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摘要:感知无线电技术是在软件无线电技术基础上发展起来的一种新的智能无线通信技术,是软件无线电技术的扩展,它使软件无线电从预先定义协议的盲目执行者转变成为无线电领域的智能。感知无线电虽具有独特的优点,但技术并不成熟,本文对感知无线电的无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理,无线电知识描述语言等关键问题进行了探讨,希望能够对相关工作的开展提供一些参考。
一、感知无线电的概念
感知无线电技术用以实现动态频谱共享。通过检测空中信号占用频谱,通过探知无线环境中空闲频谱资源,选择可被自己利用频率进行通信。租借系统通过采用感知无线电技术,实时跟踪授权系统占用频率状况,随时使用、释放频段,在保障授权系统通信前提下,与授权系统动态共享频谱。论文百事通采用频谱检测方式获取频谱信息可使感知无线电技术能适应无线环境频谱使用状况短期变化,高效利用频谱,并且感知无线电技术不要求改造现有系统,对无线信道环境和用户需求都将具有较好适应性。
感知无线电技术动态频谱共享是自适应传输技术思想在频谱分配领域的运用。自适应传输使无线通信系统数据传输适应信道传输能力的变化,通过提高数据传输速率来改善频谱利用率。而感知无线电使无线通信系统占用的频谱适应无线环境频谱使用状况的变化,通过增加共享同一频段的系统数、用户数来提高频谱利用率。不管是自适应传输技术还是感知无线电技术,其思想的核心都是无线通信系统能自动地适应外界环境和自身需求的变化。
感知无线电思想可以推广到移动通信其它层面。从低层到高层,要求未来移动通信系统能检测系统各层参数与状态,如链路质量、网络拓扑、业务负载、甚至用户需求,并能适应这些变化。从通信端到端,在存在重叠覆盖多种无线电通信环境下,要求移动设备能够在异构网络间切换,实现包括终端、网络和业务在内的端到端重配置。这也就是所谓的认知网络(CognitiveNetwork)。
二、感知无线电关键技术分析
作为一种新的智能无线通信技术,感知无线电可以感知到周围的环境特征,采用构建方法进行学习,通过相关描述语言与通信网络智能交流,实时调整传输参数,使系统的无线规则与输入的无线电激励的变化相适应,以达到随时随地通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。无线规则指一系列适合无线频谱合理使用的射频带宽、空中接口、相关协议和空间时间模式的设置。感知无线电系统的重构能力很重要,该功能就是以软件无线电作为平台来实现的。重构功能是由软件无线电实现,而感知无线电的其他任务是通过信号处理和机器学习的过程实现,其感知过程开始于无线电激励的被动感应,以做出反应行为而终止,一个基本的感知周期要大致分为3个基本过程,分别是无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理,它们的顺序执行使感知无线电系统的感知功能得以实现。
2.1感知无线电技术与动态频谱分配
未来移动通信系统满足用户需求的关键点是提高频谱利用率。移动通信的发展使带来了越来越严重的频率短缺问题。解决频率短缺大致有两类方法,一是扩大可利用的频率范围,二是提高频谱利用率。为增加可用频率,移动通信系统的频率已扩展至300GHZ。无线信道的路径损耗是随频率升高而迅速增加的,所以频率过高并不利于移动通信。因而,更加有效的方法是提高频谱利用率。
提高频谱利用率有三类途径,改进通信设备的传输技术,优化网络、提高组网能力。目前广泛采用这两种途径,但是这两种方法能够获得的频潜利用率增益将越来越少。第三种提高频谱利用率的途径是改进频谱分配方式。
目前国际上主要采用固定频谱分配方式,一个频段只分配给一个无线接入系统,不管分配的频段是否被频率牌照的所有者实际使用,其它无线接入系统不能占用该频段。为提高频谱利用率,可以将一些频段分配给了多个系统,允许它们同时占有同一个频段,甚至一些频段可以开放为不需牌照的频段,允许任意系统占用。尽管固定频谱分配方式能够改善系统干扰问题,但由于频谱的授权系统并不是在任何地区的任何时刻都使用频率,其频谱利用率很低。而简单地允许多个系统共享一个频段,虽然优于独占性的固定频谱分配方式,但由于它对频谱共享没有加以必要的控制,一个系统占用频率前并不知道该频率是否正在被其它系统使用,从而导致了两方面的问题。可见,如果仅仅是简单地允许多个系统共享频谱,而不避免系统间干扰,会制约频谱利用率的提高,并且不能保证通信质量。
为解决频谱短缺与频谱利用率低下的矛盾,可以考虑采用动态频谱分配方式。允许多个系统共享同一频段,各系统只在需要通信时才能占有频段,通信结束就释放频段,而且必须控制系统间干扰,后接入的系统不能影响其它已有系统的通信。为与现有通信系统兼容,分配频段上授权系统有使用频谱的最高优先级,只要不影响授权系统通信,租借系统与授权系统动态共享频谱。这种动态的频谱共享包含时间与空间两方面。在时间上,当授权系统不使用所分配的频率时,租借系统可以占用频率,但当授权系统重新占用频率时,租借系统必须及时地归还频率。
2.2信道状态估计及其容量预测
信道估计的结果可用来计算信道容量,用于控制发送端的信号能量,可使用香农法则计算信道容量C,但在感知无线电系统中并不直接在发送端传输C的信息,而是量化C,一定的量化率用于反馈发送端,量化比率是预先确定的,所以接收机接收的信息量要小于信道容量C。一般来说,无线系统的传输率是波动的,当其超出一定界限时,就会引起系统的不正常工作,这个界限决定了最大的传输比特率。
2.3功率控制和频谱管理
2.3.1功率控制
在感知无线电通信系统中功率控制的实现以分布方式进行,以扩大系统工作范围,提高接收机性能。控制发送端功率是感知无线电系统的关键技术之一。在多址接入的感知无线电信道环境中,主要采用协作机制方法,包括规则及协议和协作的Adhoc网络两方面内容。多用户的感知无线电系统彼此协作工作,基于先进的频谱管理功能,可以提高系统工作性能,支持更多用户接入。
2.3.2动态频谱管理
动态频谱管理也称为动态频谱分配,具有实现系统频谱高效利用的功能。在感知无线电系统中,频谱管理的算法可这样描述:基于频谱空穴和功率控制器的输出,选择一种调制方式以适应时变的无线传输环境,使系统工作在可靠传输的状态下。系统工作的可靠性可由信噪比差额(SNRgap)的大小确定。
2.4无线电知识描述语言
传统的软件无线电不能与网络进行智能交流,因为没有基于模式推理计划能力和没有相关描述语言。在以软件无线电为发展平台的感知无线电研究中,研究表示无线系统知识、计划和所需语言是关键技术,无线电知识描述语言(RKRL)应运而生,它表示了无线规则、系统配置、软件模块、网络传送、用户需求、应用环境等知识。
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关键词:移动电子商务;英特网;无线接入技术;3G
引言
英特网(Internet)和移动通信技术的出现,改变了人们传统的生活、工作模式,打破了时间、地域的限制。移动电子商务(M-commerce)是通过移动通信技术与英特网有机结合所进行的电子商务活动。移动电子商务作为一种新型的电子商务方式,充分利用了移动无线网络的优点,是对传统电子商务的有益的补充,具有非常广阔的发展前景。近十年来,推动移动电子商务发展的技术不断涌现,这些技术主要包括:无线应用协议(WAP)、移动IP(MobileIP)、蓝牙技术(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)、通用分组无线业务(GPRS)和第三代移动通信系统(3G)等。
一、移动电子商务
1.移动电子商务的定义及特点
目前,业界还没有对移动电子商务的定义形成权威的、一致的认识,人们从不同的角度提出了不同的见解,这些见解各有不同出发点和含义。从技术的角度看,移动电子商务可看做电子商务的一个新的发展分支;但从应用的角度来看,移动电子商务是对有线电子商务的整合与发展,是电子商务发展的新形态。一般而言,移动电子商务的定义应包含“商务活动”、“英特网”和“无线网络技术”三部分。文献[1]将移动电子商务定义为:“消费者在支持英特网的无线通信网络平台上,借助移动的智能终端设备,完成商品或服务的购买或消费行为的社会经济活动。”可见,移动电子商务可以定义为:通过移动的智能终端设备、无线网络和英特网结合所进行的电子商务活动。
通过移动电子商务,消费者可真正突破“时空限制”,随时随地获取所需的服务、应用、信息和娱乐。和传统基于英特网的电子商务相比,移动电子商务具有以下几个显著的特点:(1)交易不受时间和地点的限制;(2)移动终端拥有者的身份相对固定,可方便的向消费者提供个性化移动交易服务;(3)通过移动定位技术,可以提供与位置相关的交易服务。
2.推动移动电子商务发展的技术因素
移动电子商务同传统电子商务的主要区别就是无线网络的应用,而正是无线数据通信技术的快速发展,推动了移动电子商务的迅猛发展。从技术的角度看,推动移动电子商务发展的因素主要有以下三个。
(1)无线应用协议的推出。如何将英特网的丰富信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端设备当中,是实现移动电子商务需要解决的第一个问题。无线应用协议(WAP)的出现,很好地解决了这个问题。无线应用协议(WAP)的出现使移动英特网有了一个通行的标准,使移动电话等无线终端设备接入英特网成为了可能。
(2)无线接入技术的快速发展。早期无线接入技术如GSM、TDMA和CDMA数据传输速率很低,不适于英特网接入。而近年来得到广泛使用的通用分组无线服务(GPRS)等接入技术,大大提高了无线数据传输速率。目前,世界各国大力推广的第三代移动通信技术(3G),不仅可以克服传统无线接入方式传输速率方面的缺陷,而且还可以支持宽带多媒体数据传输,这将缩小有线和无线接入的差距,必将进一步推动移动电子商务的发展。
(3)移动终端技术的日趋成熟。移动终端技术本质上是一种结合手持硬件、无线宽带网络与移动应用软件的总称。目前市面上各种个人数码助理(PDA)、智能手机(SmartPhone)已经随处可见,各种移动智能终端设备不断推陈出新,移动终端用户也不断攀升。这不仅给消费者使用移动终端进行电子商务提供可能,而且在数量上大大超过互联网用户的移动终端用户更是为移动电子商务提供了巨大的市场。
3.移动电子商务系统组成
移动电子商务系统主要由移动商务应用、移动终端设备、移动中间件和移动网络设施组成。(1)移动商务应用主要是指移动电子商务为用户提供的各种商品和服务活动;(2)移动终端设备就是指各种通过无线网络接入英特网的终端设备,包括手机、个人数码助理和笔记本等;(3)移动中间件是指连接电子商务与异构网络和操作系统的软件实现层,如ExpressQ和WAP等,它们屏蔽了分布环境中异构的操作系统和网络协议;(4)移动网络设施是指支持移动电子商务的无线网络和设备,包括GSM、GPRS、CDMA和3G等。中国-二、移动电子商务的主要实现技术
1.无线应用协议(WAP)
无线应用协议WAP是WirelessApplicationProtocol的缩写,它是由Motorola、Nokia、Ericsson和Phone.corn公司最早倡导和开发的,它的提出和发展是基于在移动中接入英特网的需要。WAP是开展移动电子商务的核心技术之一,它提供了一套开放、统一的技术平台,使用户可以通过移动设备很容易的访问和获取以统一的内容格式表示的英特网或企业内部网信息和各种服务。通过WAP,手机可以随时随地、方便快捷地接入互联网,真正实现不受时间和地域约束的移动电子商务。中国
2.移动IP(MobileIP)
移动IP(MobileIP)是由互联网工程任务小组(IETF)在1996年制定的一项开放标准。它的设计目标是能够使移动用户在移动自己位置的同时无须中断正在进行的英特网通信。移动IP现在有两个版本,分别为MobileIPv4(RFC3344)和MobileIPv6(RFC3775)。目前广泛使用的仍然是MobileIPv4。目前移动IP主要使用三种隧道技术,即IP的IP封装、IP的最小封装和通用路由封装来解决移动节点的移动性问题。
3.蓝牙(BlueTooth)
蓝牙(BlueTooth)是由Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司于1998年5月联合推出的一项短程无线联接标准。该标准旨在取代有线连接,实现数字设备间的无线互联,以便确保大多数常见的计算机和通信设备之间可方便地进行通信。“蓝牙”作为一种低成本、低功率、小范围的无线通信技术,可以使移动电话、个人电脑、个人数字助理、便携式电脑、打印机及其他计算机设备在短距离内无须线缆即可进行通信。“蓝牙”支持64kb/s实时话音传输和数据传输,传输距离为10m~100m,其组网原则采用主从网络。
4.无线局域网(WLAN)
无线局域网络WLAN是WirelessLocalAreaNetworks的缩写,它是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段,可提供传统有线局域网的所有功能,它支持较高的传输速率。它通常利用射频无线电或红外线,借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS)、GMSK、OFDM和UWBT等技术实现固定、半移动及移动的网络终端对英特网网络进行较远距离的高速连接访问。1997年6月,IEEE推出了802.11标准,开创了WLAN先河;目前,WLAN主要有IEEE802.11x与HiperLAN/x两种系列标准。
4.通用分组无线业务(GPRS)
GPRS的英文全称为GeneralPacketRadioService,中文含义为通用分组无线服务,是欧洲电信标准化组织(ETSI)在GSM系统的基础上制定的一套移动数据通信技术标准。它利用“包交换”(Packet-Switched)的概念所发展出的一套无线传输方式。GPRS是2.5代移动通信系统。GPRS具有“数据传输率高”、“永远在线”和“仅按数据流量计费”的特点,目前得到较广泛的使用。
5.第三代移动通信技术(3G)
3G英文全称为3rdGeneration,中文含义为第三代数字通信。它是由卫星移动通信网和地面移动通信网所组成,支持高速移动环境,提供语音、数据和多媒体等多种业务的先进移动通信网。国际电联(ITU)原本是要把世界上的所有无线移动通信标准在公元2000年左右统一为全球统一的技术格式。但是由于各种经济和政治的原因,最终形成了三个技术标准即欧洲的WCDMA,美国的CDMA2000和中国的TD-SCDMA。TD-SCDMA是由中国大唐移动通信第一次提出并在无线传输技术(RTT)的基础上与国际合作完成的。中文含义为“时分同步码分多址接入”。相对于其他两个标准TD-SCDMA具有频谱利用率高、系统容量大、建网成本低和高效支持数据业务等优势。
总结
移动通信和英特网的完美结合造就了移动电子商务。在技术更新与社会需求的交替推动下,移动电子商务已经产生了一个不可阻挡的发展趋势,它必将对全球经济和技术进步产生更加深远的影响。
参考文献:
[1]柯新生.电子商务运作与实例[M].北京:清华大学出版社,2007.
关键词:分布式入侵检测;;协作
Abstract:ThispaperpresentsalevelofcollaborationhybridDistributedIntrusionDetectionSystemModel.Themodelwillbetheprotectionofthenetworkisdividedintoanumberofsafetymanagementarea,mainlyduetothedetectionofagents,surveillanceagents,policyenforcementagentiscomposedofthreeparts.Thewholemodelinthedistributionofsourcesofdata,analysisofthedistributionofdetection,multi-regionalcollaborationofthethreetestinglevelsreflectthecharacteristicsoftheDistributedIntrusionDetection.
Keywords:DistributedIntrusionDetection;agent;collaboration
前言
在宽带网建设中,除了增加骨干网传输通路的带宽、网上服务器的处理能力及路由器速度以外,主要是缓解用户接入网瓶颈。目前,宽带用户接入技术主要有高速数字环路(xDSL)、光纤接入方式、双向混合光纤/同轴电缆(HFC)和宽带无线接入网(如MMDS和LMDS)等手段。其中,宽带无线接入是近年来新兴的一种接入手段。本文将重点探讨宽带无线接入技术及其应用前景。
1.无线接入技术发展的特点
1.1首先,话音通信和宽带数据通信逐渐无线化。随着固定无线接入系统和移动通信系统在技术和市场方面的发展,通过无线方式进行通信的用户数量急剧增长,在几年后,无线话音通信和窄带数据通信的用户数量将可能超过有线用户。目前在中国的部分地区,移动电话用户的增长数量已超过有线电话用户的增长。
1.2无线通信须适应IP业务的发展。随着计算机的普及和电子商务等新业务的发展,数据通信业务量正以指数规律增长,其中使用IP协议进行数据通信的业务量更是急剧增加。固定无线接入系统和移动通信系统须适应IP通信业务发展的需求,并逐渐向高速、宽带通信网推进。
1.3无线通信与有线通信始终在互补支持发展。与无线通信相比,有线通信具有容量大、速率高、宽频带和传输质量稳定的特点,能满足高速数据通信和宽带多媒体业务的通信需求。在无线通信方面,第三代移动通信拟达到的目标是静止状态下为2Mbit/s,10GHz频段下的固定无线接入通信已可实现20Mbit/s左右或更高速率。更高频段的无线接入亦在向更高速率迈进,无线通信正利用其实现个人通信的优势始终与有线通信在互补支持发展着。
2.无线接入系统在通信网中的定位
无线接入技术的主要作用是,在一定条件下,用于提供本地交换局至用户终端之间的通信传输,但不提供局间漫游服务。在建筑物内或局部区域,可通过移动终端提供服务。在地形复杂的山区、海岛或用户稀少、分散的农村地区,铺设有线电缆比较困难、投资大,用户经济实力较低,只有选用无线接入技术,才能解决电话普及与运营企业的经济效益的矛盾。在遇到洪水、地震、台风等自然灾害时,无线接入系统可作为有线通信网的临时应急系统快速提供基本业务服务。
在通信网中,无线接3.无线接入技术
3.1MMDS接入技术
MMDS多路微波分配系统已成为有线电视系统的重要组成部分,MMDS是以传送电视节目为目的,模拟MMDS只能传8套节目,随着数字图像/声音技术和对高速数据的社会需求的出现,模拟MMDS正在向数字MMDS过渡。MMDS的频率是2.5~2.7MHz。它的优点是:雨衰可以忽略不计;器件成熟;设备成本低。它的不足是带宽有限,仅200MHz。许多通信公司看中用LMDS技术来作为数据、话音和视频的双向无线高速接入网。但由于MMDS的成本远低于LMDS,技术也更成熟,因而通信公司愿意从MMDS入手。它们正在通过数字MMDS开展无线双向高速数据业务,主要是双向无线高速英特网业务。
近年,我国有的大城市已经成功地建成了数字MMDS系统,并且已经投入使用。不仅传送多套电视节目,同时还将传送高速数据,成为我国数字MMDS应用的先驱。数字MMDS不应该单纯为了多传电视节目,而应该充分发挥数字系统的功能,同时传送高速数据,开展增值业务。高速数据业务能促进地区经济的发展,同时也为MMDS经营者带来更大的经济效益。因为数据业务的收入远高于电视业务的收入。
3.2LMDS接入技术
本地多点分配业务LMDS工作于24GHz~38GHz频段,带宽在1.3GHz左右,传输容量大和应用灵活等特点使其成为目前倍受瞩目的天线宽带接入技术。
一个完整的LMDS系统由四部分组成,分别是本地光纤骨干网、网络运营中心(NOC)、基站系统、用户端设备(CPE)。
宽带无线接入技术主要有多通道多点分配业务(MMDS)和本地多点分配业务(LMDS)两种。它们是在成熟的微波传输技术上发展起来的,所采用的调制方式与微波传输相似,主要为相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM(包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等)。不同之处是MMDS和LMDS均采用一点多址方式,微波传输则采用点对点方式。
LMDS的特点是:
(1)LMDS的带宽可与光纤相比拟,实现无线“光纤”到楼,可用频带至少1GHz。与其他接入技术相比,LMDS是最后一公里光纤的灵活替代技术。
(2)光纤传输速率高达Gb/s,而LMDS传输速率可达155Mb/s,稳居第二。
(3)LMDS可支持所有主要的话音和数据传输标准,如ATM、TCP/IP、MPEG-2等。
(4)LMDS工作在毫米波波段、20~40GHz频率上,被许可的频率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz,其中以28GHz获得的许可较多,该频段具有较宽松的频谱范围,最有潜力提供多种业务。
LMDS的缺点是:
(1)传输距离很短,仅5~6Km,因而不得不采用多个小蜂窝结构来覆盖一个城市。
(2)多蜂窝系统复杂。
(3)设备成本高。
(4)雨衰太大,降雨时很难工作。
3.3WCDMA接入技术
WCDMA技术能为用户带来最高2Mbit/s的数据传输速率,在这样的条件下,现在计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松地传递。WCDMA的优势在于,码片速率高,有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集,可以解决多径问题和衰落问题,采用Turbo信道编解码,提供较高的数据传输速率,FDD制式能够提供广域的全覆盖。下行基站区分采用独有的小区搜索方法,无需基站间严格同步;采用连续导频技术,能够支持高速移动终端。相比第二代的移动通信技术,WCDMA具有:更大的系统容量
、更优的话音质量、更高的频谱效率、更快的数据速率、更强的抗衰落能力、更好的抗多径性、能够应用于高达500Km/h的移动终端的技术优势,而且能够从GSM系统进行平滑过渡,保证运营商的投资,为3G运营提供了良好的技术基础。WCDMA通过有效地利用宽频带,不仅能顺畅地处理声音、图像数据、与互联网快速连接,而且WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。
3.43G通信技术
在上述通信技术的基础之上,无线通信技术将迈向3G通信技术时代。3G强大的带宽和传输速率给多媒体通信提供了高速传输的可能性。从通信容量上,3G较第二代移动通信系统有大幅提升。另外,3G有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集,可以解决多径问题和衰落问题,使传输速率有了大幅提高,该技术又称为国际移动电话2000,该技术规定,移动终端以车速移动时,其传转数据速率为144Kbps,室外静止或步行时速率为384Kbps,而室内为2Mbps。但这些要求并不意味着用户可用速率就可以达到2Mbps,因为室内速率还将依赖于建筑物内详细的频率规划以及组织与运营商协作的紧密程度。然而,无线LAN一类的高速业务的速率已可达54Mbps。
3.54G通信技术
参考文献的写作在某一程度上提升论文学术价值和质量水平,所以参考文献在论文的写作当中也是不能忽视的,写好论文还参考文献那么我们写出了的论文才更有水平。下面是学术参考网的小编整理的无线通信论文参考文献,欢迎大家阅读赏析。
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在北京大学,有一位年轻人,正致力于信息科学的研究,在他心中,这种研究既是时代的需要,也是自身的兴趣所在。他是边凯归,北京大学信息科学技术学院副教授。
行在北大
北京大学,对边凯归来说意义非凡,这里不仅仅是他博士毕业回国后的工作单位,也是他踏上信息科学之路的起点。“2001年,我来到北大计算机系读本科,当初之所以选这个专业,是因为觉得计算机方向未来大有发展。”
本科毕业后,边凯归漂洋过海到美国弗吉尼亚理工大学(VirginiaTech)电子与计算机工程系深造,用5年多时间完成了硕博连读,“在这段期间,我作为研究助理先后参与了导师主持的多项美国国家自然科学基金研究项目,部分研究成果发表在计算机网络领域的国际顶级期刊与会议上,并加入国际无线创新协会安全工作小组,参与起草了软件无线电安全协议SecuringSoftware Reconfigurable CommunicationsTechnology。”2011年,边凯归获得了博士学位,选择回到母校北京大学信息科学技术学院继续科研工作。
数年时间转瞬即过,边凯归在教学科研的工作岗位上兢兢业业,先后主持、参与了多个国家自然科学基金项目,并已发表了多篇学术论文,其中认知无线网络共存机制的基础研究就是其一。
当今世界,随着无线通信技术的飞速发展,无线网络用户所使用的频段变得愈发拥挤。而另一方面,一些其他频段上的“主”用户却不需要全天候地占用这些频段,从而造成了频谱资源的浪费。这些空闲的频段被称作“空白频谱”。
认知无线电技术是一种可以自发地保护主用户、并有效利用空白频谱资源的智能无线电新技术。利用认知无线电技术开发空白频谱大大缓解了无线网络的频谱资源匮乏问题,同时也为新的无线业务和应用提供了发展契机。“近年来,一系列基于认知无线电技术的无线网络新标准应运而生。我们将这些基于认知无线电技术和不同无线标准的网络称为‘异构’认知无线网络。”边凯归说。毫无疑问,异构认知无线网络将成为未来开发和利用空白频谱的主力军。“但是问题又来了,由于无线标准之间的差异,异构认知无线网络之间缺乏有效的沟通和协调的手段,这引起了频谱资源分配不合理的问题,将再度引发频谱资源利用效率低的问题。”
如何在异构认知无线网络之间进行合理的资源分配呢?经过初步研究,边凯归发现利用生态学中的“间接协调”机制以及“物种共存”理论对网络共存问题进行求解,可以巧妙地弥补异构认知无线网络之间直接通信和协作手段的缺失。
根据生态学中的最优觅食理论和物种竞争理论,边凯归设计出适用于异构认知无线网络的最优频段选择算法和资源按需分配算法,分别解决了不同情况下网络间的资源共享问题。这种基于生态学的共存机制可以独立于异构网络之间通信与协调、时钟同步等先决条件,对异构认知无线网络在空白频谱中的应用具有一定的理论指导意义。“为了全面评价这种新型网络共存机制的性能,我将建立一套完整的共存机制性能分析方法与仿真平台,根据理论分析和仿真验证的结果对算法进行反复优化。”边凯归提到。
目前,边凯归正主持着国家自然科学基金项目“物理世界中基于移动感知的信息获取技术研究”。“通过这个研究,我最终想设计出一种轻量级的移动导航系统。”他说。关注学生的“用户体验”
边凯归主持了一门特别的本科生课程目――“职业规划与领导力发展”。“这是一门创新创业类的课程,现在国家大力支持创业创新,教育部规定每个学校都要开展‘双创’课程,但在教育部要求之前,这门课以及北大的《科技创新创业》《创新工程实践》等课程就已经开设若干年了。”
从宏观上讲,创业创新既是中国经济发展的“引擎”,又是改善民生、保障就业的重要“抓手”。而对北京大学的老师们来说,他们所思所虑的不只是自己要在科研上保持创新性,还要将创新的理念传递给学生,培养出更多的创新型人才。
这门课要怎么上?在学院领导和资深教授的帮助下,课程团队进行了精心设计。在这门课程里,除了职业规划的相关知识外,还会讲解中国信息产业创新的现状与未来、创业融资、中国互联网企业的自主创新等案例分析等。而授课的人选,他特别邀请了美国硅谷、以色列的创业导师来担任嘉宾指导学生团队的项目。此外,课程还时常邀请富有职业规划经验,特别是成功创业的人士介绍他们的心路历程和职业发展道路。“教师们将根据他们自己的切身体会,告诉学生什么是创新创业,怎么创新创业,满满都是‘干货’。”
对于创新创业,边凯归有自己独到的见解:“现在并不缺少投资,而是缺好的构想、产品以及领导力。在这个时代,创新创业只要有足够好的产品和构想,世界各地的投资者都会蜂拥而至。”他建议年轻的创业者要把两样东西搞好,第一是核心技术,只有一流的技术才会有一流的产品;在这同时,还要重视自身领导力的培养。“因为领导力就是感染力,感染力则会引导他人成为自己的用户,乔布斯就是个例子。”
边凯归也把这种互联网思维下的“感染力”用在了教学里,把学生看成自己的“用户”,把自己定位为“服务者”。为了提升“用户体验”,边凯归做了诸多的工作,单单在教学课件上,他就下了不少的功夫。“教学课件是教学内容的一个形象直观的表达方式,随着时代的变化,教学课件的内容也必须与时俱进,而不能一成不变,这不利于吸引学生的注意力。”对此,边凯归举了一个例子,“这些年来,社交网络的主要平台在不断更迭,从人人网到微博,到微信,再到基于社交网络平台的内容IP,泛娱乐化的社交直播,基于增强现实(AR)的社交游戏,那么在教授@方面的知识时,教学课件的内容就要随之而变。”
为了把“服务”工作做好,边凯归会去主动了解学生的兴趣点,将它们结合到自己的课程中,来提高自己课程的生动性。“现在的学生都喜欢吴亦凡、李易峰等明星,为了拉近与学生的距离,我也会关注时下流行的资讯,结合这些信息创造一些与课程知识相关的例子、有趣的话题等,从而吸引学生的注意力。”
英文名称:Electronic Measurement Technology
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本刊坚定不移地确保社会效益功能的发挥,刊登新技术、工艺、设计、设备材料为主要内容,推广交流步进技术、科研成果和实践经验及时传播新成就、新技术、新器材的信息,以利于社会主义生产建设。
国内第一本专注于电子测量领域的杂志,以发表电子测量及其相关学科的原创性科技论文为主,同时刊登阶段性科研成果报告,报道国内外测试测量界重要科技新闻。
主要栏目:
研究设计
技术应用
信息技术
测试系统
(陕西天元通信规划设计咨询有限公司陕西西安710000)
【摘要】随着现代科技的飞速发展,无线通信技术作为现代通信的领头军也在大跨步的更新换代中,而其中比较重要的一项技术,也是我国提出的时分双工(TDD)模式的第3代移动通信技术标准,是3GPP标准的一个重要组成部分。本论文主要介绍了TD-SCDMA技术的发展特点以及应用。
关键词 TD-SCDMA;TD-SCDMA技术特点;基于TD-SCDMA的第4代移动通信系统
DevelopmentandapplicationofTD-SCDMAtechnology
ShiXing-gang
(ShaanxiTianyuanCommunicationPlanningandDesignConsultingCo.,LtdXi´anShanxi710000)
【Abstract】Withtherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,wirelesscommunicationtechnologyasmilitaryleaderofmoderncommunicationisalsoabigstepintheupgrading,andthefirstthreeofthemoreimportantonetechnology,butalsoourproposedtimedivisionduplex(TDD)modegenerationofmobilecommunicationstechnologystandard,isanimportantpartofthe3GPPstandard.ThispaperdescribesthedevelopmentofTD-SCDMAtechnology,characteristicsandapplications.
【Keywords】TD-SCDMA;TD-SCDMAtechnicalcharacteristics;BasedonTD-SCDMA4thgenerationmobilecommunicationsystem
1.引言
TD-SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入,该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准,它是信息产业部电信科学技术研究院(现大唐电信集团)在国家主管部门的支持下,根据多年的研究而提出的具有一定特色的第三代移动通信系统标准。在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中,中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一,这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。
2.概念
(1)TD-SCDMA系统全面满足IMT-2000的基本要求。它采用不需配对频率的TDD双工模式,以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式,同时使用1.28Mc/s的低码片率,扩频带宽为1.6MHz。
(2)3G移动系统的主要挑战之一是既要控制诸如谈话和视频等对称线路交换业务,又要控制移动因特网接入的非对称分组交换业务。面对这一挑战,TD-SCDMA集成了两项先进技术:一种是先进的TDMA/TDD系统,另一种是自适应CDMA组成的对称模式的运作。
3.TD-SCDMA技术特点
TD-SCDMA的提出比其他标准较晚,这给其产品成熟性带来一定的挑战,但在另一方面,TD-SCDMA吸纳了九十年代以来移动通信领域最先进的技术,在一定程度上代表了技术的发展方向,具有前瞻性和强大的后发优势。与其他3G标准相比,TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势:
(1)频谱利用率高。由于TD-SCDMA采用了CDMA和TDMA的多址技术,使TD-SCDMA在传输中很容易设置一个上行和下行链路的转换点,来针对不同类型的业务,类似于可根据交通的流量来控制“红绿灯”转换的时间间隔。对于像互联网这样的“不对称”传输业务,可使其转换“不对称”,而对于像语音这样的“对称”传输业务,可以使其转换“对称”,这样,就使总的频谱效率更高。
(2)支持多种通信接口。由于TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口的要求,所以TD-SCDMA的基站子系统既可作为2G和2.5GGSM基站的扩容,又可作为3G网中的基站子系统,能同时兼顾现在的需求和长远未来的发展。
(3)频谱灵活性强。由于TD-SCDMA第三代移动通信系统频谱灵活性强,仅需单一1.6M的频带就可提供速率达2M的3G业务需求,而且非常适合非对称业务的传输。
(4)系统性能稳定。由于TD-SCDMA收发在同一频段上,使上行链路和下行链路的无线环境一致性很好,更适合使用新兴的“智能天线”技术;由于利用了CDMA和TDMA结合的多址方式,更利于联合检测技术的采用,这些技术都能减少干扰,提高系统的性能稳定性。
(5)能与传统系统进行兼容。TD-SCDMA能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。支持现存的覆盖结构,信令协议可以后向兼容,网络不用再引入新的呼叫模式。
(6)支持高速移动通信。在TD-SCDMA系统中,基带数字信号处理技术是基于智能天线和联合检测,其限制在设备基带数字信号处理能力和算法复杂性之间的矛盾。该技术可以确保TD-SCDMA系统在移动速度为250Km/h和UMTS(3GPP)移动环境下,可以正常工作。
(7)系统设备成本低。由于TD-SCDMA上下行工作于同一频率,对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术,也可达到降低成本的目的。设备成本在无线基站方面,TD-SCDMA的设备成本至少比UTRATDD低30%。
(8)支持与传统系统间的切换功能。TD-SCDMA技术支持多载波直接扩频系统,可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等。在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。
4.基于TD-SCDMA的第4代移动通信系统
(1)对于基于TD-SCDMA的后3G或者4G系统来说,将采用TDD模式,主要目的在于实现先进国际移动通信(IMT-Advanced)提出的高速和低速移动环境下峰值速率分别达100MB/S和1GB/S的无线传输能力,使用的关键技术包括感知无线电、网络感知等,还将支持无线泛在服务(WirelessUbiquitousService)环境下的各种无线通信机制融合。在泛在服务体系架构下,采用各种先进技术,如超宽带(UWB)和超窄带(UAN)技术、感知无线电(CognitveRadio)和网络感知技术等,以提供高速的数据传输和最佳的网络接入和网络布置方案。网络信息论作为一门新的学科,在后3G或者4G移动通信系统中将占重要地位,它将指导泛在无线系统的组网和布置。
(2)在TDD未来演进时代,空中接口网络的多样性和共存性使得用户可以得到多样化的服务,但同时也给用户在不同系统之间进行切换、漫游带来很多不便,尤其是终端要适应于各种接入网络,并且实现起来不可过于复杂,成本也不可过高。结合软件无线电技术,终端可下载不同标准的接入网模式和流程,实现终端在不同网络之间的兼容。
2月27日,记者在京采访了这两位动物学家——WildTrack动物保护组织联合创始人Zoe Jewell和Sky Alibhai,听他们娓娓道来借助统计分析软件来监测保护野生濒危动物的故事。
猎人的嘲笑带来启发
Jewell拥有剑桥大学兽医硕士学位,是WildTrack动物保护组织现任的主席、国际保护生物学协会成员。Alibhai拥有牛津大学动物学哲学博士学位,也是伦敦动物学会研究员和国际保护生物学协会会员。同时,他们夫妇俩都是杜克大学和北卡罗莱纳州SAS公司JMP事业部的访问学者,发表了大量使用非侵入式方法进行野生动物监测的论文。
什么是非侵入式方法?他们怎样进行野生动物监测?故事还得从十几年前中非的津巴布韦讲起。
“十多年前,我们在津巴布韦附近的一个公园里做濒危动物——犀牛的保护工作,当时我们用给犀牛带无线电项圈的方法来监控它们的生存状态。那时,无线电技术对濒危物种的监测保护而言是非常先进的技术。但这种方法成本太高,对动物本身,以及给动物套上无线电项圈的人都很危险,而且这只能在草原上使用,因为在丛林里如果有树挡着是很难追踪到信号的。最重要的是,十多年的经验表明,无线电技术的引用导致了雌性动物的受孕率下降。”Jewell介绍,“所以,我们需要一些低成本、对动物伤害少,而且最好能在任何地方都可以实施的技术来做动物的监测追踪。”
“那时我们会跟非洲猎人一起工作。他们很善于追踪,可以通过动物的足迹和粪便来判断追踪。当我们在猎人面前使用无线电的时候,他嘲笑我们说‘你们为什么用这么愚蠢的技术,看脚印多简单、直接、清晰’。”于是,Jewell和Alibhai博士开始研究和发明FIT(Footprint Identification Technique,足迹识别技术),通过分析脚印儿来监测追踪濒危动物。
数量、性别和年龄都能分析出
这种方法的基本原理就是获取动物足迹影像,进行图像处理,辨识动物足迹,进行聚类比对分析。怎样辨识不同动物的脚印呢?简单地讲,就是要建立模型来区分正常人眼中貌似一样的脚印,通过统计学中的显著差异进行还原,进行分析。这需要把图形、图像技术引入到数据分析的世界,找到图形之间显著的和规律性的差别。“那时候,我们和SAS公司联合创始人,也是JMP软件的创始人——John Sall先生进行了沟通,他同意把对于图形、图像的分析能力引入到JMP软件当中去,进行一些新的开发,以帮助生态保护学家使用JMP分析所需要的图形和元素。”Jewell介绍。
“作为一款统计分析软件,JMP的独特之处就是简单、好用,有自己的脚本语言——JSL(JMP Script Language)。我们可以在应用层面做很多事情,不用涉及到很多统计和编程原理。” Alibhai介绍,“作为动物学家,我们很怕需要被迫地去学习统计学原理和技术,那对于我们来说太难了。JMP软件可以帮助我们。”
通过分析可以得出一定区域里出现的野生动物的种群、数量、性别等信息。事实上,一切野生动物的保护策略都必须基于它的种群数量和范围来合理制定。“我们通过分析脚印来辨识动物的身份,可以辨识动物种群、数量、性别,甚至是年龄。根据脚印,我们能知道那是五岁的老虎还是十岁的老虎。这非常难,但是FIT作为基于JMP软件开发的工具,已经能做到了,是非常了不起的突破。”Jewell自豪地说。
20个样本建立精确模型
在用FIT做野生动物的监测追踪过程中,有一点是非常关键的,那就是动物脚印儿的建模。“FIT生成新模型的方法是用已知的动物信息(如人工喂养的老虎、熊猫)数据进行模型训练来得到正确的模型,然后再拿另外的数据进行校验,来确保模型是正确无误的,反复校验成熟以后才用于预测功能。”Jewell介绍。
需要多少样本数据才能建立精确的模型呢?“我们需要至少20只东北虎个体的脚印数据才能保障模型的精确性。” Alibhai博士打开他们的模型训练和测试数据结果分析图,解释道,“通过实验研究我们发现,当实际用于模型训练的数量低于12时,模型和实际就开始有偏离了。本来在理论上我们需要至少20只老虎的脚印数据,但是JMP所提供的能力让我们大大减少了所需要训练模型的样本数量。而且还让整个过程用一张图就可以很简单地表达出来,哪怕不同领域的人,给你讲一两分钟,你也可以了解得很清楚。”
Alibhai博士介绍,每个物种都有很独特的脚印模式和特征,有些物种有高度的相似性,比如猫科动物里面的老虎、狮子、豹、山猫等,只要软件中调整一些关键参数即可。而对于像大熊猫、大象等截然不同的物种,他们就需要开发新的模型功能包。借助JMP突出的结构和算法设计,当数据量很大的时候,通过测试,JMP的处理速度与像R语言这样的算法或者市场其他软件相比,是后者的几百甚至几千倍。这也使得Alibhai博士用一台配置并不是很高的笔记本电脑就可以现场运行、展示比对分析。
关键词:第四代移动通信关键技术
0引言
第三代移动通信(3G)在20世纪80年代末提出时倍受关注,近年来却遭遇降温。究其原因,单从技术角度考虑,3G系统就有很多需要改进的地方,如采用电路交换,而不是纯IP方式;所能提供的最高速率只有384kbit/s(标称最高速率为2Mbit/s)不能满足用户对移动通信系统的速率要求;不能充分满足移动流媒体通信(视频)的完全需求;没有达成全球统一的标准等。
正是由于3G的诸多不足,使得在3G还没有大规模投入商用、距离完全实用化还有一段时间的情况下,国内外移动通信领域的专家就已经在进行第四代移动通信系统(4G)的研究和开发工作。
1什么是第四代移动通信技术
严格说来,现在还不能对第四代移动通信作出确切地定义,但可以肯定,4G通信将是一个比3G通信更完美的无线世界,它可以创造出许多难以想象的应用。
关于4G的一般描述为:“第四代移动通信的概念可称为广带接入和分布网络,具有非对称的和超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统)。此外,第四代移动通信系统将是由多功能集成的宽带移动通信系统,也是宽带接入IP系统”。
实际上,世界各国在对4G的设想上存在着巨大的差异。
欧洲国家一般认为4G是一种可以有效使用频谱的数据通信技术,并且以IPv6为基础!网络上的所有单位都有自己的IP地址。通过在移动通信网络中引入IPv6就可以把现有的各种不同的网络融合在一起,如4G网络将会融合卫星和平流层通信系统、数字广播电视系统、各种蜂窝和准蜂窝系统#无线本地环路和无线局域网,并且可以和2G、3G兼容。
与欧洲关于4G的观点正相反。日本热衷于建立一个单一的4G全球标准。
美国则希望把WLAN技术进行扩展,从而演进为4G的基础。
2第四代移动通信的目标要求和特点
2.1目前业界人士对第四代移动通信已达成的共识
a)与已有的数字移动通信系统相比,4G系统应具有更高的数据速率和传输质量。更好的业务质量(QoS)更高的频谱利用率,更高的安全性\智能性和灵活性;
b)可以容纳更多的用户,应能支持包括非对称性业务在内的多种业务;
c)4G系统应体现移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势,将在不同的固定和无线平台以及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务;
d)能实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游,包括网络无缝\终端无缝和内容无缝;
e)将是多功能集成的宽带移动通信系统,不仅联系人与人,更将联系人与机器、环境,人们将能够随时随地的接入需要的多媒体信息,并可远端控制其他设备。
2.2第四代移动通信系统的一些具体特点
2.2.1传输速率更快
4G系统的目标速率为:
a)对于大范围高速移动用户(250km/h)数据速率为2Mbit/s;
b)对于中速移动用户(60km/h)数据速率为20Mbit/s;
c)对于低速移动用户(室内或步行者),数据速率为100Mbit/s。
2.2.2带宽更宽
据研究,每个4G信道将占有100MHz或更多带宽,而3G网络的带宽则在5~20MHz之间。
2.2.3容量更大
将采用新的网络技术(如空分多址技术等)来极大地提高系统的容量,以满足未来大信息量的需求。
2.2.4智能性更高
4G系统的智能性更高"它将能自适应地进行资源分配,处理变化的业务流和适应不同的信道环境。
4G网络中的智能处理器将能够处理节点故障或基站超载,4G通信终端设备的设计和操作也将智能化。
2.2.5实现更高质量的多媒体通信
4G通信能提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等,大量信息透过宽频信道传送出去,让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中,因此4G也是一种实时的&宽带的以及无缝覆盖的多媒体移动通信。
2.2.6兼容性能更平滑
要使4G通信尽快地被人们接收,还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。因此,从这个角度看,4G通信系统应当具备真正意义上的全球漫游(包括与3G、WLAN和固定网络之间无缝隙漫游)接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G平稳过渡等特点。
2.2.7业务的多样性
在未来的全球通信中,人们所需的是多媒体通信,因此个人通信、信息系统、广播和娱乐等各行业将会结合成一个整体,提供给用户比以往更广泛的服务与应用。系统的使用也会更加安全、方便,更加照顾用户的个性。
2.2.8灵活性较强
4G系统将能够自适应地进行资源分配,调整系统根据通信过程中变化的业务流大小进行相应处理。对信道条件不同的各种复杂环境都能进行信号的正常发送与接收,具有很强的智能性、适应性和灵活性。
用户将使用各式各样的移动设备接入到4G系统中来。设备与人之间的交流不再是简单的听、说、看,还可以通过其他途径与用户进行交流。4G移动设备的功能已不能简单地划归到“电话机”的范畴,而且从外观和式样上也将会有更惊人的突破,也许眼镜、手表、旅游鞋等都有可能成为4G终端。
2.2.9用户共存性
4G中的移动通信技术能够根据网络的状况和变化的信道条件进行自适应处理,使低速与高速用户以及各种各样的用户设备能够并存与互通,从而满足系统多类型用户的需求。
2.2.10通信费用更加便宜
4G通信能解决与3G的兼容性问题,让更多的现有通信用户轻易地升级到4G通信,而且4G通信引入了许多尖端通信技术,相对其他技术来说,4G通信部署起来就容易、迅速得多。
2.2.11灵活的网络结构
4G系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络,它可以自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。4G系统具有不同的网络结构,可能存在与1G、2G、3G完全不同的、没有基站的网络结构,包括Adhoc网_自组织网络。
2.2.12将能实现不同QoS的业务
4G系统通过动态带宽分配和调节发射功率来提供不同级别的QoS
34G系统中可能的关键技术
近年来人们对实现B3G/4G的关键技术进行了大量的研究,并取得了初步的成果。归纳起来可分为以下一些方面。
3.1未来移动通信系统需要研究的课题
a)与系统相关的技术:IP语音技术,软件无线电技术,广带无线收发信机,移动服务的系统平台,高可靠性的网络结构,全IP无线,安全性、加密、计费、身份认证及移动电子商务Adhoc网技术。
b)与应用相关的技术:下一代编码/压缩技术,动态可变码率编码技术,移动技术,人_机接口(包括“智能”移动终端),流数据通信技术,内容描述语言,应用发展环境技术。
c)先进的无线接入技术:动态QoS控制,差错控制及超高速小区搜索,多播技术,IP移动性控制,无缝IP包传输,链路自适应,光纤无线电。
d)频率的有效利用:微波频带的开拓,频带的共用与频率的共享,自适应动态信道分配,抗干扰与抗衰落技术,高密度三维蜂窝结构,自适应阵列无线及多输入多输出(MIMO)天线系统,自适应高效多电平调制,正交频率复用(OFDM)技术。
e)先进的移动终端:新的功率管理技术,可包装终端技术,高功能显示器件技术,语声识别技术,下一代半导体器件技术,灵敏度的增强,移动终端的系统平台,移动终端安全性增强技术。
3.24G系统中可能用到的一些关键技术
3.2.1无线接入方式与多址方案
a)在FDMA、TDMA、CDMA和OFDM等多址方式中,OFDM是4G系统最为合适的多址方案,从目前的研究进展来看,OFDM也是将来4G系统最有可能采用的多址方式。
OFDM是无线环境下的一种特殊的多载波传送方案。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的,即具有频率选择性,而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输,这样,尽管总的信道是非平坦的,但每个子信道是相对平坦的,并且在每个子信道上进行窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信号波形间的干扰。另外,OFDM弃用了传统的使用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式,改用跳频方式来选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形,而且OFDM系统的各个载波可以根据频谱利用率和误码率的最佳平衡原则来为子载波选择不同的调制方式,如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。
OFDM的主要优点是对多径衰落和多普勒频移不敏感,能对抗频率选择性衰落或窄带干扰,能够克服高速率数据传输时符号间干扰增大的问题;各个子信道的载波相互正交,在减小子载波间的相互干扰的同时又提高了频谱利用率;硬件实施简单等。
OFDM的主要缺点是功率效率不高,对载频的偏置较敏感。OFDM系统对载频的偏置比较敏感的主要原因是在频率选择性深衰落情况下,OFDM系统在相应子载波上的数据可能被破坏。为此,众多学者把OFDM与直接序列扩频相结合,使得信号可以在多个载波上扩展,这样一来就能有效地利用未被破坏的子载波上的信息恢复出原始数据,实现频率的分集。
OFDM技术的主要技术难点是系统中的频率和时间同步、基于导频符号辅助的信道估计、峰平比问题、多普勒频偏引起的互载频干扰(ICI)降低系统性能的问题以及基于OFDM、多载波技术的新一代蜂窝移动通信系统的多址方案的研究。
b)日本NTTDoCoMo提出的4G移动系统方案的无线接入方式为VSF(variablespedingfactor)-OFCDM(orthogonalfrequencyandcodedivisionmul-tiplexing)。VSF-OFCDM在采用多载波的同时,进行与CDMA相同的扩散处理来增大容量。
其最大特点在于,可以根据具体的通信服务来改变时间方向与频率方向上的扩散率,从而在类似热点的孤立区域,通过降低扩散率来优先增大传输速率;而在用户众多的环境下,提高扩散率,增加系统容量。这种接入方式可以提高频谱利用率,并且不受多径干扰的影响,可通过改变扩频因子,应用于高密度业务区和一般业务区。
3.2.2调制与编码
a)多载波调制(MCM)技术的基本原理是将所要传输的数据流分解成若干个子数据流,每个子数据流具有低得多的数据传输比特速率,用这些数据流去并行调制若干个载波,然后合成输出。其主要优点是可以有效抑制在单载波系统接收机中由于线形均衡所引起的噪声及干扰的提高,较长的信元周期对噪声和快衰落有更大的抵抗性。
时间弥散是无线信道传输速率受限的一个主要原因,而在多载波调制的子信道中,数据传输速率相对较低,码元周期长,只要时延扩展与码元周期之比小于一定的值就不会产生码间干扰,即MCM对新到的时延弥散不敏感,具有抗时延弥散的特性。
MCM通常可以通过多载波码分多址(MC-CD-MA)、正交频分复用时分多址(OFDM-TDMA)和多音实现几种技术途径来实现。
b)自适应调制与编码(AMC)是目前研究的又一热点技术。AMC的原理是根据信道条件(基于从接收机反馈信息来估计)瞬时的变化改变调制与编码格式,对每个用户的链路参数优化$以达到最大化系统容量。
具有AMC的系统,接收机将收集一系列信道的统计数值,提供给发射机和接收机去优化系统参数(如调制及编码、信号带宽、信号功率、训练周期、信道估值滤波器、以及自动增益控制等),允许按照信道条件分配给不同的用户不同的数据率。对于靠近小区基站的用户分配给较高码率的较高阶的调制(如64QAM,R=3/4Turbo),对于靠近小区边界的,则分配给具有较低码率的较低阶调制(如QP-SK,R=1/2Turbo码)。AMC扩展了系统自适应良好信道条件的能力。
预计4G系统将会采用多载波调制技术#
3.2.3无线链路增强技术
能够提高容量和覆盖的无线链路增强技术有分集技术,如通过空间分集、时间分集(信道编码)、频率分集和极化分集等方法可获得最好的分集性能;多天线技术,如采用2或4天线可实现发射分集,或者采用MIMO技术可实现发射和接收分集。
对4G广带无线移动通信高性能的要求,促使其在基站及用户终端采用多天线系统。
广带信道是一个典型的非视线信道,并包含不匹配性,如时间选择性及频率选择性衰落。传统无线通信理论一直将多径传播视为造成无线信号衰落的干扰之一,而采用多天线则产生了多个空间信道,所有的信道不会同时产生衰落,因此MIMO天线系统恰恰利用了传播环境的多径特性,极大地提高了前向和反向链路的容量,并增加通信范围与可靠性。
3.2.4高效的频谱使用方案
频谱资源是一种有限的资源,在4G系统中,一方面要采用有效的措施提高频谱利用率,另一方面要开发新的频谱资源。因此,研究高频段宽带信号传输特性就变得非常重要。
3.2.5基于IP的核心网
综观当前的发展趋势,IP被认为是下一代移动通信最适合的网络层技术。统一的IP核心网络独立于具体的接入方案,使不同的无线和有线接入技术实现互联与融合,无线接入点可以是蜂窝系统的基站、无线局域网(WLAN)或者是Adhoc自组织网等。对于公用电话网、2G以及未实现全IP的3G网络等则通过特定的网关连接。
目前移动OK急待解决的问题有三角路由问题&漫游和切换问题&安全问题等#
3.2.6软件无线电(SDR)技术
在4G系统中,由于移动用户在不同的系统间漫游,系统之间以及系统内部需要无缝切换,而且随着4G系统的发展,会不断出现新的业务和新的需求,这些都需要对终端和网络节点进行重新配置。
软件无线电在4G中的可能应用为:
a)采用软件无线电实现的基站可同时为多个网络服务;
b)当终端移动时可重新配置。如当移动终端移动到一个采用不同标准的移动通信系统中时,终端可按照该系统的标准重新自动配置该终端,从而使该终端获得服务。
采用软件无线电技术实现的移动终端或基站将采用模块化结构,主要由天线模块、LNA模块、ADC/DAC功率放大器模块、DSP模块和多媒体模块等组成。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等。
3.2.7高性能的接收机
按照Shannon定理,对于3G系统如果信道带宽为5MHz,数据速率为2Mbit/s,则所需的SNR为1.2dB;而对于4G系统,要在5MHz的带宽上传输20Mbit/s的数据,则所需要的SNR为12dB。
可见由于4G系统的速率很高,因此对接收机的性能要求也要高很多。
3.2.8智能天线技术
智能天线原名自适应天线阵列,它具有抑制干扰、自动跟踪信号以及采用空时处理算法形成数字波束等智能功能,可以跟踪强信号,减少或抵消干扰信号,实现空间分集,提高信噪比,提升系统通信质量,缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾,降低系统整体造价。
目前,智能天线被认为是未来移动通信的关键技术之一,其工作方式主要有全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式两种。
全自适应智能天线虽然从理论上讲可以达到最优,但相对而言各种算法均存在所需数据量、计算量大,信道模型简单,收敛速度较慢,在某些情况下甚至可能出现错误收敛等缺点;实际信道条件下当干扰较多、多径严重,特别是信道快速时变时,很难对某一用户进行实时跟踪。而对于预多波束的切换波束工作方式,全空域(各种可能的入射角)被一些预先计算好的波束分割覆盖,各组权值对应的波束有不同的主瓣指向,相邻波束的主瓣间通常会有一些重叠#接收时的主要任务是挑选一个#也有可能是几个’但需合并后再输出(作为工作模式。与自适应方式相比它显然更容易实现,实际上可将其看作是介于扇形天线与全自适应天线间的一种技术,也是未来智能天线技术发展的方向。
3.2.9多用户检测技术
多用户检测器可以提高系统的容量,因此将是
4G系统必然采用的技术.
随着多用户检测器研究的不断深入,各种高性能但算法又不特别复杂的多用户检测器算法不断被提出来,因此在实际系统中采用多用户检测技术将是切实可行的。
3.2.10系统资源管理
在第四代移动通信系统中,移动商务和对QoS有较高要求的各类业务将持续增长。网络将处理前所未有的多媒体业务量、多运营商配置、无需授权频段和Adhoc网络拓扑等#各类结构的存在也使得具有不同QoS方案的不同域之间具有移动性和互相作用,从而显著增加了系统的全局复杂度.
这需要一个具有丰富连接性和智能的QoS无线分组网络的支撑#系统的\先进的无线资源管理策略也成为必需。该策略的关键单元包括协调业务连接处理的业务管理部分,维护所有网络实体已分配的和可用的资源许可控制管理部分,以及按照QoS需求和业务条件在共享同一资源的业务之间分配可用资源的资源管理部分。
采用一些能够使网络有效满足不同业务请求的政策或机制#包括接入控制、资源调度、缓冲区管理和流量控制等。系统检测可用的资源以及信号的质量,然后根据不同用户、不同业务质量要求动态地分配频率资源和信号发射功率,从而大大提高系统的性能。
3.2.11Adhoc网络技术
未来移动通信网络除了以低成本达到高数据速率外,还要求在无专用通信基础设施下,网络具有适应和生存能力。
Adhoc网络或称为分组无线网络作为非集中控制网络结构,因灵活性将在未来网络中扮演重要角色。用户和路由器能在网络中随机移动的Adho网络正成为主要研究领域,它准许袖珍终端扩展接入和改进应急通信质量。
现今蜂窝通信系统依靠集中控制和管理,而下一代移动通信系统标准转向固定与移动网络相结合,无隙缝和全方位通信Adhoc模式。
Adhoc网络没有事先确定的基础设施和网络链路的时间特性,给分组无线网络设计和实施带来一些基本的挑战,它们是:
a)必须优化设计安全和路由功能,保证分布式结构有效运行;
b)在网络动态时,降低路由表更新频数和开销来保证链路连接;
c)在多跳网络中,改进路由协议设计来减少链路容量和等待时间的波动;
d)全面权衡网络连接(覆盖)、时延、容量和功率预算等指标;
e)以优化功率管理和MAC设计来减少先进技术的负面效应。
3.2.12网络设计
OSI网络分层设计已经为通信系统服务多年,随着无线网络的发展和网络功能发生变化,对网络特性的要求也发生了变化,如时延、吞吐量、支持各种QoS多媒体业务动态流量\差错率、频谱带宽、节点连续不断进出网络引起的网络拓扑变化等,这些都对网络设计提出了新的挑战。
4结束语
以上对4G的目标和关键技术进行了一些探讨,具体的实现还会面临着许多问题。但是4G的曙光已经出现,可以预见,随着技术的进步和网络的发展,下一代的移动通信世界必将会更加灿烂辉煌。
参考文献
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