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【關鍵詞】現(xiàn)代移動通信;發(fā)展歷程;新技術
【中圖分類號】TN929.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158(2013)04-0201-01
所謂的移動通信是指移動體之間相互進行的通信,即通信的雙方在可移動的情況下進行的通信,具有顯著的可移動性特點。移動通信包括可移動體之間的通信,或是可移動體與固定體之間進行的通信。所指的移動體可以是人,也可以是移動狀態(tài)中的物體兩種。移動通信基本上滿足了人們在任何地點任何時間的通信要求,移動通信市場在進行著不斷的變化,所以,移動通信技術也快速的發(fā)展起來。
1、移動通信技術的發(fā)展歷程
1.1 第一代移動通信技術
對第一代移動通信技術的介紹,第一代通信技術簡稱為1G,在20世紀80年起,因為其采用了頻分多址技術和模擬技術,所以又被稱為是模擬移動通信技術。第一代移動通信技術的主體是AMPS和TACS,代表是頻分雙工、頻分多址制式,以蜂窩組網技術的應用來提高頻率資源的利用率。我國所使用的第一代移動通信技術是主要以TACS為主的移動通信技術,每秒的傳輸速率最高可達到2.4kB,即使傳輸速率足夠快,但是由于傳輸帶寬限制的原因,TACS的活動區(qū)域范圍有限,只能在有限的區(qū)域范圍內將移動通信系統(tǒng)的功能發(fā)揮出來,所以移動通信的長途漫游不易得到實現(xiàn)。隨著移動通信市場的快速發(fā)展,第一代移動通信技術的弊端就顯現(xiàn)的越來越明顯了,下面列舉一下它存在的缺陷,比如各制式不易兼容、頻譜利用率低、低傳輸速率、保密性能低等。
1.2 第二代移動通信技術
第二代移動通信技術的簡稱是2G,起源時間是上世紀90年代,第二代移動通信的關鍵技術使用的是碼分多址與時分多址的技術,所以又被稱為是數字移動通信技術。第二代移動通信技術的代表制式是CDMA和GSM兩種,我國主要使用的是GSM制式。2G的傳輸速率是9.6kB~28.8kB每秒,不同于第一代移動通信,第二代移動通信系統(tǒng)的保密性極強,頻譜使用率也較高。除此之外,還能提供很多其他的業(yè)務,也解決了異地漫游這個問題。因為國際制式缺乏統(tǒng)一,2G所具備的異地漫游,具有局限性,只能在統(tǒng)一制式的活動區(qū)域內進行。第二代移動通信的傳輸帶寬實現(xiàn)了增加,但是多媒體業(yè)務等高速率業(yè)務想要得以實現(xiàn),第二代移動通信的數據仍存在一定的約束性。
2、現(xiàn)代移動通信的新技術
2.1 高速下行分組接入技術
移動通信系統(tǒng)中的數據業(yè)務在未來的發(fā)展趨勢中占據關鍵地位,所以,提供有效的多用戶高速下行數據業(yè)務技術是未來移動通信業(yè)務發(fā)展的必然趨勢,而現(xiàn)如今高速下行分組接入技術完全滿足這一需要,所以高速下行分組接入技術成為未來移動通信系統(tǒng)發(fā)展的主要且是唯一的趨勢之一。高速下行分組接入技術的主要構成是MIMO、H-ARQ技術,該技術能夠將下行速率由8Mbps提升到20Mbps,MIMO技術能使移動通信系統(tǒng)的容量得到擴充,還能夠將數據傳輸速率提升到14.4Mbps到21.6Mbps范圍內,但是MIMO技術也存在一些缺陷,比如會增加移動臺和基站的復雜度。研究表明,配有四付天線的移動臺的復雜度是單個天線的兩倍,所以為了彌補MIMO的信道空間存在的缺陷,使MIMO的信道空間得到充分地利用,所以空時處理方案的BLAST技術便產生了。BLAST技術的主要作用是通過多徑提供的空間并行性大大的提高比特率。BLAST系統(tǒng)的使用條件通常是在信道極窄的情況下才能使用,但是如果接收端使用的是MIMO-DFE技術,在頻率選擇性信道等較一般的情況下就可以使用BLAST技術。
2.2 自適應可變速率調制技術
未來移動通信系統(tǒng)所要求的是要滿足傳輸速率不同和質量不同的多種業(yè)務,還要具備靈活性,隨時間和傳播地點的變化而靈活變化,所以,根據以上要求,未來移動通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一是要有較強的自適應調制傳輸速率的能力。自適應編碼調制技術應該以確保傳輸的質量為基礎,根據不同的傳播條件進行有效地調整傳輸速率,這樣才能將所用頻譜的效率發(fā)揮到最大??勺兯俾收{制技術主要有兩種方式:一個是調制可變速率正交振幅,又稱VRQAM。它主要是振幅和相位相互聯(lián)合構成的鍵控技術。電平數較少,每碼元攜帶的信息比特數就較少,反之亦然,電平數若較多,其每碼元攜帶的信息比特數便較多。另一個是可變擴頻增益碼分多址,又稱VSGCDMA。它主要采用的是通過改變發(fā)射的功率和擴頻的增益來對不同的業(yè)務速率進行傳輸。在對高速業(yè)務進行傳輸的過程中應該以保證傳輸質量為前提,才能降低擴頻的增益,此時要做的是適當地提高發(fā)射功率;但在對低速業(yè)務進行傳輸時必須要做的是在保證傳輸質量,適當增大擴頻增益,同時還要降低發(fā)射的功率,避免多址干擾的出現(xiàn)。
2.3 IP技術
將來的移動通信網絡會有一個十分完善的IP系統(tǒng),該系統(tǒng)能使核心網得以IP化,更能使無線接入部分得到IP化。核心網的IP化考慮的主要內容是原有核心網的改動程度、改動后和兼容性以及改動的成本等。但是無線接入部分的IP化能夠保證IP技術的相互協(xié)調,促進了以IP包為基礎的統(tǒng)計復用技術的實現(xiàn),同時很大程度上的降低了傳輸成本,實現(xiàn)了全帶寬的利用度,真正促進和實現(xiàn)了語音和業(yè)務數據融合。
2.4 軟件無線電技術
軟件無線電指的是研制出一個可編程的完全的硬件平臺以及軟件編程程序,所有的應用將通過這一平臺中的軟件編程程序得到獲得。也就是說,即使是不同系統(tǒng)的基站和移動終端也能夠通過相同硬件平臺上的不同軟件而得以實現(xiàn)。軟件無線電技術能夠有效地促進各種移動臺及各移動通信設備之間的無縫集成,同時能夠使移動通信系統(tǒng)的建設成本大大降低。同時將使移動通信的網絡結構有所改變,并加速無線網與有線網的相互融合,實現(xiàn)多種網絡互聯(lián),增強網絡的靈活性。
2.5 多用戶檢測技術
多用戶檢測技術簡單來說主要是一種檢測系統(tǒng)中的幾個或多個平行傳送信號的高效檢測程序。多用戶檢測技術的出發(fā)點是把所有用戶的信號看成是有用的信號,不是干擾信號,以清除用戶受到的多址干擾信號的方式,來促進提高頻譜效率和增加容量。
2.6 智能天線陣列技術
所謂的智能天線是多組獨立完整的天線相互組合成的天線陣列系統(tǒng),能夠將收發(fā)信機的多個輸入與多個輸出巧妙地結合起來,并提供一個綜合的時空信號。與單個天線相比,智能天線能夠對波束的方向進行動態(tài)的調整,從而能夠跟蹤信號變化,以減小旁瓣干擾,使每個用戶能夠得到最大的主瓣。這樣既能夠使系統(tǒng)容量得以增加,SINR得到有效的改善,又能擴大小區(qū)的最大覆蓋范圍,降低了移動臺的發(fā)射功率。
摘要:縱觀全球迅猛發(fā)展的高科技, 電信業(yè)必將成為21 世紀世界經濟的火車頭,通信技術正發(fā)生著百年未遇的巨大變化。本文介紹了第三代移動通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀,最后展望了未來移動通信技術發(fā)展的趨勢。
關鍵詞:移動通信;3G;發(fā)展;展望
一、引言
伴隨著移動通信市場的快速發(fā)展,用戶對更高性能的移動通信系統(tǒng)提出了更高要求,希望享受更為豐富和高速的通信業(yè)務。第二代移動通信運營商發(fā)展速度趨于緩和而競爭越加激烈,為尋找新的增長點,通過發(fā)展數據業(yè)務來提高自身的服務質量和業(yè)務類型,需要3G的支持。同時由于第二代移動通信無線頻率資源日趨緊張,已不能滿足長期的通信需求發(fā)展需要。
二、移動通信的發(fā)展歷程
第一代移動通信系統(tǒng)是在20世紀80年代初提出的,它完成于20世紀90年代初。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸的,其特點是業(yè)務量小、質量差、交全性差、沒有加密和速度低。
第二代移動通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標準協(xié)會在1996 年提出了GSM Phase 2+,目的在于擴展和改進GSM Phase 1及Phase 2中原定的業(yè)務和性能。它主要包括CMAEL(客戶化應用移動網絡增強邏輯),SO(支持最佳路由)、立即計費,GSM 900/1800雙頻段工作等內容,也包含了與全速率完全兼容的增強型話音編解碼技術,使得話音質量得到了質的改進;半速率編解碼器可使GSM系統(tǒng)的容量提高近一倍。在GSM Phase2+ 階段中,采用更密集的頻率復用、多復用、多重復用結構技術,引入智能天線技術、雙頻段等技術,有效地克服了隨著業(yè)務量劇增所引發(fā)的GSM 系統(tǒng)容量不足的缺陷;自適應語音編碼(AMR)技術的應用,極大提高了系統(tǒng)通話質量;GPRS/EDGE技術的引入,使GSM與計算機通信/Internet有機相結合,數據傳送速率可達115/384kbit/s,從而使GSM 功能得到不斷增強,初步具備了支持多媒體業(yè)務的能力。盡管2G技術在發(fā)展中不斷得到完善,但隨著用戶規(guī)模和網絡規(guī)模的不斷擴大,頻率資源己接近枯竭,語音質量不能達到用戶滿意的標準,數據通信速率太低,無法在真正意義上滿足移動多媒體業(yè)務的需求。?
三、第三代移動通信系統(tǒng)概述
第三代移動通信系統(tǒng)(3G),也稱IMT2000,是正在全力開發(fā)的系統(tǒng),其最基本的特征是智能信號處理技術,智能信號處理單元將成為基本功能模塊,支持話音和多媒體數據通信,它可以提供前兩代產品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務,例如高速數據、慢速圖像與電視圖像等。如WCDMA的傳輸速率在用戶靜止時最大為2Mbps,在用戶高速移動時最大支持144Kbps,所占頻帶寬度5MHz 左右。
但是,第三代移動通信系統(tǒng)的通信標準共有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三大分支,共同組成一個IMT 2000家庭,成員間存在相互兼容的問題,因此已有的移動通信系統(tǒng)不是真正意義上的個人通信和全球通信;再者,3G的頻譜利用率還比較低,不能充分地利用寶貴的頻譜資源;第三,3G支持的速率還不夠高,如單載波只支持最大2Mbps 的業(yè)務,等等。這些不足點遠遠不能適應未來移動通信發(fā)展的需要,因此尋求一種既能解決現(xiàn)有問題,又能適應未來移動通信的需求的新技術(即新一代移動信:next generation mobile communication)是必要的。
第三代移動通信技術的基本特點:(1)全球統(tǒng)一頻段,統(tǒng)一標準,全球無縫覆蓋和漫游。(2)頻譜利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能達到全覆蓋和全移動性,還能提供最高速率達2Mbps的多媒體業(yè)務。(4)支持高質量話音、分組多媒體業(yè)務和多用戶速率通信。(5)有按需分配帶寬和根據不同業(yè)務設置不同服務等級的能力。(6)適應多用戶環(huán)境,包括室內、室外、快速移動和衛(wèi)星環(huán)境。(7)安全保密性能優(yōu)良。(8)便于從第二代移動通信向第三代移動通信平滑過渡。(9)可與各種移動通信系統(tǒng)融合,包括蜂窩、無繩電話和衛(wèi)星移動通信等。(10)終端(手機)結構簡單,便于攜帶,價格較低。?
4G移動網絡通信技術相比于3G具有很強的優(yōu)越性,首先4G通信技術速度更加的快,第二代移動通信系統(tǒng)最高的傳輸速率是32kbps,第三代組高速率為2mbps,經專家科學預測第四代移動通訊技術最高可達100mbps速度。其次,4G移動網絡通信技術將實現(xiàn)高質量多媒體通信,第四代移動網絡通信技術比第三代覆蓋范圍更廣,質量更高,更能滿足人們對高分辨率的多媒體需要。最后,能夠為客戶提供多樣化的增值服務,4G是利用正教多任務分頻技術來實現(xiàn)數字音頻廣播等多樣化的增值服務,能夠更好地滿足使用者的多樣化的需要。
二、4G移動通信技術的安全缺陷
1、安裝的應用程序存在安全漏洞。
現(xiàn)階段網絡技術還處于不成熟階段,軟件中存在著許多的安全漏洞,網絡瀏覽器和其他應用程序很容易出現(xiàn)故障。很多人對4G網絡認識不清,對4G移動通信安全系統(tǒng)不了解,不正常的操作極易出現(xiàn)系統(tǒng)問題和死機現(xiàn)象導致信息的不安全和不完整。
2、病毒的破壞。
4G移動網絡通信技術雖然有很多的優(yōu)勢,但它也跟其他網絡一樣懼怕病毒。病毒是安全系統(tǒng)的蛀蟲,當病毒入侵網絡系統(tǒng)后后不僅僅會對電腦網絡的傳輸途徑造成很大的破壞,而且會導致信號傳播中出現(xiàn)亂碼,妨礙信息的正確傳遞。
3、黑客的入侵。
黑客是指擁有高級知識的程序編輯人員,并且通過編程序來操作系統(tǒng),利用電腦系統(tǒng)存在的漏洞非法的侵入他人系統(tǒng),盜取他人的信息資料,非法獲得自身所需要的東西的人。黑客的入侵通常會導致系統(tǒng)安全的破壞,使他人利益損壞,對他人造成危害。
三、完善4G移動通信技術
4G系統(tǒng)是一個業(yè)務多種多樣的異構網絡,現(xiàn)有的3G安全方案加/解密匙的方法并不適用于4G系統(tǒng)。4G安全系統(tǒng)將是一種輕量的具有復合特點的能夠重復配置的系統(tǒng)。僅僅有防范和檢查作用的安全系統(tǒng)是不能完全保衛(wèi)系統(tǒng)的安全的,建立能夠對病毒有一定的抵御能力和自動回復能力安全系統(tǒng)是非常必要的。所有的系統(tǒng)都會有一定的缺陷,一旦發(fā)生了信息的泄露將產生不可挽回的災難性的損失。人為的缺失和自然災害都會對網絡系統(tǒng),造成毀滅性的災害。要在4G移動通信系統(tǒng)中加入系統(tǒng)容災技術,一些自然災害雖然會對通信系統(tǒng)產生危害但是在災難過后就能快速準確的恢復原有數據,保衛(wèi)系統(tǒng)安全。作為最后數據屏障的數據備份系統(tǒng),不能有失誤。要想保障數據不出現(xiàn)差錯,數據容災要選用兩個存儲器,這兩個存儲器內保存的內容雖然一致,但是他們兩個相互獨立一個出現(xiàn)問題不會直接影響另外一個,這兩個儲存器一個放在本地另外一個放在異地。它們通過IP連接在一起,是一個具有完整性、準確性、安全性的容災系統(tǒng),二者同時為為本地的服務器服務,同時使用。要不斷地完善4G通信系統(tǒng),無論是系統(tǒng)的硬件還是軟件都要全面升級,不斷地提升系統(tǒng)的安全性能。
四、小結
2網絡業(yè)務數據化、分組化
2.1無線數據——生機無限當前移動數據通信發(fā)展迅速,被認為是移動通信發(fā)展的一個主要方向。近年來出現(xiàn)的移動數據通信主要有兩種,一種是電路交換型的移動數據業(yè)務,如TACS、AMPS和GSM中的承載數據業(yè)務以及GSM系統(tǒng)的HSCSD;另外一種是分組交換型的移動數據業(yè)務,如摩托羅拉的DataTAC、愛立信的Mobitex和GSM系統(tǒng)的GPRS。
目前,無線數據業(yè)務只占GSM網絡全部業(yè)務量中的很小一部分,但是在未來的兩年中這種狀況將開始扭轉,并大大改變。1999年以后,隨著HSCSD、GPRS等新的高速數據解決方案顯露崢嶸,并成為數據應用的新焦點,無線數據將成為運營商經營計劃中越來越重要的部分,它預示著未來大量的商業(yè)機遇。
(1)應用驅動市場
無線數據業(yè)務的主要驅動力在于用戶的應用。話音是單一的、易于被大眾所接受的業(yè)務,然而無線數據則不同,無線數據最初的應用重點放在運輸管理這樣的專業(yè)市場。近期無線數據業(yè)務的目標市場是銷售人員或現(xiàn)場工程師這樣的用戶群。從這些先發(fā)目標的應用中積累無線數據的經驗,并從中受益。
在過去的十年里,傳統(tǒng)的生活方式已經在迅速改變,人們更經常性地移動,職業(yè)和個人生活之間的分界變得模糊,人們需要不分時間、地點訪問很重要的信息。發(fā)生在用戶身上的這種生活方式的改變將成為驅動無線數據業(yè)務發(fā)展的重要因素。
(2)因特網的影響
和通信的其他領域一樣,無線數據業(yè)務的一個最重要的驅動力來自Internet。根據最近的研究,未來兩年歐洲的因特網用戶數量將翻一番。在我國,因特網用戶的年增長率將高達300%,顯然用戶在運動中接入因特網的需求將會增長。
為了滿足接入因特網的需求,一個全球性的開放協(xié)議——無線應用協(xié)議(WAP)應運而生。WAP為將Internet的信息內容以及增值業(yè)務傳送到移動終端提供了一種開放的通用標準,實現(xiàn)了IP與GSM網絡的橋接,是一個為廠商提供加速市場增長、避免網絡割接、保護運營商投資的標準,WAP確保任何與WAP兼容的GSM手機都能工作。
(3)數據速率的發(fā)展
GSM承載業(yè)務所提供的GSM數據速率最高只能達到9.6kbit/s。國際上1998年引入的高速電路交換數據(HSCSD)技術將實現(xiàn)57kbit/s的數據速率,對要求連續(xù)比特率和傳輸時延小的應用是理想的,如會議電視、電子郵件、遠程接入企業(yè)的局域網和無線圖像。1999年商用化的GPRS是第一個GSM分組數據應用,將實現(xiàn)超過100kbit/s的數據速率。對較短的“突發(fā)”類型業(yè)務是理想的,如信用卡認證、遠程測量和遠程事務處理。EDGE(增強數據速率GSM改進模式)使用修改過的GSM調制方式來實現(xiàn)超過300kbit/s的數據速率。EDGE會讓GSM運營商特別受益,他們不但可以贏得第三代移動通信的經營執(zhí)照,還可以提供有競爭力的寬帶數據業(yè)務。
2.2個人多媒體通信——網絡演進的方向
對隨時隨地話音通信的追求使早期移動通信走向成功。移動通信的商業(yè)價值和用戶市場得到了證明,全球移動市場以超凡的速度增長。移動通信演進的下一階段是向無線數據乃至個人移動多媒體轉移,這一進展已經開始,并將成為未來重要的增長點。個人移動多媒體將根據地點為人們提供無法想像的、完善的個人業(yè)務和無線信息,將對人們工作和生活的各個方面產生影響。在個人多媒體世界里,話音郵件和電子郵件被傳送到移動多媒體信箱中;短信將成為帶有照片和視頻內容的電子明信片;話音呼叫將與實時圖像相結合,產生大量的可視移動電話,還將實現(xiàn)移動因特網和萬維網瀏覽。像無線會議電視這樣的應用將隨處可見,電子商務將蓬勃開展。對于運動中的用戶還有隨時隨地的各種信箱和娛樂服務。
3網絡技術的寬帶化
在電信業(yè)歷史上,移動通信可能是技術和市場發(fā)展最快的領域。業(yè)務、技術、市場三者之間是一種互動的關系,伴隨著用戶對數據、多媒體業(yè)務需求的增加,網絡業(yè)務向數據化、分組化發(fā)展,移動網絡必然走向寬帶化。
通過使用電話交換技術和蜂窩無線電技術,70年代末誕生了第一代模擬移動電話。AMPS(北美蜂窩系統(tǒng))、NMT(北歐移動電話)和TACS(全向通信系統(tǒng))是三種主要的窄帶模擬標準。第一代無線網絡技術的一大成就就是去掉了將電話連接到網絡的用戶線。用戶第一次能夠在他們所在的任何地方無線接收和撥打電話。
第二代系統(tǒng)引入了數字無線電技術,它提供更高的網絡容量,改善了話音質量和保密性,并為用戶引入了無縫的國際漫游。今天世界市場的第二代數字無線標準,包括GSM、MMPS、PDC(日本數字蜂窩系統(tǒng))和IS95CDMA等,均仍為窄帶系統(tǒng)。
第三代移動系統(tǒng),即IMT-2000,是一種真正的寬帶多媒體系統(tǒng),它能夠提供高質量寬帶綜合業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。2000年以后,窄帶移動電話業(yè)務需求將依然很大,但隨著Internet等高速數據通信及多媒體通信需求的驅動,寬帶多媒體綜合業(yè)務將逐步增長,而且就未來信息高速公路建設的無縫覆蓋而言,寬帶移動通信作為整個移動市場份額的子集將顯得愈來愈重要。
第三代系統(tǒng)預計在2002年投入商用。
從第二代到第三代系統(tǒng)的變化并不像從第一代模擬網絡到第二代數字網絡那樣存在重大的技術變遷。從目前的技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢來講,第二代系統(tǒng)將逐步子滑過渡到第三代系統(tǒng),在此演進過程中,移動網絡所能實現(xiàn)的數據速率逐步升級:GSM承載業(yè)務所能提供的數據速率為9.6kbit/s,1998年商用的HSCSD技術實現(xiàn)了57kbit/s的數據速率,1999年引入的GPRS將實現(xiàn)超過100kbit/s的數據速率,將在2000年引入的EDGE技術可實現(xiàn)超過300kbit/s的數據速率。2001年后投入商用的第三代系統(tǒng)將能夠在廣域網上實現(xiàn)384kbit/s的數據速率,在辦公室和家中還可以達到2Mbit/s。
4網絡技術的智能化
移動通信需求的不斷增長以及新技術在移動通信中的廣泛應用,促使移動網絡得到了迅速發(fā)展。移動網絡由單純地傳遞和交換信息,逐步向存儲和處理信息的智能化發(fā)展,移動智能網由此而生。移動智能網是在移動網絡中引人智能網功能實體,以完成對移動呼叫的智能控制的一種網絡,是一種開放性的智能平臺,它使電信業(yè)務經營者能夠方便、快速、經濟、有效地提供客戶所需的各類電信新業(yè)務,使客戶對網絡有更強的控制功能,能夠方便靈活地獲取所需的信息。移動智能網通過把交換與業(yè)務分離,建立集中的業(yè)務控制點和數據庫,進而進一步建立集中的業(yè)務管理系統(tǒng)和業(yè)務生成環(huán)境來達到上述目標。通過智能網,運營公司可以最優(yōu)地利用其網絡,加快新業(yè)務的生成;可以根據客戶的需要來設計業(yè)務,向其他業(yè)務提供者開放網絡,增加收益。
關于移動智能網的研究,早在1995年就已開始,剛開始并沒有具體的標準協(xié)議出現(xiàn),各廠商各自制定了自己的標準,并且據此進行了不少的研究工作,如Alcatel、Nortel、Ericsson等都先后推出了自己的初期產品。這些工作為最終移動智能網標準的形成積累了經驗。
1997年末,美國蜂窩電信工業(yè)協(xié)會(CTIA)制定了移動智能網的第一個標準協(xié)議——IS-41D協(xié)議。1998年1月,歐洲電信標準研究所(ETSI)在GSMphase2+階段引入了CAMEL協(xié)議(移動通信高級邏輯的客戶化應用程序),當時的版本是Phase1。1998年4月,ITU-T在新推出的智能網能力集一2標準中描述了移動接入的功能實體,稱為CAMELphase2標準。
伴隨著移動網絡向第三代系統(tǒng)的演進,網絡的智能化程度也在不斷地提升。智能網及其智能業(yè)務是構成未來個人通信的基本條件。
5更高的頻段
從第一代的模擬移動電話,到第二代的數字移動網絡,再到將來的第三代移動通信系統(tǒng),網絡使用的無線頻段遵循一種由低到高的發(fā)展趨勢。1981年誕生的第一個具有國際漫游功能的模擬系統(tǒng)NMT的使用頻段為450MHz,1986年NMT變遷到900MHz頻段。我國目前的模擬TACS系統(tǒng)的使用頻段也為900MHz。在第二代網絡中,GSM系統(tǒng)的開始使用頻段為900MHz,IS-95CDMA系統(tǒng)為800MHz。為了從根本上提高GSM系統(tǒng)的容量,1997年出現(xiàn)了1800MHz系統(tǒng),GSM900/1800雙頻網絡迅速普及。2002年將投入商用的第三代系統(tǒng)IMT-2000則定位在2GHz頻段。
6更有效利用頻率
無線電頻率是一種寶貴資源。隨著移動通信的飛速發(fā)展,頻譜資源有限和移動用戶急劇增加的矛盾越來越尖銳,出現(xiàn)了“頻率嚴重短缺”的現(xiàn)象。解決頻率擁擠問題的出路是采用各種頻率有效利用技術和開發(fā)新頻段。
模擬制的早期蜂窩移動通信系統(tǒng)采用頻分多址方式,主要通過多信道共用、頻率復用和波道窄帶化等技術實現(xiàn)頻率的有效利用。隨著業(yè)務的發(fā)展,模擬系統(tǒng)已遠不能滿足用戶發(fā)展的需求。數字移動通信比模擬移動通信具有更大的容量。同樣的頻分多址技術,數字系統(tǒng)要求的載干比較小,因而頻率復用距離可以小一些,系統(tǒng)的容量可以大一些。而且,數字移動通信還可采用時分多址或碼分多址技術,它比模擬的頻分多址制在系統(tǒng)容量上大4-20倍。
GSM作為最具代表性和最為成熟的數字移動通信系統(tǒng),其發(fā)展歷程就是一部頻率有效利用技術的演進史。GSM采用時分多址制式,其對頻率的有效利用主要是通過頻率復用技術的不斷升級實現(xiàn)的。從傳統(tǒng)的4×3方式,到3×3、1×3、MRP、2×6等新的復用技術,頻率復用的密集度逐步提升,頻譜效率快速提高,GSM系統(tǒng)的容量得到逐步釋放。1995年開始投入商用的IS-95CDMA(窄帶)系統(tǒng),以無線技術的先進性和大容量等特點著稱。它以擴頻技術為基礎,不同用戶的信號靠不同的編碼序列來區(qū)分,如果從頻域或時域來觀察,多個CDMA信號是相互重疊的,故理論上CDMA系統(tǒng)的頻譜利用率比GSM系統(tǒng)更高,網絡容量更大。同時CDMA系統(tǒng)具有一定的過載能力,即系統(tǒng)具備軟容量。作為未來第三代移動通信系統(tǒng)主流無線接入技術的WCDMA(寬帶碼分多址)能夠更高效地利用無線電頻率。它利用分層小區(qū)結構、自適應天線陣和相干解調(雙向)等技術,網絡容量可得到大幅提高,可以更好地滿足未來移動通信的發(fā)展要求。
7網絡趨于融合,走向統(tǒng)一
7.1第三代移動通信系統(tǒng)的結構
第三代系統(tǒng)的主要目標是將包括衛(wèi)星在內的所有網絡融合為可以替代眾多網絡功能的統(tǒng)一系統(tǒng),它能夠提供寬帶業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。為了保護運營公司在現(xiàn)有網絡設施上的投資,第二代系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的演進遵循平滑過渡的原則,現(xiàn)有的GSM、D-AMPSIS-136等第二代系統(tǒng)均將演變成為第三代系統(tǒng)的核心網絡,從而形成一個核心網家族,核心網家族的不同成員之間通過NNI接口聯(lián)結起來,成為一個整體,從而實現(xiàn)全球漫游。在核心網絡家族的,形成一個龐大的無線接入家族,現(xiàn)有的幾乎所有的無線接入技術以及WCDMA等第三代無線接入技術均將成為其成員。
【關鍵詞】4G 概述 技術特點 趨勢
當3G技術剛剛走入人們的視線尚未完全完全普及之時,對下一代通信技術的展望早已悄悄地拉開了帷幕。盡管3G技術與2G相比有著巨大的優(yōu)勢,但并未在技術層有重大的改變,只是在視頻應用上邁出了重要的一步。3G技術的發(fā)展主要有以下幾個方面的局限:
第一,較高的通信速率。3G雖然標稱能達到2Mbit/s的速率,但平均速率只能達到384 kbit/s盡管目前3G增強型技術不斷發(fā)展,但其傳輸速率還有差距。
第二,不能提供動態(tài)范圍多速率業(yè)務。由于3G空中接口主流的三種體制WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA所支持的核心網不具有統(tǒng)一的標準,難以提供具有多種QoS及性能的多速率業(yè)務。
第三,不能真正實現(xiàn)不同頻段不同業(yè)務環(huán)境間的無縫漫游。由于采用不同頻段的不同業(yè)務環(huán)境需要移動終端配置有相應不同的軟、硬件模塊,而3G移動終端目前尚不能實現(xiàn)多業(yè)務環(huán)境的不同配置。
3G系統(tǒng)以上的局限性使其發(fā)展受到限制,很多公司已經開始著手4G概念通信系統(tǒng)的研究。本文主要介紹4G概念通信的技術特點以及可能采用的關鍵技術。
1 概述 4G 移動通信技術
4G 移動通信技術在上世紀末就已被提出,國際電信聯(lián)盟還將“IMT-2000”及其以后的系統(tǒng)作為計劃工作中的一項,同時在規(guī)劃中提出要在 2010 年完成 4G 的初步商用。進入新世紀以來,隨著網絡通信技術飛速發(fā)展和計算機技術的進步,IMT-2000 系統(tǒng)成為了研究的重點,在國際電信聯(lián)盟的支持下,于 2000 年在加拿大成立了專門研究小組,為的是將全球范圍內的研究工作組統(tǒng)一化。我國對 4G 技術越來越關注,相應的研究工作也已經正式列入國家 863 項目??蓮囊韵聨c來理解第四代移動通信系統(tǒng):(1)是一種新的無線通信系統(tǒng),其系統(tǒng)是建立在新的頻段上的;(2)以分組數據信息為基礎,實現(xiàn)其高速率的傳輸;(3)真正的“全球一統(tǒng)”;(4)基于全新網絡體質的系統(tǒng),或者說其無線部分將是對新網絡的無線接入;(5)將不是單純的通信系統(tǒng),而是融合了數字通信、數字音/視頻接受和網絡計入的嶄新系統(tǒng)。第四代移動通信有其創(chuàng)新之處,和前幾代的系統(tǒng)有很大不同,其系統(tǒng)網絡架構以路由技術為主,在以往的系統(tǒng)中,核心網絡只有一個,即移動網絡的作用。而在第四代通信系統(tǒng)中,它更像是一個統(tǒng)一的固定網絡,具有移動管理的功能,而且可以和有線、無線相連接使用。當與無線相接時,接入點具有多種選擇,如無線局域網、蜂窩系統(tǒng)基站等,這些接入方式雖然略有差異,但信令結構是相同的,關于信息格式,通常有IP 分組和 ATM 信元兩種。此外,無線接入點也有很多變化,用戶可隨時接入,而且在通信過程中還能完成接入點之間的轉換。須注意的是,核心網絡意義重大,需要實時掌握用戶的具置,對用戶的身份進行鑒別。
2 4G 移動通信技術要點
目前,第三代移動通信已經開始規(guī)?;逃茫瞧渥陨硭哂械募夹g局限性已經引起人們的注意,因此世界通信業(yè)界的專家們已經將目光投向了后 3G 技術即 4G 技術。在 3G向 4G 技術演進過程中產生并發(fā)展了一系列的移動通信新技術,主要包括 OFDM 技術、智能天線、MUD 技術等。
2.1 OFDM 技術
作為一種特殊技術,OFDM 是利用多載波來實現(xiàn)信號的傳輸和接收工作的,該技術的原理在于,在一定的頻域內,系統(tǒng)會將已設置好的信道進行劃分,形成多個正交子通道,傳輸工作或窄帶調制就在子通道上完成,通常信道寬度會比信號的快帶要略寬一些。通過窄帶調制,可降低高速串行的數據速度,使其成為低速的子數據流,借助子載波對這些轉換后的子數據流進行調制,使它們相互正交,最終實現(xiàn)并行傳輸。OFMD 技術由于能夠抗干擾,頻譜利用率而受到廣泛關注,成為未來移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。
2.2 智能天線技術
智能天線通過天線陣元信號的加權幅度和相位來改變陣列的方向圖形狀,具有側向和調零功能,能夠把天線陣列方向圖主瓣對準用戶信號到達方向,并自適應實時跟蹤信號,同時將旁瓣或零陷對準干擾信號的到達方向,從而抑制干擾信號,提高信號的信噪比,改善整個通信系統(tǒng)的性能,并能識別不同入射方向的直射波和反射波。
2.3 MUD 技術
該技術是多用戶檢測技術,當使用用戶較多時,必然會占據某個信道,而各自的信號幅度等因素不盡相同,MUD 技術結合某些用戶的時間、相位及信號強弱等信息因素進行考慮,在此基礎上,對單個用戶的信號狀況進行檢測,以實現(xiàn)用戶之間的最佳聯(lián)合檢測。
2.4 無線ATM技術
WATM 的基本概念是采用標準 ATM 信元用于網絡級功能,同時在無線鏈路中增加無線首標/尾標用于無線信道專用協(xié)議子層(媒體接入控制、數據鏈路控制及無線網絡控制)。
2.5 IPv6 技術
IPv6 將地址長度增加了 4 倍,從 IPv4 的 32 位增加到了128 位。IPv6 不僅解決了 IP 地址不夠用的問題,而且提高了網絡的安全性和服務質量。其主要有這些特性:擴展了 IP 的地址空間;增強了認證與私密性;簡化報頭格式,加強了對擴展報頭和選項部分的支持;對數據流進行標識;改進移動網絡和實時通信方面的性能。
3 對4G移動通信技術發(fā)展趨勢的展望
目前,全球已經擁有了一個數量及其龐大的手機使用團體,更多的人在體驗了手機 3G上網以后對手機上網速度有了新的認識,使用手機上網的用戶不斷增多,相比較 3G 通信技術,4G 通信技術在技術方面具有更大的優(yōu)勢,因此,未來 4G移動通信技術必然會進入一個飛速發(fā)展的時期。
參考文獻
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