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移动通信系统无线传输技术的研究

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  摘要:经过一百多年的发展,移动无线通信技术已经进入了高速发展时期。随
  着科学信息技术水平的不断提高,移动无线通信技术又迎来了 4G 时代。本文首先分析了第一代和第二代移动通信系统的特点,然后探讨了第三代移动通信无线传输技术的应用,最后详细阐述了新一代移动通信系统无线传输技术。
  关键词:移动通信;无线传输;第四代;4G;IP
  中图分类号:E271 文献标识码: A
  一、第一代和第二代移动通信系统的特点
  第一代移动通信系统(如 AMPS 和 TACS 等)是采用 FD-MA 制式的模拟蜂窝系统,不仅频谱利用率低,而且系统容量小, 业务种类也很有限。 第二代移动通信系统 (如 GSM、D-AMPS 及 IS-95 等)则是数字蜂窝系统,虽然其容量和功能与第一代相比有很大的提高, 但是其业务主要限于话音和低速率数据(小于 9.6kbit/s),仍然不能满足新业务种类和高传输速率的要求。 第三代移动通信系统能够与固定网络相兼容,还能提供多种类型的高质量的多媒体业务, 同时能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力,其小型便携终端在任何时候、任何地方都能进行通信的,这些优势具有巨大的吸引力。
  二、第三代移动通信无线传输技术的应用
  (一)MIMO-GMC 无线传输技术方案
  MIMO-GMC 无线传输技术方案的描述如下:
  1、无论是在基本模式还是在扩展模式下,系统均运转良好。在基本模式下,总带宽为 BW 的信道可以被该系统分解成一组平行的3dB 的子信道,带宽为1.28MHz。通过多载波滤波器组,可以完成多载波合路和分路,其特征在于,通过 DFT,多载波滤波器组可以实现快速。在扩展模式下,相邻的基本子载波可以被系统合成带宽为3.84MHz 的扩展子载波, 并可以基于不同的国家在未来的频谱分布,弹性分配不同的扩展子载波,从而可以实现与3G 系统的向后兼容性。
  2、在各子载波中,系统将使用双环自适应时隙结构,通过高效率的编码和调制,组与空分复用的空间-时间的时隙结构,迭代空时解码,如联合检测技术,来支持高效的分组数据传输,满足传输速率、系统容量,频谱效率及功率效率的要求,以满足 B3G 系统。
  3、采用 FDD 或TDD 双工方式,适用于广域覆盖和热点覆盖蜂窝通信环境。
  4、采用 FDMA、TDMA 和 CDMA 混合多址方式,进行无线资源的共享,其中 CDMA 为辅选,每个移动用户都可以动态地占用一个或多个基本子载波或扩展子载波,另外,占用一个子载波的一个或多个时隙、码道等也是允许的,这样便可以满足在大动态范围空间传输的要求。
  (二)GRTT 算法结构
  MAC 层向上层提供了以数据类型为区分的逻辑信道,并将逻辑信道映射到传输信道,其后又以物理层完成传输信道的处理。传输信道是由 L1 层提供给上层的服务,当上层的数据发送到物理信道上之后,L1 层将对其进行添加 CRC 校验,信道前向纠错编码、交织,码率匹配、交织和传输信道到物理信道映射等操作后,将数据送到扩频调制模块进行正交扩频,经长码调制后送到发送部分。
  三、新一代移动通信系统无线传输技术
  (一)概述
  第四代移动通信技术,简称 4G。该系统可以称为宽带接入和分布网络,同时具有非对称的超过 2Mb/s 的数据传输能力。同时,第四代移动通信技术是集 3G 与WLAN 于一体,且能够有效地传输高质量视频图像的技术产品,从而为人们提供多种多样的业务,满足人们获得信息的需要。相对于第三代移动通信系统,该系统具有更多的应用功能,能够在不同的固定网络和跨越不同的频带网络提供无线服务。
  4G 是集成多种功能于一身的宽带移动通信系统,已经成为移动通信领域中研究的热点。目前,西方发达国家已经开始研制第四代移动通信的标准和产品。我国对第四代移动通信技术的研究还处于初级阶段。
  (二)基本特征
  相对于 3G 时代,第四代移动通信系统具有以下特征 :
  首先,第四代移动通信系统的网络传输质量更高,拥有更快的下载速度,最高能够达到 100Mb/s。该系统能够承载大量的多媒体信息。同时,该系统的通信更为灵活。目前,市场上盛行的 4G 手机,其功能已经完全突破了传统的电话机范畴。除了语音资料的传输之外,4G 手机可以算得上是一台小型的电脑。人们可以通过它,随时随地通信,下载影像、文字、图片等资料。
  其次,4G 移动通信技术的显著特点是智能化多模式终端平台。通过各种接入技术的应用,能够实现不同网络系统之间的协作与无缝连接。同时,第四代移动通信系统各个接入系统还能够以最优化的方式满足不同用户的需求。也就是说,当不同的模式终端接入系统时,网络会根据实际情况,自动地分配频带,从而给出最优化的路由,达到理想的通信效果。为了能够提高移动通信的速度,通信运营商必须在原有通信网络基础上,进行不断改造,以更好地适应 4G 时代的到来。第四代移动通信系统拥有更宽的网络频谱。
  最后,第四代移动通信系统的频率使用效率更高。相对于 3G 移动通信系统,该系统支持用户在相同数量的无线频谱情况下,完成更多的操作。该网络的直观化和可视化特点,便于人们在不同的地点进行通话视频,同时,在面临自然灾害的情况下,该系统还能够快速地修复。
  (三)关键技术分析
  1、正交频分复用技术
  正交频分复用使用技术是第四代移动通信系统中的关键技术,能够最大程度对抗频率和窄带干扰,且提高频谱的利用效率,适合高速率的数据传输。该技术突破了传统的频分复用方法的缺陷,每一个子载波的产生和接收都能够通过数字信号的处理来完成,因而极大地简化了系统的内部结构。当传输信道中出现了多种路径传播时,OFDM 传输信号在其前面插入了一个相对应的保护间隔,能够对信号进行周期性扩展,以免于子载波间的正交性遭受破坏。   同时,正交频分复用技术中的每一个子载波使用的调制方法都具有差别。每一个子载波都能够根据不同信道的实际情况,选择不同的调制方式,以更好地保持频谱利用效率和误码率之间的平衡关系。一般而言,无线多径道的频率时常会达到 35dB,使信噪比大幅度地下降。OFDM 技术还使用了自适应调制,以便于
  系统根据信道的条件选择调制方式,扩大系统的容量。
  2、多输入多输出技术
  多输入多输出技术,简称 MIMO,是第四代移动通信系统中的一项关键技术。作为一项由多种无线射频技术所组成的技术,多输入多输出技术在运作过程中能够与现时的 WLAN相兼容,从而扩充其传输范围。该技术能够在不增加宽带的条件下,有机地提高通信系统的容量和频谱利用效率。
  由于在通信系统中,多径通常会引起衰落现象,对整个系统极为不利。然而,在多输入多输出技术的应用中,能够将多径作为一个有利因素加以利用,从而促进移动通信系统的正常运行。MIMO 技术在其发射端和接收端配备多根天线,各种串行数据符号在经过必要的空时处理后,会自动地送到天线进行发射。为能够有效地促进每一个子数据符号流的分离,每一根天线之间能够保持加大的距离,以避免信号之间发生相互关联。当各个子数据符号流同时进入信道,所有的数据符号流会共同应用一条频带,且不会增加带宽。各个发射接收天线之间的通道之间相互独立,并且可以创造不同的并行空间信道,以提高数据信息的准确性。
  3、基于 IP 的核心网
  第四代移动通信系统中的核心网是一个基于全 IP 的网络,以更好地实现各个网络之间的无缝连接。简单说来,我们可以把移动网络划分为三个部分,即基站子系统、网络子系统以及系统支撑部分。核心网部分则位于网络子系统中,能
  够根据不同的呼叫请求,将系统连接到不同的网络上。
  核心网的主要功能是提供用户连接、完成业务承载以及对用户进行有机管理等。由于采用不同的面向连接工作方式,基于 IP 的核心网将成为未来移动网的核心网发展方向。同时,光纤通信技术的发展以及大量 DWDM 设备的大量应用,使得 IP 技术与传送网技术形成了匹配发展。
  参考文献:
  [1]靳丽君. 基于方向性天线的中继蜂窝网络资源复用方案[J]. 现代电子技术. 2011(15)
  [2]刘伟,魏迎春. 第四代移动通信系统及其关键技术研究[J]. 广西通信技术. 2011(02)
  [3]蒋清平,杨士中,张天骐. OFDM信号循环自相关分析及参数估计[J]. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(02)
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