分離,由MSC服務(wù)器和MGW媒體網(wǎng)關(guān)配合,替代原有的節(jié)點式MSC交換機實現(xiàn)呼叫接續(xù)和控制功能,整個CS核心網(wǎng)由TDM中心節(jié)點交換型演進(jìn)為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu)。同時,CS核心網(wǎng)采用ATM/IP分組交換網(wǎng)替代原來的TDM電路交換,提高了帶寬利用效率。R4版本在無線寬帶接入速率方面與R99基本相同。
R5版本在無線接入網(wǎng)方面引入了IPUTRAN和HSDPA高速下行分組接入。IPUTRAN在無線接入網(wǎng)部分采用IP來承載用戶信令和用戶數(shù)據(jù);HSDPA(高速下行分組接入)用于實現(xiàn)WCDMA網(wǎng)絡(luò)高速下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),下行數(shù)據(jù)接入速率理論上可高達(dá)14.4Mbps,同時可以把同樣無線頻段中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量提高一倍以上。HSDPA能達(dá)到這樣高的接入速率,在于其引入了先進(jìn)技術(shù)以及相應(yīng)的無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一些改進(jìn),如引入了高速下行共享信道HS-DSCH,采用縮短的子幀和高階QAM調(diào)制、采用自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC和物理層混合自動重傳HARQII/III,直接在NodeB中進(jìn)行快速包調(diào)度等。R5版本在核心網(wǎng)方面增加了IP多媒體子系統(tǒng)(IMS),但I(xiàn)MS域還無法完全取代R4分組化的CS域,R5只是R4的補充和滿足IP多媒體業(yè)務(wù)的需求的一個版本。
R6版本中引入了HSUPA高速上行分組接入以及MBMS多媒體廣播和組播業(yè)務(wù)。與HSDPA相類似,HSUPA采用自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC、混合自動重傳HARQ以及更加靈活的NodeB快速調(diào)度等技術(shù),理論上可為用戶提供5.8Mbps的上行數(shù)據(jù)接入。MBMS可在無線接入網(wǎng)中實現(xiàn)點到多點的高速多媒體業(yè)務(wù)廣播和組播,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享,提高了網(wǎng)絡(luò)資源特別是無線資源的利用效率。目前R6版本還沒完全確定,還在3GPP的討論和不斷演化之中。
CDMA2000體制移動寬帶無線接入技術(shù)
1.CDMA20001X:
cdma20001x是由IS-95A/B演化而來的,它是cdma2000第三代移動通信系統(tǒng)的第一個階段,可以看作是2.5G技術(shù)。cdma20001x在IS-95A/B的基礎(chǔ)上,對無線接入網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行了改進(jìn),采用比IS295A/B更先進(jìn)的技術(shù),在無線信道類型、物理信道調(diào)制和無線分組接口功能上都有很大的增強。cdma20001x的話音容量大約是IS-95A/B的1.5~2倍,能夠在1.25MHz的帶寬上提供高達(dá)153.6kbit/s的雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)部分則原來的電路交換網(wǎng)基礎(chǔ)上,增加了一個分組交換網(wǎng)絡(luò),支持移動IP業(yè)務(wù),支持QoS,能適應(yīng)更多、更復(fù)雜的多媒體業(yè)務(wù)。
根據(jù)IMT-2000原定計劃,cdma2000系統(tǒng)將從1x起步,即首先使用單載波系統(tǒng)來保證與第二代移動通信系統(tǒng)的兼容。隨著技術(shù)的發(fā)展,通過把三個或三個以上的載波捆綁在一起的方式,進(jìn)一步提高性能。但之后,多個載波的方式?jīng)]有成為主要的研究方向。而是在單個載波的基礎(chǔ)上,提出了一系列新的技術(shù),來增強cdma2000的性能。這些新的技術(shù)被叫做1xEV技術(shù),即1x技術(shù)的演進(jìn)。這些1xEV技術(shù)主要包括1xEV-DO和1xEV-DV。
2.CDMA20001XEV-DO:
1xEV-DO采用將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和和語音業(yè)務(wù)分離的思想,在獨立于cdma20001x的載波上向移動終端提供高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),不支持話音業(yè)務(wù)。1xEV-DO針對高速分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c,在前向鏈路上采用了諸如前向最大功率發(fā)送、高階調(diào)制、動態(tài)速率控制、自適應(yīng)編碼調(diào)制、HARQ、多用戶分集和調(diào)度以及時分調(diào)度等多項技術(shù),前向鏈路速率可達(dá)2.46Mbps;而對于反向鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸,和cdma20001x基本相同。
1xEV-DO與1x不完全兼容,1xEV-DO單模終端不能在cdma20001x網(wǎng)絡(luò)中通信,同樣cdma20001x單模終端也不能在1xEV-DO網(wǎng)絡(luò)中通信。在組網(wǎng)方面,對于那些只需要分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶,1xEV-DO可以單獨組網(wǎng),此時的核心網(wǎng)配置可采用基于IP的、較為簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);對于同時需要語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶,可以與cdma20001x聯(lián)合組網(wǎng),同時提供語音與高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),不過這時用戶終端需要采用同時支持1xEV-DO與cdma20001x的雙模終端。
1xEV-DO保持了與cdma20001x在設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的兼容性。在無線射頻部分,1xEV-DO具有與cdma20001x相同的射頻特性及實現(xiàn)方式,升級時可以直接使用已有的cdma20001x射頻部分;在核心網(wǎng)部分,1xEV-DO也可以與cdma20001x共用相同的分組數(shù)據(jù)核心網(wǎng)。目前國際上,1xEV-DO已經(jīng)商用,技術(shù)較為成熟。
3.CDMA20001XEV-DV:
與1xEV-DO只提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同,1xEV-DV的設(shè)計目標(biāo)要求能提供混合高速數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)。1xEV-DV可完全后向兼容cdma20001x,便于從1x網(wǎng)絡(luò)升級,其空中接口標(biāo)準(zhǔn)分兩個版本:Rel.C和Rel.D。Rev.C主要改進(jìn)和增強了CDMA20001X的前向鏈路,前向峰值速率達(dá)到3.1Mbps,Rev.D則改進(jìn)和增強了反向鏈路,反向峰值速率達(dá)到1.8Mbps,而在Rev.C中反向峰值速率僅為230.4kb/s。但Rev.C和Rev.D版本中對話音容量都沒有很大的改善。
Rel.C結(jié)合諸多新技術(shù)如自適應(yīng)調(diào)頻編碼(AMC)、混合自動重發(fā)請求(HARQ)、使用TDM/CDM混合的新高速分組數(shù)據(jù)信道(F-PDCH);可支持多種業(yè)務(wù)組合;后向兼容cdma20001x,不必采用雙模終端,可由1X系統(tǒng)平滑演進(jìn)到1XEV-DV;能更有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。
關(guān)鍵詞:第四代移動通信(4G);正交頻分復(fù)用;多模式終端
一、引言
移動通信是指移動用戶之間,或移動用戶與固定用戶之間的通信。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,特別是半導(dǎo)體、集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展,移動通信得到了迅速的發(fā)展。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的擴大和對性能要求的提高,促使移動通信在技術(shù)上和理論上向更高水平發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來,移動通信已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)中不可缺少并發(fā)展最快的通信方式之一。
回顧移動通信的發(fā)展歷程,移動通信的發(fā)展大致經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段:第一代移動通信技術(shù)主要指蜂窩式模擬移動通信,技術(shù)特征是蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)克服了大區(qū)制容量低、活動范圍受限的問題。第二代移動通信是蜂窩數(shù)字移動通信,使蜂窩系統(tǒng)具有數(shù)字傳輸所能提供的綜合業(yè)務(wù)等種種優(yōu)點。第三代移動通信的主要特征是除了能提供第二代移動通信系統(tǒng)所擁有的各種優(yōu)點,克服了其缺點外,還能夠提供寬帶多媒體業(yè)務(wù),能提供高質(zhì)量的視頻寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù),并能實現(xiàn)全球漫游?,F(xiàn)在用的大多是第二代技術(shù),第三代技術(shù)還不太成功,但已有了第四代技術(shù)的設(shè)想。第四代移動通信系統(tǒng)(4G)標(biāo)準(zhǔn)比第三代具有更多的功能。
二、4G移動通信簡介
第四代移動通信技術(shù)的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò),具有非對稱的超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)擁有更多的功能。第四代移動通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù),可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信),能夠提供定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。此外,第四代移動通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動通信系統(tǒng),是寬帶接入IP系統(tǒng)。目前正在開發(fā)和研制中的4G通信將具有以下特征:
(一)通信速度更快
由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet的速率,因此4G通信的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。專家預(yù)估,第四代移動通信系統(tǒng)的速度可達(dá)到10-20Mbit/s,最高可以達(dá)到100Mbit/s。
(二)網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬
要想使4G通信達(dá)到100Mbit/s的傳輸速度,通信運營商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行大幅度的改造,以便使4G網(wǎng)絡(luò)在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬高出許多。據(jù)研究,每個4G信道將占有100MHz的頻譜,相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。
(三)多種業(yè)務(wù)的完整融合
個人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂等業(yè)務(wù)無縫連接為一個整體,滿足用戶的各種需求。4G應(yīng)能集成不同模式的無線通信——從無線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信,移動用戶可以自由地從一個標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個標(biāo)準(zhǔn)。各種業(yè)務(wù)應(yīng)用、各種系統(tǒng)平臺間的互聯(lián)更便捷、安全,面向不同用戶要求,更富有個性化。而且4G手機從外觀和式樣上看將有更驚人的突破,可以想象的是,眼鏡、手表、化妝盒、旅游鞋都有可能成為4G終端。
(四)智能性能更高
第四代移動通信的智能性更高,不僅表現(xiàn)在4G通信的終端設(shè)備的設(shè)計和操作具有智能化,更重要的是4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如,4G手機將能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機的主人。
(五)兼容性能更平滑
要使4G通信盡快地被人們接受,還應(yīng)該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下輕易地過渡到4G通信。因此,從這個角度來看,4G通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備全球漫游、接口開放、能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從2G、3G平穩(wěn)過渡等特點。
(六)實現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信
4G通信提供的無線多媒體通信服務(wù)將包括語音、數(shù)據(jù)、影像等,大量信息透過寬頻的信道傳送出去,為此4G也稱為“多媒體移動通信”。
(七)通信費用更加便宜
由于4G通信不僅解決了與3G的兼容性問題,讓更多的現(xiàn)有通信用戶能輕易地升級到4G通信,而且4G通信引入了許多尖端通信技術(shù),因此,相對其他技術(shù)來說,4G通信部署起來就容易、迅速得多。同時在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時,通信運營商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上,采用逐步引入的方法,這樣就能夠有效地降低運營成本。
三、4G移動通信的接入系統(tǒng)
4G移動通信接入系統(tǒng)的顯著特點是,智能化多模式終端(multi-modeterminal)基于公共平臺,通過各種接技術(shù),在各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(平臺)之間實現(xiàn)無縫連接和協(xié)作。在4G移動通信中,各種專門的接入系統(tǒng)都基于一個公共平臺,相互協(xié)作,以最優(yōu)化的方式工作,來滿足不同用戶的通信需求。當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時,網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶、給出最優(yōu)化路由,以達(dá)到最佳通信效果。目前,4G移動通信的主要接入技術(shù)有:無線蜂窩移動通信系統(tǒng)(例如2G、3G);無繩系統(tǒng)(如DECT);短距離連接系統(tǒng)(如藍(lán)牙);WLAN系統(tǒng);固定無線接入系統(tǒng);衛(wèi)星系統(tǒng);平流層通信(STS);廣播電視接入系統(tǒng)(如DAB、DVB-T、CATV)。隨著技術(shù)發(fā)展和市場需求變化,新的接入技術(shù)將不斷出現(xiàn)。
不同類型的接入技術(shù)針對不同業(yè)務(wù)而設(shè)計,因此,我們根據(jù)接入技術(shù)的適用領(lǐng)域、移動小區(qū)半徑和工作環(huán)境,對接入技術(shù)進(jìn)行分層。
分配層:主要由平流層通信、衛(wèi)星通信和廣播電視通信組成,服務(wù)范圍覆蓋面積大。
蜂窩層:主要由2G、3G通信系統(tǒng)組成,服務(wù)范圍覆蓋面積較大。
熱點小區(qū)層:主要由WLAN網(wǎng)絡(luò)組成,服務(wù)范圍集中在校園、社區(qū)、會議中心等,移動通信能力很有限。
個人網(wǎng)絡(luò)層:主要應(yīng)用于家庭、辦公室等場所,服務(wù)范圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限,但可通過網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)連接其他網(wǎng)絡(luò)層。
固定網(wǎng)絡(luò)層:主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)在整個移動網(wǎng)絡(luò)中處于十分重要的位置。未來的接入系統(tǒng)將主要在以下三個方面進(jìn)行技術(shù)革新和突破:為最大限度開發(fā)利用有限的頻率資源,在接入系統(tǒng)的物理層,優(yōu)化調(diào)制、信道編碼和信號傳輸技術(shù),提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),并在頻譜共享和新型天線方面做進(jìn)一步研究。為提高網(wǎng)絡(luò)性能,在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面,研究網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化和自動重構(gòu)技術(shù),動態(tài)頻譜分配和資源分配技術(shù),網(wǎng)絡(luò)管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。提高和擴展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用;加強軟件無線電技術(shù);優(yōu)化無線電傳輸技術(shù),如支持實時和非實時業(yè)務(wù)、無縫連接和網(wǎng)絡(luò)安全。
四、4G移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)
(一)定位技術(shù)
定位是指移動終端位置的測量方法和計算方法。它主要分為基于移動終端定位、基于移動網(wǎng)絡(luò)定位或者混合定位三種方式。在4G移動通信系統(tǒng)中,移動終端可能在不同系統(tǒng)(平臺)間進(jìn)行移動通信。因此,對移動終端的定位和跟蹤,是實現(xiàn)移動終端在不同系統(tǒng)(平臺)間無縫連接和系統(tǒng)中高速率和高質(zhì)量的移動通信的前提和保障。
(二)切換技術(shù)
切換技術(shù)適用于移動終端在不同移動小區(qū)之間、不同頻率之間通信或者信號降低信道選擇等情況。切換技術(shù)是未來移動終端在眾多通信系統(tǒng)、移動小區(qū)之間建立可靠移動通信的基礎(chǔ)和重要技術(shù)。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統(tǒng)中,切換技術(shù)的適用范圍更為廣泛,并朝著軟切換和硬切換相結(jié)合的方向發(fā)展。
(三)軟件無線電技術(shù)
在4G移動通信系統(tǒng)中,軟件將會變得非常繁雜。為此,專家們提議引入軟件無線電技術(shù),將其作為從第二代移動通信通向第三代和第四代移動通信的橋梁。軟件無線電技術(shù)能夠?qū)⒛M信號的數(shù)字化過程盡可能地接近天線,即將A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近RF前端,利用DSP進(jìn)行信道分離、調(diào)制解調(diào)和信道編譯碼等工作。它旨在建立一個無線電通信平臺,在平臺上運行各種軟件系統(tǒng),以實現(xiàn)多通路、多層次和多模式的無線通信。因此,應(yīng)用軟件無線電技術(shù),一個移動終端,就可以實現(xiàn)在不同系統(tǒng)和平臺之間,暢通無阻的使用。目前比較成熟的軟件無線電技術(shù)有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。
(四)智能天線技術(shù)
智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能,能滿足數(shù)據(jù)中心、移動IP網(wǎng)絡(luò)的性能要求。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾,增強特殊范圍內(nèi)想要的信號,這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。
(五)交互干擾抑制和多用戶識別
待開發(fā)的交互干擾抑制和多用戶識別技術(shù)應(yīng)成為4G的組成部分,它們以交互干擾抑制的方式引入到基站和移動電話系統(tǒng),消除不必要的鄰近和共信道用戶的交互干擾,確保接收機的高質(zhì)量接收信號。這種組合將滿足更大用戶容量的需求,還能增加覆蓋范圍。交互干擾抑制和多用戶識別兩種技術(shù)的組合將大大減少網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的部署,確保業(yè)務(wù)質(zhì)量的改善。
(六)新的調(diào)制和信號傳輸技術(shù)
在高頻段進(jìn)行高速移動通信,將面臨嚴(yán)重的選頻衰落(frequency-selectivefading)。為提高信號性能,研究和發(fā)展智能調(diào)制和解調(diào)技術(shù),來有效抑制這種衰落。例如正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)、自適應(yīng)均衡器等。另一方面,采用TPC、Rake擴頻接收、跳頻、FEC(如AQR和Turbo編碼)等技術(shù),來獲取更好的信號能量噪聲比。
五、OFDM技術(shù)在4G中的應(yīng)用
若以技術(shù)層面來看,第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù),第四代移動通信系統(tǒng)技術(shù)則以正交頻分復(fù)用(OrthogonalFreqencyDivisionMultiplexer,OFDM)最受矚目,特別是有不少專家學(xué)者針對OFDM技術(shù)在移動通信技術(shù)上的應(yīng)用,提出相關(guān)的理論基礎(chǔ)。例如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等,都將在未來采用OFDM技術(shù),而第四代移動通信系統(tǒng)則計劃以O(shè)FDM為核心技術(shù),提供增值服務(wù)。
在時代交替之際,舊有系統(tǒng)之整合與升級是產(chǎn)業(yè)關(guān)心的話題,目前大家談的是GSM如何升級到第三代移動通信系統(tǒng);而未來則是CDMA如何與OFDM技術(shù)相結(jié)合??梢灶A(yù)計,CDMA絕對不會在第四代移動通信系統(tǒng)中消失,而是成為其應(yīng)用技術(shù)的一部份,或許未來也會有新的整合技術(shù)如OFDM/CDMA產(chǎn)生,前文所提到的數(shù)字音訊廣播,其實它真正運用的技術(shù)是OFDM/FDMA的整合技術(shù),同樣是利用兩種技術(shù)的結(jié)合。因此未來以O(shè)FDM為核心技術(shù)的第四代移動通信系統(tǒng),也將會結(jié)合兩項技術(shù)的優(yōu)點,一部份將是以CDMA的延伸技術(shù)。
六、結(jié)束語
對于現(xiàn)在的人來說,未來的4G通信的確顯得很神秘,不少人都認(rèn)為第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是人類有史以來最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)??偟膩碚f,要順利、全面地實施4G通信,還將可能遇到一些困難。
首先,人們對未來的4G通信的需求是它的通信傳輸速度將會得到極大提升,從理論上說最高可達(dá)到100Mbit/s,但手機的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制。據(jù)有關(guān)行家分析,4G手機將很難達(dá)到其理論速度。
其次,4G的發(fā)展還將面臨極大的市場壓力。有專家預(yù)測,在10年以后,2G的多媒體服務(wù)將進(jìn)入第三個發(fā)展階段,此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成,全球25%以上的人口使用3G,到那時,整個行業(yè)正在消化吸收第三代技術(shù),對于4G技術(shù)的接受還需要一個逐步過渡的過程。
因此,在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時,通信運營商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上,采用逐步引入的方法,使移動通信從3G逐步向4G過渡。
參考文獻(xiàn):
1、謝顯忠等.基于TDD的第四代移動通信技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2005.
1.1輸油管道儀表自動化技術(shù)人員的素質(zhì)較低。為了滿足國內(nèi)外石油市場的發(fā)展需求,生產(chǎn)出環(huán)境友好型、污染物排放量少的石油產(chǎn)品,石油化工企業(yè)需要建立適量生產(chǎn)高價值、高質(zhì)量的石油產(chǎn)品生產(chǎn)體制。由于石油產(chǎn)品需要進(jìn)行深度加工,加工程序比較復(fù)雜,石油化工企業(yè)需要對輸油管道儀表自動化技術(shù)提出更高、更新的要求,這與現(xiàn)階段輸油管道儀表自動化技術(shù)人員的素質(zhì)不高相悖,極大地影響了石油在儲運過程中效率和質(zhì)量的提高。
1.2輸油管道儀表自動化技術(shù)單一。目前大多數(shù)的石油化工企業(yè)多采用單一的儀表自控系統(tǒng),這使得石油化工企業(yè)在進(jìn)行輸油過程中極易形成孤島式的自動化控制和信息管理格局。隨著石油市場競爭的日益激烈和經(jīng)營規(guī)模的不斷擴大,為了增強石油化工企業(yè)的競爭優(yōu)勢,及時、準(zhǔn)確地為豐富石油化工企業(yè)的輸油管道儀表自動化技術(shù)進(jìn)行決策服務(wù)十分重要。否則不能使石油化工的經(jīng)營決策轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)操作成果。此外,輸油管道儀表自動化技術(shù)的計算機控制系統(tǒng)和信息綜合系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)不能得到有效協(xié)調(diào),傳統(tǒng)的DCS會使煉油化工企業(yè)的輸油效率較低。
1.3輸油管道儀表自動化技術(shù)操作不規(guī)范。現(xiàn)代石油化工企業(yè)的操作要求越來越高,輸油管道儀表自動化技術(shù)的管理信息量也越來越大。由于現(xiàn)代煉油化工企業(yè)主要采用儀表自動化設(shè)備直接控制輸油管道的生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài),而技術(shù)操作人員在對儀表自動化技術(shù)進(jìn)行操作過程中往往不按照科學(xué)的操作規(guī)范,尤其是忽視了對輸油管道儀表自動化設(shè)備的維修工作,使得石油化工企業(yè)在進(jìn)行輸油過程中經(jīng)常出現(xiàn)自動化儀表設(shè)備使用壽命短,輸油效率低,維修檢測輸油管道儀表自動化設(shè)備的成本高、儀表自動化設(shè)備的投入所占的份額越來越大等問題,給石油運輸帶來了損失性的滯后被動維修,不利于提高石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。
2完善儀表自動化技術(shù)在輸油管道的發(fā)展策略
2.1加強對輸油管道技術(shù)人員的定期培訓(xùn)。為了加強對輸油管道技術(shù)人員的定期培訓(xùn)工作,石油化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強專業(yè)知識的宣傳和教育工作,對燃?xì)夤艿兰夹g(shù)人員、石油和天然氣長輸管道技術(shù)人員、石油和天然氣集輸管道技術(shù)管理人員和操作人員進(jìn)行定期考核工作,加強技術(shù)操作人員之間的技術(shù)交流工作和技術(shù)探討工作。這樣不僅有利于提升石油化工行業(yè)的經(jīng)濟效益,還有利于提高我國石油化工企業(yè)儀表自動化的應(yīng)用水平,使其適應(yīng)石油化工工業(yè)發(fā)展的需要。同時還應(yīng)當(dāng)加強與石油化工儀表自控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展較快的國際石油化工企業(yè)的技術(shù)交流和合作,尤其要突出發(fā)展輸油管道儀表自動化技術(shù)在先進(jìn)輸油管道控制技術(shù)的實用化、儀表數(shù)字化和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息綜合技術(shù)等方面的創(chuàng)新。
2.2建立網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的儀表自控系統(tǒng)。隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的快速發(fā)展,為了建立網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的儀表自控系統(tǒng),石油化工企業(yè)必須完善與天然氣的生產(chǎn)配合工作,通過相互提供原料與半成品,達(dá)到最大化地提高經(jīng)濟效益和社會效益的目的?,F(xiàn)階段,應(yīng)當(dāng)摒棄運作結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)單一的自動化控制技術(shù),推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化、系統(tǒng)化的新型運作模式,強化自動化儀表的控制技術(shù)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計技術(shù),促進(jìn)石油化工輸油管道自動化儀表各項功能的健康、持久、穩(wěn)定發(fā)展。
2.3規(guī)范輸油管道儀表自動化技術(shù)操作流程。為了規(guī)范輸油管道儀表自動化技術(shù)操作流程,提高我國石油化工企業(yè)儀表自動化技術(shù)的應(yīng)用水平,尤其要突出發(fā)展儀表計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字化、先進(jìn)控制技術(shù)的實用化和計算機信息系統(tǒng)綜合化。儀表自動化技術(shù)操作人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守儀表技術(shù)操作手冊的相關(guān)規(guī)定,尤其是加強儀表維護管理系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)和人機操作站的節(jié)點控制。儀表自動化技術(shù)操作人員還應(yīng)當(dāng)加強對現(xiàn)場儀表的工位號、材料、量程、精度、運行狀況的記憶和研究,使其能夠深入熟悉現(xiàn)場儀表的全部運行情況。