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類似于固定中繼系統(tǒng),移動中繼系統(tǒng)由基站、移動中繼和用戶終端組成。其中,基站和移動中繼之間的鏈路為回程鏈路(BackhaulLink),移動中繼和用戶終端之間的鏈路為接入鏈路(AccessLink)。若基站和用戶設(shè)備之間的信道狀況良好,還可以考慮直連鏈路(DirectLink)。移動中繼可以選擇放大轉(zhuǎn)發(fā)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)等模式。由于移動中繼具有運(yùn)動性和隨機(jī)性,而這種特點與性能密切相關(guān),如何建立合理的移動中繼運(yùn)動模型是移動中繼系統(tǒng)研究領(lǐng)域的首要問題。當(dāng)前研究中有的采用較簡單的隨機(jī)游動模型,或采用二維泊松過程來表示用戶終端的放置位置,使用M/M/∞排隊模型來表示用戶終端的移動性。在實際部署移動中繼系統(tǒng)時,需要考慮不同的應(yīng)用場景。在3GPPR11版本中,高鐵是主要應(yīng)用。在文獻(xiàn)[8]中,主要考慮以下兩種典型場景:場景1移動中繼服務(wù)靜止用戶場景說明如圖1所示。在該場景下,中繼被安裝在交通工具的頂部,中繼天線被分別放置在車輛的內(nèi)外,分別用于和基站與用戶終端通信。若不使用中繼輔助傳輸,該場景下的通信將會面臨許多問題,如嚴(yán)重的車體損耗,多普勒頻移,小區(qū)換帶來的大量開銷等。反之,則可以將較差的信道分為兩段傳輸條件較好的鏈路,從而很好地解決了該場景下的通信問題。與直接傳輸相比,中繼輔助傳輸?shù)牡粼捖拭黠@降低,為車內(nèi)用戶提供較高的吞吐量和較低的小區(qū)切換失敗率,從而提高了通信質(zhì)量,改善了用戶體驗。場景2移動中繼服務(wù)非靜止用戶場景說明如圖2所示。在該場景下,中繼也被部署在車輛頂部,不過其目的不是為了為車內(nèi)乘客提供服務(wù),而是為街道和公園提供覆蓋。鬧市區(qū)的街道和公園,是行人比較集中的地方,通信業(yè)務(wù)量大,屬于“熱點”地區(qū)。在經(jīng)過這些地方的公交車上部署中繼,則可以增強(qiáng)覆蓋,提高吞吐量,具有實際意義。
2移動中繼系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1信道建模與估計對于移動中繼來說,由于其移動的特點,而且可能是高速移動,因此研究的首要問題是移動中繼的信道建模問題,主要包括回程鏈路和接入鏈路的建模。不同鏈路的信道模型與各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用的天線數(shù)目、中繼的轉(zhuǎn)發(fā)模式和中繼的運(yùn)動模型密切相關(guān),信道建模的準(zhǔn)確度會極大地影響系統(tǒng)性能。如文獻(xiàn)[9]分析了不準(zhǔn)確的路徑損耗模型對移動中繼系統(tǒng)性能的影響。此外,基站到移動中繼的信道會隨著車輛的運(yùn)動而急劇變化,同時車輛的運(yùn)動會引起多普勒頻移問題,因此在實際的移動中繼系統(tǒng)中采用合適的信道預(yù)測和估計方法也是非常必要的。如文獻(xiàn)提出了一種采用在車輛頂部使用預(yù)測性天線的信道預(yù)測和估計方法,從而較好地解決了移動中繼的信道估計問題。
2.2中繼選擇在實際的移動中繼系統(tǒng)中,可能會存在多個移動中繼?,F(xiàn)有研究表明,根據(jù)信道狀態(tài)信息選擇一個最好的中繼進(jìn)行協(xié)作,可以較低的復(fù)雜度獲得滿分集增益。因此,機(jī)會中繼選擇技術(shù)是移動中繼系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。信令開銷是中繼選擇算法的首要考慮因素。對于快速移動的用戶,基于信噪比的方案會產(chǎn)生大量的信令開銷,而基于位置或距離的選擇方案在高速場景下開銷較小,因而適用性更強(qiáng)。上述方案都是基于單個參數(shù)的選擇,實際信噪比和時延等參數(shù)會同時影響中繼選擇,為此,文獻(xiàn)[13]提出了一種具有服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證的多參數(shù)聯(lián)合中繼選擇算法。由于信令開銷和系統(tǒng)復(fù)雜度與每個目標(biāo)用戶的候選中繼的數(shù)量成正比,文獻(xiàn)[14]考慮了如何減少候選中繼的數(shù)量而不影響使用中繼帶來的系統(tǒng)性能增益。文中所提算法限制了每個目標(biāo)用戶的數(shù)量從而減少了反饋開銷。文獻(xiàn)[15]提出了一種三步選擇算法。該算法在保持中繼增益的同時可以使中繼信令開銷維持在較低水平。雖然中繼選擇可以提高系統(tǒng)性能,但是不適宜的選擇會引起頻繁的中繼切換,從而影響系統(tǒng)的整體性能。文獻(xiàn)[16]從這個角度出發(fā),提出了使中繼活動時間最長和中繼切換率最小的兩種中繼選擇算法。研究結(jié)果表明,與現(xiàn)有方案相比,所提方案在不降低系統(tǒng)吞吐量的情況下可以獲得較低的中繼切換率和較長的中繼活動時間。
2.3資源分配在中繼系統(tǒng)中進(jìn)行功率和帶寬等資源的分配可以有效提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量,目前得到了廣泛的研究。(1)功率分配。最簡單的功率控制方法是開關(guān)算法。所謂開關(guān)功率控制算法就是給中繼分配一定功率或者不分配功率。該算法可以提高小區(qū)吞吐量和覆蓋范圍。文獻(xiàn)[17]根據(jù)不同的數(shù)據(jù)速率要求提出了一種最優(yōu)的功率分配算法。該文獻(xiàn)考慮了中繼的移動性,建立了移動模型,使用所提出的最優(yōu)功率分配方案可以提高數(shù)據(jù)速率。仿真結(jié)果表明,在一些實際的數(shù)據(jù)速率下該算法可以帶來3dB增益。文獻(xiàn)[18]提出了一種分布式的功率控制算法用以提高平均小區(qū)吞吐量。文章考慮了在多小區(qū)環(huán)境中,通過使用分布式移動中繼功率分配方案,與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比,平均小區(qū)吞吐量得到了改善。同時,也提升了小區(qū)邊緣吞吐量,因此對小區(qū)邊緣用戶來說,該方案有助于改善其用戶體驗,是一種較好的解決方案。(2)帶寬分配。對于不同的運(yùn)營商分別安裝不同的中繼顯然并不是高效的,文獻(xiàn)[19]基于此提出了共享頻譜分配算法來解決此問題。該方案中不同運(yùn)營商使用相同的移動中繼為某一區(qū)域內(nèi)的用戶服務(wù),并根據(jù)鏈路質(zhì)量為不同運(yùn)營商分配相應(yīng)的帶寬,從而實現(xiàn)了無線資源的有效利用。借助于納什均衡理論,該方案可以將吞吐量提升近20%。文獻(xiàn)[20]以IEEE802.16j系統(tǒng)為研究對象,研究了子信道分配對系統(tǒng)性能的影響。文中提出了重疊子信道分配(OVSA)和正交子信道分配(ORSA)兩種方案。研究結(jié)果表明,所提方案的小區(qū)吞吐量高于不使用中繼情況下的吞吐量。文獻(xiàn)[21]則利用博弈論理論聯(lián)合考慮了動態(tài)服務(wù)選擇和帶寬分配的問題。為了獲得更好的服務(wù)質(zhì)量,移動中繼執(zhí)行基站選擇和傳輸模式的選擇,基站則為不同傳輸模式分配不同的帶寬。當(dāng)移動中繼和基站的策略相互影響并且需要作出動態(tài)決定時,這將面臨著挑戰(zhàn)。為解決這個問題,該文提出了一個兩層的基于進(jìn)化博弈和微分博弈的博弈結(jié)構(gòu)。在下層,動態(tài)服務(wù)選擇可以建立為一個進(jìn)化博弈模型;在上層,基站端的動態(tài)帶寬分配可以形成一個微分博弈模型,最后得到了一個閉環(huán)納什均衡。數(shù)值仿真結(jié)果表明了動態(tài)博弈帶寬分配策略的有效性,并且系統(tǒng)性能和覆蓋范圍的優(yōu)勢得到了加強(qiáng)。
2.4小區(qū)切換在移動中繼系統(tǒng)中,由于中繼的移動性以及中繼一般為多個用戶同時服務(wù)等原因,如何設(shè)計中繼高速移動情況下的小區(qū)切換策略便成為了一個關(guān)鍵問題,文獻(xiàn)此進(jìn)行了深入研究。在高速運(yùn)動場景,大量用戶很可能需要進(jìn)行頻繁的小區(qū)切換,因而如何保證較低的鏈路失敗率和較高的切換成功率,將直接影響用戶的通信服務(wù)質(zhì)量和通信體驗。對于移動中繼系統(tǒng)的小區(qū)切換問題,現(xiàn)在比較好的一種方案是使用具有兩根分布式天線的移動中繼,即在車輛首尾分別裝有天線。移動中繼通過選擇具有較好接收信號質(zhì)量的天線作為接收天線。當(dāng)車輛進(jìn)入重疊區(qū)域時,前置天線執(zhí)行切換至目標(biāo)基站,后置天線將和服務(wù)基站保持連接。當(dāng)前置天線完成切換后,再由后置天線將工作頻率轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基站。如果切換失敗,后置天線將執(zhí)行第二次切換。因此,這種切換方案使通信在切換過程中不會被中斷,實現(xiàn)了通信的無縫體驗,而且降低了切換失敗率,是一種簡單實用的方案。
2.5移動中繼的其他問題使用移動中繼來改善車輛用戶的服務(wù)質(zhì)量和吞吐量的效果明顯,除了以上提到的關(guān)鍵問題外,仍然有其他的一些問題和挑戰(zhàn)需要解決。首先是移動中繼的移動性管理問題。這主要包括不同基站間移動中繼的切換和不同移動中繼間用戶的切換。但是,現(xiàn)有LTE系統(tǒng)中沒有針對移動中繼的移動性支持,因此有必要修改當(dāng)前的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用以提供有效、可靠的移動性管理。目前,為了支持移動性管理,是在當(dāng)前的固定中繼架構(gòu)上修改還是提出新的架構(gòu)尚在討論中。其次,由于移動中繼的使用,干擾管理也是一個新的挑戰(zhàn)。中繼技術(shù)的優(yōu)勢在理論上已獲得共識,但在實際部署中中繼節(jié)點的引入必然導(dǎo)致更加嚴(yán)重的干擾問題。盡管接入鏈路干擾較小,但對于回程鏈路來說,不同移動中繼間以及中繼與宏小區(qū)用戶間的干擾使問題變得復(fù)雜。預(yù)測性天線的使用將提高CSI的準(zhǔn)確性,從而可以在回程鏈路中使用高級的干擾避免和干擾消除方案。
3結(jié)束語
第一代移動通信技術(shù)的特征
第一代的移動通信技術(shù)最早是在二十世紀(jì)八十年代左右出現(xiàn)的,它經(jīng)歷了大概十幾年的發(fā)展時間,在上世紀(jì)九十年展結(jié)束。它的技術(shù)特點主要有以下幾個方面,它的智能化技術(shù)很差,業(yè)務(wù)量較小、沒有很好的通信技術(shù)、安全性不高、運(yùn)行起來很慢而且沒有設(shè)定加密的功能。在這一代移動通信系統(tǒng)中,主要采用的是模擬傳輸技術(shù),所以傳輸?shù)男Ч懿睿以趥鬏斨袝黄渌蛩赜绊?,抗干擾力很差。那個時期,人們的生活水平并不高,生活也不豐富。所以,只有一少部分人能夠使用這種移動通信設(shè)備,并沒有得到廣泛的使用。因此,人們并沒有十分關(guān)注這種通信技術(shù)的發(fā)展。
第二代移動通信技術(shù)的特征
第二代的移動通信系統(tǒng)即2G技術(shù),最開始是從二十世紀(jì)九十年代初期出現(xiàn)的,這種技術(shù)的出現(xiàn)主要是為了彌補(bǔ)第一代移動通信系統(tǒng)中存在的缺陷,并且擴(kuò)展相應(yīng)的功能。第二代移動通信系統(tǒng)的主要內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用邏輯更強(qiáng),采用立即計費(fèi)的方式,支持最佳路由,00/1800雙頻段,話語編解碼等是完全兼容的而且速率更強(qiáng),頻率結(jié)構(gòu)使用的是更高的加密技術(shù),并且在這一代的通信技術(shù)中還應(yīng)用了智能天線技術(shù)和雙頻段技術(shù)等。這樣就滿足了人們?nèi)找嬖鲩L的需求,使業(yè)務(wù)數(shù)量持續(xù)的增長。移動通信技術(shù)所存在的GSM系統(tǒng)容量不足的缺陷,使GSM功能不斷地得到改善和增強(qiáng),具備了初步支持多媒體業(yè)務(wù)的能力。雖然第二代移動通信技術(shù),在發(fā)展的過程中不斷地得到較好的完善,但是2G的移動通信系統(tǒng),隨著用戶和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,頻率資源也己經(jīng)適應(yīng)不了,移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需求,呈現(xiàn)供不應(yīng)求的趨式,頻率資源也占有率也接近于枯竭,移動通信的語音質(zhì)量,也不能達(dá)到用戶所要求的高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),對于數(shù)據(jù)通信速率太低,這個2G無法在真正意義上滿足移動多媒體業(yè)務(wù)的需求。
第三代移動通信技術(shù)
第三代移動通信系統(tǒng)技術(shù),主要是在話音和數(shù)據(jù)通信速率等方面得到有效的改進(jìn),通信碼率能夠達(dá)到384kb/s,第三代移動通信系統(tǒng),也就是通常所說的3G,是現(xiàn)階段正在全力開發(fā)的移動通信的系統(tǒng),這一代移動通信的系統(tǒng),已經(jīng)具備了最基本智能特征,應(yīng)用了智能信號處理技術(shù),智能信號處理單元,多媒體數(shù)據(jù)通信和話音支持的技術(shù),能夠提供跟前兩代產(chǎn)品相比,所不能提供的多種寬帶信息業(yè)務(wù),第三代移動通信技術(shù)具備慢速圖像、高速數(shù)據(jù)、電視圖像等功能。傳輸速率也比前兩代,移動通信技術(shù)有高質(zhì)量的提高,傳輸速率在用戶靜止時,移動通信速率最大為2Mbps,在用戶高速移動時,移動通信速率最大支持144Kbps,所占頻帶寬度為5MHz左右。但是,就目前的第三代3G移動通信系統(tǒng),通信標(biāo)準(zhǔn)總共有三大類CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA,共同組成3G移動通信IMT2000的體系,它們彼此之間存在相互兼容的問題,這就意味著從根本上來說,當(dāng)前已有的移動通信系統(tǒng),并不是真正的個人通信和全球通信系統(tǒng)。再進(jìn)一步地說,目前的3G移動通信系統(tǒng)的頻譜利用率還相當(dāng)?shù)氐停]有充分地利用頻譜資源,達(dá)到普及和推廣3G移動通信的業(yè)務(wù),留下了很大的發(fā)展智能移動通信技術(shù)的空間。根據(jù)移動通信市場發(fā)展的需要,和3G移動通信所存在的一些欠缺,目前國際上有不少國家,已經(jīng)開始研究第四代移動通信系統(tǒng)。也就是我們將要面對的4G移動通信智能系統(tǒng),這一代移動通信技術(shù),將從根本上彌補(bǔ)前三代移動通信所存在的不足,成為移動通信系統(tǒng)又一個閃光的亮點,在不斷地研究和發(fā)展中,讓更多的用戶認(rèn)識和接受。
第四代移動通信技術(shù)
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(jī)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(kuò)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。現(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(yùn)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(jī)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(jī)可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如,4G手機(jī)將能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機(jī)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(fèi)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(yùn)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(yùn)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(kuò)展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用;加強(qiáng)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(yùn)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(qiáng)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(jī)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(kuò)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(yùn)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(jī)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(jī)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(yùn)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.
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(qiáng)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(qiáng)為GPRS的數(shù)據(jù)庫(GR)。在無線子系統(tǒng)中,GPRS增強(qiáng)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(hù)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(qiáng)型技術(shù),其英文全稱為EnhancedDataRateforGSMEvolution,中文含義為“增強(qiáng)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(jī)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(yùn)營商已經(jīng)開通了基于EDGE的服務(wù),但由于運(yùn)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?;局蛔龌鶐幚砗蛿U(kuò)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(jī)制,數(shù)據(jù)速率可支持144Kbps、384Kbps,最高可達(dá)2Mbps。基站和RNC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(qiáng)了安全和計費(fèi)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(qiáng);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(jī)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(bǔ)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(qiáng)。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(qiáng)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(dú)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(dú)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(qiáng)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(qiáng)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。
軟交換技術(shù)在移動通信中有很強(qiáng)的功能,如:控制、協(xié)議等,其可連接不同級別正在演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò),輔助移動網(wǎng)絡(luò)的資源規(guī)劃,還能自主認(rèn)證移動通信,在移動通信中落實軟交換的基礎(chǔ)性。結(jié)合軟交換技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用,分析軟交換技術(shù)的功能和特點,如下:
1.1軟交換技術(shù)的功能
軟交換技術(shù)在移動通信中的功能有:(1)適配功能,連接移動通信中的應(yīng)用媒體,還能連接不同通信層次的網(wǎng)關(guān),保障移動通信能夠適應(yīng)各種類型的配置。(2)控制功能,其為軟交換中最為根本的技術(shù),有目的的控制移動通信中的功能。(3)業(yè)務(wù)功能,軟交換技術(shù)拓寬了移動通信的業(yè)務(wù)范圍,支持移動通信的配置分布及完整性。(4)支持移動通信協(xié)議的互通應(yīng)用,實踐兼容性的協(xié)議運(yùn)行。
1.2軟交換技術(shù)的特點
軟交換技術(shù)的特點比較明顯,其在移動通信中具有改造的特性,推進(jìn)了移動通信網(wǎng)絡(luò)的改造應(yīng)用。軟交換技術(shù)在移動通信中表現(xiàn)出的優(yōu)勢有:(1)成本低,利用控制中心即可實現(xiàn)多樣化的任務(wù)應(yīng)用,借助協(xié)議維持通信的速度。(2)安全性高,軟交換技術(shù)中引入了MSCPool,提升移動通信可靠性,落實移動通信中的業(yè)務(wù)。(3)及時性,軟交換技術(shù)適用于復(fù)雜的移動通信內(nèi),其可在短時間內(nèi)拓寬移動通信中的新業(yè)務(wù),不會出現(xiàn)較長的時間周期。
2軟交換技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用
軟交換技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用始終保持積極性的狀態(tài),現(xiàn)代移動通信朝向成熟化的方向發(fā)展,促使軟交換技術(shù)在應(yīng)用中面臨著一系列的壓力。結(jié)合移動通信的現(xiàn)狀,分析軟交換技術(shù)的應(yīng)用。
2.1數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用
移動通信中包含了大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),軟交換技術(shù)能夠優(yōu)化移動通信中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),為移動通信數(shù)據(jù)提供可靠的業(yè)務(wù)支持。軟交換技術(shù)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用表現(xiàn)有:(1)基本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),軟交換技術(shù)在基本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中,可以為用戶提供接入的條件,控制接入點的數(shù)據(jù),保障移動通信在用戶群體中保持高效率的數(shù)據(jù)傳輸能力。(2)電信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),是指用戶所需要的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),軟交換技術(shù)確保了電信數(shù)據(jù)的完整性,滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。(3)補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),軟交換技術(shù)在補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中,主要是維持補(bǔ)充與基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的一致性,強(qiáng)化移動通信的穩(wěn)定性,提高補(bǔ)充業(yè)務(wù)的改進(jìn)速度。
2.22G核心網(wǎng)的應(yīng)用
軟交換技術(shù)在2G核心網(wǎng)中,負(fù)責(zé)關(guān)口、匯接等內(nèi)容,基于軟交換技術(shù)的2G核心網(wǎng),構(gòu)建出分布式的框架結(jié)構(gòu),而且實現(xiàn)了統(tǒng)一的運(yùn)行和維護(hù)。例如:2G核心網(wǎng)中的MSC-SERVER,MSC-SERVER是軟交換節(jié)點,確保2G核心網(wǎng)中的呼叫、控制等業(yè)務(wù)都能在MSC-SERVER上進(jìn)行,提高2G核心網(wǎng)的承載能力。如果2G核心網(wǎng)覆蓋在城市區(qū)域內(nèi)時,還要配合MGW的應(yīng)用,軟交換技術(shù)連接了城市的中心網(wǎng)絡(luò)與邊緣網(wǎng),由此完善了分布式的2G核心網(wǎng),通過軟交換技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)組網(wǎng)的缺陷,推進(jìn)了2G核心網(wǎng)的成熟化發(fā)展。2.33G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用軟交換技術(shù)在3G網(wǎng)絡(luò)中,屬于一項核心的技術(shù),全面應(yīng)用在移動網(wǎng)絡(luò)的3G制式中。3G網(wǎng)絡(luò)的層次之間并沒有太大的差別,實際差別體現(xiàn)在無線接入方面,在3G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程中,不同的3G只是可以在軟交換技術(shù)的作用下,同時使用一個核心網(wǎng),如:WCDMA、TD-SCDMA。軟交換技術(shù)為了達(dá)到3G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的業(yè)務(wù)目的,遵循3G網(wǎng)絡(luò)的版本發(fā)展,參與網(wǎng)絡(luò)框架的設(shè)計,拓寬3G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。以3G網(wǎng)絡(luò)中的R99為例,分析軟交換技術(shù)的應(yīng)用。軟交換技術(shù)在R99網(wǎng)絡(luò)中,分解了R99的網(wǎng)關(guān)部分,加強(qiáng)了網(wǎng)關(guān)運(yùn)行的控制力度,而且軟交換技術(shù)在R99中提供了協(xié)議接口,支持R99的演進(jìn),推進(jìn)3G網(wǎng)絡(luò)的積極發(fā)展。
3移動通信中軟交換技術(shù)的發(fā)展
軟交換技術(shù)在移動通信中具有高價值的應(yīng)用水平,同時具有良好的發(fā)展?jié)摿ΑR苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度非???,目前,4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)投入應(yīng)用,深化了軟交換技術(shù)的應(yīng)用,軟交換技術(shù)在4G移動網(wǎng)絡(luò)中,朝向成熟化的方向發(fā)展,重點研究軟交換技術(shù)的具體應(yīng)用,推進(jìn)移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。軟交換技術(shù)在移動通信中的發(fā)展,需要遵循移動通信本身的發(fā)展原則,順應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn),確保軟交換技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)規(guī)范化的軟交換處理,規(guī)避現(xiàn)行軟交換技術(shù)中潛在的通信風(fēng)險,保障軟交換技術(shù)的穩(wěn)定性。軟交換技術(shù)在未來發(fā)展中,應(yīng)該將重點放在效率與質(zhì)量兩個方面,為移動通信提供更多的服務(wù),全面應(yīng)用到軟交換技術(shù)中,完善移動通信的結(jié)構(gòu),優(yōu)化移動通信運(yùn)行的環(huán)境,體現(xiàn)軟交換技術(shù)的實踐性發(fā)展,符合移動通信的基本需求。
4結(jié)束語
高等職業(yè)教育與普通高等教育相互融合的過程,也就是學(xué)校、學(xué)生和企業(yè)之間不同利益訴求的協(xié)調(diào)過程。學(xué)校的著眼點集中在人才培養(yǎng)的專業(yè)設(shè)置和培養(yǎng)方式上;學(xué)生的學(xué)習(xí)在某種程度上是以就業(yè)為導(dǎo)向的;企業(yè)期望能達(dá)到本企業(yè)人力資本專用性較高的目標(biāo)。移動通信工程正處于大規(guī)模建設(shè)期,企業(yè)對專業(yè)技術(shù)人才有持續(xù)大量的需求。但目前高等院校培養(yǎng)的人才與企業(yè)實際用人需求之間存在較大差距,剛走出校門的學(xué)生難以在移動通信行業(yè)就業(yè),更得不到很好的職業(yè)發(fā)展。因此,實現(xiàn)職業(yè)教育和普通教育的融合,搭建培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能的平臺,是創(chuàng)新高等教育改革的發(fā)展之路。這種新型教育形態(tài)開啟了促進(jìn)學(xué)校自身發(fā)展、提高學(xué)生職業(yè)技能以及充實企業(yè)創(chuàng)新性工程技術(shù)人才儲備的共贏局面。
二、建立以行業(yè)需求為驅(qū)動、面向工程技術(shù)應(yīng)用的人才培養(yǎng)體系
人才培養(yǎng)體系是指圍繞一定的培養(yǎng)目標(biāo)組織起來的相對穩(wěn)定的教育教學(xué)活動的結(jié)構(gòu)樣式。根據(jù)移動通信行業(yè)的需求分析,工程服務(wù)技術(shù)人員和產(chǎn)品制造技術(shù)人員是企業(yè)對于工程技術(shù)人才最大的需求。以這兩個崗位對專業(yè)知識和專業(yè)技能的要求為基本出發(fā)點,確立通信工程專業(yè)移動通信技術(shù)人才的培養(yǎng)體系。在原通信工程專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展,使學(xué)生具有必要的專業(yè)理論知識和較強(qiáng)的專業(yè)操作技能,為學(xué)生今后的職業(yè)發(fā)展進(jìn)行必要的知識儲備,使學(xué)生具備初級工程師的技術(shù)素質(zhì),形成培養(yǎng)滿足社會行業(yè)需求的專業(yè)技術(shù)人才的閉環(huán)模式。在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢下,培養(yǎng)體系也需要逐步調(diào)整為持續(xù)、整體、完全和全面的終身培養(yǎng)體系,以適應(yīng)社會對人才多樣化的需求。
三、形成以課題為依托的人才培養(yǎng)機(jī)制
1.加強(qiáng)教師隊伍的教師風(fēng)范、學(xué)術(shù)水平與教學(xué)水平建設(shè),確保教學(xué)工作順利進(jìn)行。
教師素質(zhì)是影響教學(xué)質(zhì)量的首要因素,教學(xué)團(tuán)隊?wèi)?yīng)具有合理的整體素質(zhì)、知識與年齡結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的責(zé)任感、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、較高的學(xué)術(shù)造詣、豐富的教學(xué)經(jīng)驗、鮮明的教學(xué)特色。在組建教師隊伍時,要做到以下幾點:第一,主動加強(qiáng)所講課程的理論知識學(xué)習(xí),堅持凝聚集體智慧的課程組集體備課制度,對于同一門課程要學(xué)大綱和進(jìn)度。教師可將最新科研成果引入教學(xué)實踐活動中來,或以科研成果為基礎(chǔ),在大學(xué)科技園創(chuàng)辦成立科技型公司,促進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化??萍紙@為入園企業(yè)和機(jī)構(gòu)提供財務(wù)、法律、專利、商標(biāo)等咨詢服務(wù);全面開放圖書、網(wǎng)絡(luò)、科研設(shè)施等資源。第二,努力學(xué)習(xí)高等教育學(xué)和心理學(xué)理論,夯實開展教育研究和教學(xué)改革的基礎(chǔ)。積極參加教育教學(xué)研究活動,并承擔(dān)課程質(zhì)量檢查評估和教育研究課題。每學(xué)期末對教學(xué)改革試點進(jìn)行詳細(xì)的教學(xué)實踐總結(jié),認(rèn)真接受課程教學(xué)質(zhì)量評議并從中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)。第三,及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,按照學(xué)生年級、層次以及素質(zhì)上的差異,有針對性地對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)方法論的教育,培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)風(fēng)和科學(xué)思維能力,形成良好的師生溝通橋梁。第四,在實施承擔(dān)的課程、實驗、實習(xí)等教學(xué)任務(wù)的過程中,注意隨時收集和整理教學(xué)內(nèi)容、重點、難點、學(xué)生學(xué)習(xí)效果、教學(xué)方法等方面的教學(xué)資料。第五,課程負(fù)責(zé)人每學(xué)期都應(yīng)有計劃地組織本課程組教師進(jìn)行教學(xué)研究活動,遵循民主討論原則,鼓勵不同教學(xué)思想和觀點間的討論與交流,堅持定期教學(xué)研究活動日制度,努力提高教師群體的教學(xué)研究和教學(xué)水平。
2.健全“以學(xué)生為中心”的教學(xué)活動設(shè)計,助推學(xué)生奮發(fā)進(jìn)取,挖掘?qū)W生的最大潛能。
“以學(xué)生為中心”的教學(xué)活動就是堅持以學(xué)生為本的原則,貼近學(xué)生個性,組織學(xué)生以小組形式進(jìn)行討論、各小組成員之間相互協(xié)作共同學(xué)習(xí)課程中教學(xué)難點。第一,在教學(xué)活動開展之前,教師要對先修課程、相關(guān)課程和后續(xù)課程進(jìn)行正確而全面的了解,以便處理好課程間的銜接關(guān)系,減少內(nèi)容上不必要的重復(fù),提高課時效益。還要對學(xué)生的總體學(xué)習(xí)基礎(chǔ)進(jìn)行細(xì)致的摸底,按大多數(shù)學(xué)生的知識水平和接受能力精選教學(xué)內(nèi)容,安排各教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)度。第二,在教學(xué)活動開展過程中,教師要能承上啟下,講清該堂課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和工程背景。設(shè)計的課程內(nèi)容應(yīng)符合教學(xué)大綱的要求,具備思想性、科學(xué)性和系統(tǒng)性,反映出本課程和相關(guān)課程的新進(jìn)展,才能深深吸引住學(xué)生。講授課程時,要做到概念準(zhǔn)確、思路清晰、層次分明;要突出重點問題、循序漸進(jìn)地講透難點,要注意觀察學(xué)生的反饋使學(xué)生的思維跟上教師的節(jié)奏。教師要把握時機(jī)在適宜的時間提出問題,使學(xué)生始終處于積極思考中。鼓勵學(xué)生參與到教學(xué)活動中來,給學(xué)生提供展示自我才華的機(jī)會,形成教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間良性溝通的渠道,創(chuàng)造出活躍的課堂氣氛。第三,在教學(xué)活動結(jié)束后,要給學(xué)生布置能培養(yǎng)學(xué)習(xí)積極性和激發(fā)創(chuàng)新思維能力的作業(yè),內(nèi)容上要側(cè)重于課程講授的新概念、新知識的理解和綜合應(yīng)用,用于檢測教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)程度。同時,注意收集學(xué)生對教學(xué)效果的評價,以便及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中的不足之處,逐漸優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動的組織形式,達(dá)到傳授知識和培養(yǎng)能力并重的目標(biāo)。
3.項目組人員管理的導(dǎo)生制協(xié)作學(xué)習(xí)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效措施。
在項目組成員中挑選學(xué)習(xí)成績突出、動手能力較強(qiáng)的碩士研究生作為本科學(xué)生的組長,負(fù)責(zé)本小組的日常管理和對組員的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。搭建小組制平臺,既能鍛煉組長的組織協(xié)調(diào)能力,鞭策組長養(yǎng)成鉆研問題的良好習(xí)慣,進(jìn)而給全體組員樹立學(xué)習(xí)的榜樣。項目組在統(tǒng)籌安排的基礎(chǔ)上將項目涉及的研究問題分配給各小組,各小組成員共同解決問題的過程就是對所學(xué)知識消化、鞏固和深化的過程。項目組每周例會中,由組長匯報各組的課題進(jìn)展情況,將未解決的疑難問題提交項目組進(jìn)一步討論。項目組全體成員積極參與,集思廣益進(jìn)行新問題的探索,疏通課題研究的路障,在更深更廣的維度上查閱資料,尋找問題的突破口。例會結(jié)束之前還要制訂下一周的研究計劃,督促各小組積極開展研究工作,確保項目實施穩(wěn)步推進(jìn)。
四、規(guī)劃以突出工程技術(shù)人員職業(yè)能力為目標(biāo)的開放式實驗室
移動通信工程技術(shù)的實用性很強(qiáng),為使學(xué)生達(dá)到企業(yè)的用人要求,應(yīng)創(chuàng)造條件讓學(xué)生在學(xué)校就具備項目實施的工作能力。為實現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo),必須為學(xué)生提供足量的實驗和實訓(xùn)設(shè)備,結(jié)合實物學(xué)習(xí),強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果;模擬真實的應(yīng)用環(huán)境,親自動手操作,快速提升操作經(jīng)驗。實驗教學(xué)是課程教學(xué)的有機(jī)組成部分,能加深理解課堂知識和擴(kuò)大知識外延,在人才培養(yǎng)過程中具有重要的地位和作用。
1.高水平的實驗室技術(shù)隊伍是培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)基本技能的必要前提。
實驗技術(shù)人員是高等學(xué)校教學(xué)和科研隊伍的重要組成部分,實驗教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量和科研水平的有力支撐。應(yīng)加強(qiáng)實驗技術(shù)人員的隊伍建設(shè),鼓勵實驗技術(shù)人員提高專業(yè)技術(shù)水平,履行相應(yīng)的職責(zé),完成本職工作,為教學(xué)和科研工作做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。鼓勵教師、工程技術(shù)人員參加實驗室的建設(shè),重視科研工作對實驗教學(xué)質(zhì)量提高的作用。積極組織學(xué)生參加實驗室日常工作,培養(yǎng)學(xué)生在實際工作和操作中的能力。
2.不斷革新實驗教學(xué)內(nèi)容,逐步實現(xiàn)教育資源最優(yōu)配置的實驗室開放式管理模式。
開放式實驗室,即實驗室對學(xué)生全天開放。學(xué)生可以利用實驗室的儀器設(shè)備進(jìn)行課外學(xué)習(xí)、實驗研究和科技制作活動,使實驗室成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的基地。一方面,進(jìn)一步開放教學(xué)實驗內(nèi)容,提供多個選修實驗項目,學(xué)生能以“點菜式”方式自由選擇實驗項目。另一方面,允許學(xué)生自擬實驗項目,加強(qiáng)近代測試技術(shù)訓(xùn)練,以開闊學(xué)生的視野和工作適應(yīng)性。
五、與企業(yè)密切合作,共同探索協(xié)同發(fā)展的工作機(jī)制
校外實習(xí)作為職業(yè)教育的現(xiàn)場教學(xué)和實踐環(huán)節(jié),是增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識和培養(yǎng)創(chuàng)新意識的關(guān)鍵。根據(jù)通信工程專業(yè)的學(xué)科特點,選擇能滿足實習(xí)教學(xué)任務(wù)需求的企業(yè),本著雙方自愿、各施所長、互補(bǔ)所需的原則,建立教學(xué)、科研、生產(chǎn)一體化的綜合實習(xí)基地。校外實習(xí)階段主要包括以下四個方面。
(1)實習(xí)教師的選定。
學(xué)院要選派責(zé)任心強(qiáng)、實踐經(jīng)驗豐富且熟悉實習(xí)企業(yè)情況的教師作為院派實習(xí)帶隊教師,實習(xí)單位的實習(xí)指導(dǎo)教師應(yīng)具有中級以上職稱。
(2)實習(xí)內(nèi)容的確定。
實習(xí)內(nèi)容既要符合學(xué)院實綱的基本內(nèi)容,也要照顧到企業(yè)的實際生產(chǎn)任務(wù),爭取得到實習(xí)單位對實習(xí)工作的支持。
(3)實習(xí)過程的管理。
學(xué)生實習(xí)前必須按照《實習(xí)守則》的要求,明確實習(xí)目的、意義及內(nèi)容。實習(xí)期間要嚴(yán)格遵守實習(xí)單位的各項規(guī)章制度,在指定場所、崗位及設(shè)備進(jìn)行實習(xí),未經(jīng)允許不得隨意串崗。
(4)實習(xí)成績的評定。
【論文關(guān)鍵詞】移動通信;3G;發(fā)展;展望
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(wù)。第二代移動通信運(yùn)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來提高自身的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)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。
1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(jì)80年代初提出的,它完成于20世紀(jì)90年代初。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)?,其特點是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會在1996 年提出了GSM Phase 2+,目的在于擴(kuò)展和改進(jìn)GSM Phase 1及Phase 2中原定的業(yè)務(wù)和性能。它主要包括CMAEL(客戶化應(yīng)用移動網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)邏輯),SO(支持最佳路由)、立即計費(fèi),GSM 900/1800雙頻段工作等內(nèi)容,也包含了與全速率完全兼容的增強(qiáng)型話音編解碼技術(shù),使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進(jìn);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(fù)用、多復(fù)用、多重復(fù)用結(jié)構(gòu)技術(shù),引入智能天線技術(shù)、雙頻段等技術(shù),有效地克服了隨著業(yè)務(wù)量劇增所引發(fā)的GSM 系統(tǒng)容量不足的缺陷;自適應(yīng)語音編碼(AMR)技術(shù)的應(yīng)用,極大提高了系統(tǒng)通話質(zhì)量;GPRS/EDGE技術(shù)的引入,使GSM與計算機(jī)通信/Internet有機(jī)相結(jié)合,數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)115/384kbit/s,從而使GSM 功能得到不斷增強(qiáng),初步具備了支持多媒體業(yè)務(wù)的能力。盡管2G技術(shù)在發(fā)展中不斷得到完善,但隨著用戶規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,頻率資源己接近枯竭,語音質(zhì)量不能達(dá)到用戶滿意的標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)通信速率太低,無法在真正意義上滿足移動多媒體業(yè)務(wù)的需求。
2第三代移動通信系統(tǒng)概述
第三代移動通信業(yè)務(wù)主要是話音和中低速數(shù)據(jù), 碼率為384 kb/ s (局域網(wǎng)可達(dá)2 Mb/ s) , 因而可傳送比目前GSM (第二代移動通信) 更高碼率的信息。隨著多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展, 2 Mb/ s 的碼率將越來越不能滿足用戶各種新的寬帶業(yè)務(wù)的需要, 因此國際上已開始研究第四代移動通信系統(tǒng), 第一步目標(biāo)是10 Mb/ s 以上。我們國內(nèi)則尚未啟動。因此需盡早開始研究其關(guān)鍵技術(shù)。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有: 寬帶多媒體移動通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu), 包括頻段、多址方法、無線接入技術(shù)、軟件無線電的硬件和軟件、多載波調(diào)制和OFDM 技術(shù)、自適應(yīng)天線陣、高效信道編碼技術(shù)(如Turbo 碼) 等。
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(shù),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(shù)據(jù)通信,它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務(wù),例如高速數(shù)據(jù)、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(biāo)準(zhǔn)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(wù),等等。這些不足點遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)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(yīng)未來移動通信的需求的新技術(shù)(即新一代移動信:next generation mobile communication)是必要的。
第三代移動通信技術(shù)的基本特點:(1)全球統(tǒng)一頻段,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),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(dá)到全覆蓋和全移動性,還能提供最高速率達(dá)2Mbps的多媒體業(yè)務(wù)。(4)支持高質(zhì)量話音、分組多媒體業(yè)務(wù)和多用戶速率通信。(5)有按需分配帶寬和根據(jù)不同業(yè)務(wù)設(shè)置不同服務(wù)等級的能力。(6)適應(yīng)多用戶環(huán)境,包括室內(nèi)、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(jī))結(jié)構(gòu)簡單,便于攜帶,價格較低。
3第四代移動通信系統(tǒng)
4G系統(tǒng)中有兩個基本目標(biāo):一是實現(xiàn)無線通信全球覆蓋;二是提供無縫的高質(zhì)量無線業(yè)務(wù)。目前正在構(gòu)思中的4G通信具有以下特征:(1)網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬。要想使4G通信達(dá)到100Mbps的傳輸速率,通信運(yùn)營商必須在3G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(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-CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)的20倍;(2)通信速度更快。人們研究4G通信的最初目的是為了提高蜂窩電話和其他移動終端訪問Internet的速率,因此,4G通信最顯著的特征就是它有更快的無線傳輸速率。據(jù)專家估計,第四代移動通信系統(tǒng)的傳輸速率速率可以達(dá)到10M~20Mbps,最高可以達(dá)到100Mbps;(3)通信更加靈活。從嚴(yán)格意義上說,4G手機(jī)的功能已不能簡單劃歸“電話機(jī)”的范疇,因為語音數(shù)據(jù)的傳輸只是4G移動電話的功能之一而已。而且4G手機(jī)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;(4)智能性更高。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(jī)可以實現(xiàn)許多目前還難以想象的功能;(5)兼容性更平滑。要使4G通信盡快地被人們接收,還應(yīng)該考慮到讓更多的用戶在投資最少的情況下較為容易地過渡到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3G平穩(wěn)過渡等特點。
總之,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??v觀移動通信技術(shù)的發(fā)展規(guī)律和第四代通信技術(shù)的優(yōu)點,我們相信,不遠(yuǎn)的將來,人們將不受時間、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。從而人們的學(xué)習(xí)、工作、生活將會發(fā)生更深刻的變化。
論文摘要:21世紀(jì)移動通信技術(shù)和市場飛速發(fā)展,在新技術(shù)和市場需求的共同作用下,未來移動通信技術(shù)將呈現(xiàn)以下幾大趨勢:網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、分組化,移動互聯(lián)網(wǎng)逐步形成;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字化、寬帶化;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能化、小型化;應(yīng)用于更高的頻段,有效利用頻率;移動網(wǎng)絡(luò)的綜合化、全球化、個人化;各種網(wǎng)絡(luò)的融合;高速率、高質(zhì)量、低費(fèi)用。這正是第四代(4G)移動通信技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。
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(jī)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(kuò)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(yùn)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(jī)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(jī)可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如,4G手機(jī)將能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機(jī)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(fèi)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(yùn)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(yùn)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(kuò)展IP技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用;加強(qiáng)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(yùn)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(qiáng)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(jī)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(kuò)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(yùn)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(jī)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(jī)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(yùn)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.
關(guān)鍵詞 移動電子商務(wù) XML 數(shù)據(jù)加密 RC4 ECC
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,電子商務(wù)具有高效、成本低的優(yōu)點,使電子商務(wù)漸漸變?yōu)樾屡d的經(jīng)營模式,且移動通信技術(shù)越來越成熟的發(fā)展,人們也開始發(fā)現(xiàn)結(jié)合移動通信技術(shù)的移動電子商務(wù)將來會擁有更大的發(fā)展空間。可是,移動商務(wù)不單單給我們帶來了便利,還給我們帶來了一系列問題。主要體現(xiàn)在移動電子商務(wù)在為客戶提供通信的靈活及自由時也伴隨著很多不安全的地方,威脅到了網(wǎng)絡(luò)客戶的個人及信息的安全。所以,關(guān)于研究傳輸數(shù)據(jù)過程當(dāng)中的加密問題是很值得重視的。
1立足于XML的數(shù)據(jù)加密技術(shù)
XML加密技術(shù)是將XML加密規(guī)范作為基礎(chǔ),XML加密規(guī)范由W3C發(fā)展且在2002年9月公開的。XML加密首要特征就是既能加密完整的XML文件,還可以加密一個XML文檔中的數(shù)據(jù)及部分內(nèi)容。因此,在一個文檔中只需要對部分需要加密的部分進(jìn)行加密的時候就可以在加密的時候?qū)⑺鼈儐为?dú)加密。還可以將同一文檔之中不同的部分在加密時使用不同的密鑰,然后把同一個XML文檔發(fā)送給不同的人,不同的接收人看見的部分就只局限于與自身有關(guān)的部分。將同一XML文檔運(yùn)用此種方式加密,加密部分的首尾會產(chǎn)生兩個XML標(biāo)簽,以此來表明這個文檔的加密是按照XML加密標(biāo)準(zhǔn)實施的,加密之后XML文檔的數(shù)據(jù)就會顯示一串密文來代替之前的真實標(biāo)簽及內(nèi)容。XML加密標(biāo)準(zhǔn)讓提供XML數(shù)據(jù)的一方能夠隨著不同的用戶需要對內(nèi)容實行顆?;奶幚砑翱刂疲驗闆]有對整個XML文件進(jìn)行了加密而只是對特定的數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密,所以XML處理器還是可以處理及識別整個文件。
2立足于XML數(shù)據(jù)加密的設(shè)計與實現(xiàn)即混合加密方法的原理
現(xiàn)代密碼學(xué)的運(yùn)用考慮到密鑰的保密性,組成現(xiàn)代密碼系統(tǒng)的要素包括明文、算法、密鑰和密文?;诿荑€的算法一般包含不對稱加密算法及對稱加密算法。這兩種方法都有著各自的不足。運(yùn)行速度與對稱加密算法相比慢了很多是不對稱加密算法的主要不足,因此在加密大數(shù)據(jù)方面來講不太實用。對稱加密的主要不足體現(xiàn)在以下三點:(1)是密鑰的安全性;(2)互相通信的兩方的密鑰都是相同的,由于通信的內(nèi)容有可能是雙方運(yùn)用一樣的密鑰形成的,因此其中的一方可以對發(fā)送過的消息進(jìn)行否認(rèn);(3)在參與通信的人員太多的時候就會產(chǎn)生密鑰數(shù)據(jù)的急劇膨脹。
混合加密的技術(shù)就是將不對稱加密算法及對稱加密方法的優(yōu)勢相結(jié)合?;旌霞用芗夹g(shù)中,每個客戶和對端共用一個秘密的主密鑰,經(jīng)過運(yùn)用加密該主密鑰完成話密鑰的分配,主密鑰的分配運(yùn)用公密鑰方式,再將這個主密鑰用作加密用戶信息的密鑰,也就是運(yùn)用對稱加密算法對大數(shù)據(jù)量進(jìn)行加密,比如交易過程中的客戶或商品的詳盡資料,再運(yùn)用不對稱加密算法對小的數(shù)據(jù)量進(jìn)行加密,比如對稱加密算法的密鑰。
3安全及性能的分析
由于運(yùn)用XML加密技術(shù)的數(shù)據(jù)安全方案之后生成的文件為XML格式,所以擁有XML技術(shù)的全部優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在以下六點:第一,能夠運(yùn)用在不相同的操作系統(tǒng)上面,即跨平臺性;第二,立足于文本文件的加密文件,能夠在文本編輯器上進(jìn)行查看、編輯和修改;第三,加密文件的結(jié)構(gòu)可以經(jīng)過DTD和Schema文件先定下來,這樣的結(jié)構(gòu)定義可以使得不同系統(tǒng)公司的數(shù)據(jù)交換順利的進(jìn)行;第四,擁有極強(qiáng)的擴(kuò)展性;第五,每一項數(shù)據(jù)的理解及識別都非常容易,應(yīng)用程序來訪問數(shù)據(jù)時不是依據(jù)數(shù)據(jù)的位置而是依據(jù)描述性記憶,使得應(yīng)用程序適應(yīng)改變的特性得到了很大提升;第六,根據(jù)文件的性質(zhì)可以幫助它經(jīng)過防火墻及其余安全機(jī)制,使交換數(shù)據(jù)變得更加方便。
4結(jié)語
現(xiàn)在的人們越來越多的重視XML技術(shù)的發(fā)展,XML技術(shù)輸送結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)這種方法被越來越多的公司運(yùn)用到移動電子商務(wù)活動中,這種技術(shù)的安全性也顯得尤為重要。要想保證數(shù)據(jù)安全,在移動環(huán)境中使用便利,就必須得將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)加密,這篇論文對XML加密技術(shù)的研究正是為了達(dá)到這個目的。
這篇論文根據(jù)移動電子商務(wù)的特征,依賴于XML語言處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢,研發(fā)出將加密數(shù)據(jù)立足于XML的移動電子商務(wù)數(shù)據(jù)的技術(shù),之后詳細(xì)闡述了XML加密技術(shù)的詳盡使用方法及相應(yīng)的算法,通過不對稱加密及對稱加密這兩個角度做切入點,對移動平臺的數(shù)據(jù)加密采用混合加密的方法,然后再對XML加密技術(shù)的安全和性能進(jìn)行了分析。
參考文獻(xiàn)
[1] 舒凱.移動電子商務(wù)的信息安全研究[J].移動通信,2004(09).