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移动无线上网
2023年4月1日发(作者:工行网银助手下载失败)

移动无线通信网络类型

目前,我国常见的无线广域通信网络主要有CDMA、GPRS、CDPD等网络制式类

型。

CDMA网络制式

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址,是在无线通讯上

使用的技术,CDMA允许所有的使用者同时使用全部频带,并且把其他使用者发

出的讯号视为杂讯,完全不必考虑到讯号碰撞(collision)的问题。CDMA网络

是中国联通运营的网络,目前又推出更为稳定的CDMA1X网络系统。CDMA1X是

在原来CDMA基础上的升级,速度更快,容量更高。

CDMA1X能给用户提供更宽的带宽,除基本业务外,还提供了无线数据业

务。无线数据业务包括以下服务:

(1)短消息业务:如收发短消息、话费查询、小区广播、铃声下载、LOGO

图片下载、如意呼等;

(2)无线Internet业务:如WWW浏览、WAP浏览、收发E-mail、FTP、移动

QQ、信息点播等;

(3)移动定位业务:如紧急救助、跟踪服务、导航、城市地图、基于位置信

息的定点内容广播、移动黄页等;

(4)移动电子商务业务:如电子银行、电子彩票、电子购票、移动付款、预

定服务、移动股票交易等;

(5)移动多媒体业务:如视频点播、可视电话、交互式游戏等;

(6)移动VPN业务,银行、外企等大的集团用户还可以直接利用CDMA网络

构建自己的虚拟专用网络。

GPRS网络制式

GPRS的英文全称为“GeneralPacketRadioService”,中文含义为“通

用分组无线服务”,它是利用“包交换”(Packet-Switched)的概念所发展出

的一套基于GSM系统的无线传输方式。所谓的包交换就是将Date封装成许多独

立的封包,再将这些封包一个一个传送出去,形式上有点类似寄包裹,采用包交

换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽,而且可以以传输的资料量计

价,这对用户来说是比较合理的计费方式,因为像Internet这类的数据传输大

多数的时间频宽是间置的。

相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式,GPRS是分组交换技术,具

有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”

的优点。

CDPD网络制式

CDPD是Cellulardigitalpacketdata的缩写,即蜂窝数字式分组数据

交换网络,是以分组数据通信技术为基础、利用蜂窝数字移动通信网的组网方式

的无线移动数据通信技术,被人们称作真正的无线互联网。

CDPD网是以数字分组数据技术为基础,以蜂窝移动通信为组网方式的移动

无线数据通信网。使用CDPD只需在便携机上连接一个专用的无线调制解调器,

即使坐在时速100公里的车厢内,也不影响上网。CDPD拥有一张专用的无线数

据网,信号不易受干扰,可以上任何网站。与其它无线上网方式相比,CDPD网

可达19.2千比特/秒。CDPD使用中还有诸多特点:安装简便,使用者无需申请

电话线或其它线路;通信接通反应快捷,如在商业刷卡中,用MODEM接通时间要

20-45秒,而CDPD只要1秒;终端系统分移动、固定两种,能实现本地及异地

漫游。

CDPD可以支持移动上网、远程遥测、车辆调度、银行提款、无线炒股、现

场服务、商业POS系统等等。

移动通信系统的无线传输技术

在移动通信系统中,由于大量无线信道的不可预测性,以及新一代移动通信

系统中不同业务和不同用户之间的不均匀的业务量,移动节点移动所引起的网络

结构变化、对宽带高速率通信的要求和不同异构网络之间的无缝互联等对新一代

移动系统提出了很高的要求。因此为了实现新一代移动通信系统的要求,需要采

用更为先进的无线传输技术。

(1)OFDM技术

OFDM是一种多载波调制技术,其核心思想是将信道分成若干正交子信道,将

高速数据信号转换成并行的低速数据流,调制在每个子信道上进行传输。这种调

制传输技术的优点在于:一方面可以提高信号的传输速率,另一方面又可以减少

无线信道所带来的符号间干扰(ISI);同时,由于每个子载波都保持正交,所

以也避免了子信道之间的相互干扰(ICI)。

但是作为一种多载波传输系统,OFDM对频率偏差影响较为敏感,且存在较高

的峰值平均功率比,目前这是业界重点需要解决的问题。

(2)软件无线电技术

软件无线电是目前学术界和产业界关注的热点之一,它的基本思想是在可编

程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义和实现无线电台的各模块功能。具体

来说就是将A/D、D/A变换尽量靠近射频前端,应用宽带天线或多频段天线,将

整个RF段或中频段进行A/D变换,这之后的处理均由通用处理器或DSP器件完

成。因此软件无线电技术具有设计灵活、结构开放的特点,它可以使处于不同频

段、不同网络和不同业务下的移动终端进行灵活的网络与业务选择,有效实现网

络重选、智能频谱分配和水平与垂直切换,实现真正意义上的个人移动通信。目

前,在有效实现软件无线电中多频段转换、高速并行DSP处理和高开放性与扩展

性的总线结构等设计的同时,如何进一步降低基于软件无线电的设备功耗、体积

和成本也是其能否走向实用化和商用化的关键因素。

(3)智能天线

智能天线是未来移动通信的关键技术之一。它具有自动跟踪目标信号,抑制

无用干扰信号的智能功能。通过它的使用可以增加系统容量和增加覆盖范围,并

有效节省无线设备的发送功率,因此被业界普遍认为是提高移动通信系统性能的

关键技术之一。

智能天线主要由两部分实现:天线阵列和自适应算法。其中天线阵列是多个

天线阵元组成的一个无线信号发送(接收)装置,通过对不同阵元上的发送(接

收)信号进行空时处理,可以使有效信号方向上产生的增益得到加强而在干扰信

号方向上产生“陷点”;自适应算法是智能天线的核心,在不同波束形成准则(如

最小均方误差准则、最小二乘准则和最小方差准则等)约束下的自适应算法可以

动态地跟踪有用信号,从而有效实现天线的智能性。

目前,如何减小智能天线自适应算法的实现复杂度,提高智能天线用户跟踪

的数量和系统容量是其研究的重点。

(4)信道编码技术

信道编码技术是移动通信系统抗多径衰落的重要方法。在3G通信系统中,采

用了卷积码和Turbo码等信道编码技术。新一代移动通信系统将在此基础上采用

更高级的信道编码方案,这些编码如基于Turbo码的改进编译码算法和LDPC等,

它们都是具有接近香农限的好码,能在较低的Eb/No下保证足够的解码性能。其

中LDPC码由于其解码较为简单而受到业界的广泛关注。

(5)信源编码技术

移动通信系统中信源编码包含语音编码和图像编码。对于语音编码而言,3G

移动通信系统采用AMR编码方法,新一代移动通信系统为了提高系统容量也会采

用基于波形和参数编码的混合编码方法,随着参数编码技术的提高,也不能排除

采用纯参数编码的声码器来实现语音编码的可能。

随着基于视频的数据业务在移动通信系统中的应用,图像和视频编码技术在

新一代移动通信系统中的作用尤为重要。目前,H.263、MPEG4和H.264等编码

技术都是实现低码率压缩编码的重要标准。此外,在移动通信的多径衰落环境下,

研究具有较好的抗衰落效应的误码掩盖技术也是视频编码的研究方向。

(6)MIMO技术

MIMO(多输入多输出)技术是最近几年引起广泛研究和关注的无线传输技术,

该技术利用发送端和接收端的多天线来抗无线信道衰落,从而有效提高无线系统

的容量,其本质是一种基于空域和时域联合分集的通信信号处理方法。理论和计

算机仿真表明基于MIMO的无线系统信道容量随着天线数量的增大而线性增大,

因此具有广泛的应用价值。目前MIMO技术领域的一个研究热点就是空时编码。

常见的编码方法主要有空时分组码、空时格码和BLAST码。

(7)自适应无线传输技术

实现通信网络的智能性是通信技术发展的不断追求目标,其中自适应技术就

是系统智能性的一种体现。所谓自适应无线传输技术,是指移动通信设备能够根

据无线网络的不同情况选取不同的传输方式来获得最佳的无线传输效果。在基于

新一代的移动通信系统中,这种自适应无线传输技术将得到广泛的采用。其中信

源信道联合编码技术、OFDM子载波自适应调制技术就是自适应技术的很好体现。

(8)迭代接收技术

可靠性是通信的基本要求,而迭代技术可以极大的提高接收系统的可靠性。

迭代接收是指在接收端通过多次循环迭代使得接收机的检测和解码性能达到最

佳。一般而言,前一次迭代的结果总是作为本次迭代的部分输入,而且迭代次数

越多,接收机的解码性能越好,但系统复杂度也相应增加,因此在实际实现时要

在性能和复杂度之间进行折衷。迭代技术从Turbo码的迭代译码技术发展而来,

目前得到了更为广泛的应用。目前,Turbo迭代信道估计和解码、波束形成和解

码的联合迭代接收、面向MIMO的迭代接收技术都是迭代接收技术具体应用的体

现。随着硬件器件和数字信号处理技术的飞速发展,这些迭代技术将会在后几代

通信技术中得到广泛应用。

(9)智能频谱分配技术

随着移动和无线通信系统的发展,无线频谱资源日益成为这些系统的发展瓶

颈。无线频谱资源的有效利用,既可以提高移动通信系统的通信质量,又可以有

效提高通信系统的容量,基于频谱自适应检测的智能频谱分配技术是实现这些优

势的有效方法。首先,在未来多个无线通信系统共存的情况下,移动终端可以通

过频谱检测自动接入到空闲的无线通信系统,使不同系统间实现有效的负荷均衡

和QoS保证;其次,通过智能频谱分配技术,移动终端和接入设备之间可以动态

选择信道,进而提高无线通信系统的通信质量。目前,基于智能频谱分配技术的

主要研究领域有基于频谱感知的MAC层接入技术和基于频谱感知的多网络资源

管理等。

自适应多天线技术

多天线技术,是指在发送端或接收端都采用多根天线的无线通信技术,是近

期发展较快的热点研究技术之一。采用多天线技术可获得功率增益、空间分集增

益、空间复用增益、阵列增益和干扰抑制增益[1],从而可以在不显著增加无线

通信系统成本的同时,提高系统的覆盖范围、链路的稳定性和系统传输速率。多

天线技术有不同的实现模式,如波束赋形[2]、循环延迟分集[3],空间分集

[4-6]、空间复用[7],以及他们之间的结合。

1多天线技术模式介绍

每种多天线技术模式都各有其特点,下面将详细介绍他们的原理和特点。

(1)空间分集技术

空间分集是在空间引入信号冗余以达到分集的目的。如图1中空间分集所示,

发送端通过在两根天线的两个时刻发送正交的信息集合,从而获得分集增益。

(2)空间复用技术

空间复用是在每根天线上的同一时频资源上,发送不同信息,以达到在不增

加频谱资源的情况下成倍提高频谱效率的目的,如图1中空间复用所示。通常

人们将空间分集和空间复用技术称为多输入多输出(MIMO)技术。

(3)波束赋形技术

波束赋形(BF)是基于自适应天线原理,利用天线阵列通过先进的信号处理算

法分别对各物理天线进行加权处理的一种技术。如图2所示,发射端对数据流

S1进行加权,并发送出去。在接收端看来,整个天线阵列相当于一根虚拟天线。

通过加权处理后,天线阵列形成一个窄发射波束对准目标接收端,并在干扰接收

端方向形成零点以减小干扰。

(4)MIMO+BF技术

由于BF技术在同一时刻只发射一个数据流,没有复用增益。尤其是当信道

质量较好时,使用BF带来的传输速率提升并不明显。因此,为了进一步提高系

统传输速率,可将BF技术与MIMO结合起来[8-9]。空间分集与波束赋形的结

合,称为空间分集波束赋形(SD+BF);而空间复用与波束赋形的结合,则称为

复用波束赋形(SM+BF)。其中的一种实现方案如图3所示。发送端的4根物理

天线被分成2个子阵列,在每个子阵列上利用波束赋形技术,形成一根虚拟天

线或者波束,2个波束间构成空间分集或者空间复用。

(5)循环延迟分集技术

循环延迟分集(CDD)是正交频分复用(OFDM)[10]技术中常用的一种多天

线发送分集方案,他在各个物理天线上发送相同的频域数据,并对时域的OFDM

符号进行不同的循环延迟,以此来获得频域分集增益。其发送端如图4所示,

时域数据流S1在各物理天线上分别进行循环延迟δi后再发送出去。其中,δi

为循环延迟量,i=1,2,3,4,δ1一般为0。经过CDD处理后,整个天线阵列在

接收端看来,也相当于一根虚拟天线。

(6)CDD+MIMO技术

由于CDD技术在同一时刻只发射一个数据流,当信道条件比较好时,可以

跟MIMO技术相结合来提升传输速率[11-12]。空间分集与循环延迟分集的结

合,称为空间分集循环延迟分集(SD+CDD);而空间复用与循环延迟分集的结

合,称为空间复用循环延迟分集(SM+CDD)。其中的一种实现方案如图5所示,

发送端的4根物理天线被分成2个子阵列,每个子阵列做CDD处理,形成一根

虚拟天线。

2多天线技术比较

(1)数据发送格式

每种多天线技术模式在每根物理天线上发送的数据是不一样的。以IEEE

802.16e[4]4天线为例,在两个相邻的符号内,并在同一个数据子载波上,每

根物理天线发送的频域数据流如表1所示。空间复用使用的是BLAST编码[7];

空间分集使用的是Alamouti编码,他在两个正交频分多址(OFDMA)符号间引

入冗余。第i根发送天线上第k个数据子载波对应的BF权值为wi(k),i

=1,2,3,4。另外,对时域数据进行的循环延迟,等价于频域数据乘以一个相位

旋转

其中,系数0.5是功率归一化因子,NF是IFFT的点数,k是子载波索引,

δ1是CDD的循环延迟量,i=1,2,3,4。数据流为S1,S2,S3,S4……。

(2)特点

一般情况下,BF、SD+BF、SM+BF需要根据信道状态信息动态调整权值,

属于闭环技术,需要对导频进行波束赋形,所以必须支持专用导频;而CDD、

SD+CDD、SM+CDD可以在发送端并不知晓信道状态信息的情况下完成,属

于开环技术。SM+BF、SM+CDD在不同的虚拟天线上可以发送不同的数据流,

在信道条件比较好的情况下,能提升系统的传输能力,满足用户高速率传输数据

的需求;而BF、SD+BF、CDD、SD+CDD主要依靠在空间维引入冗余以达

到分集增益,进而增加链路的稳定性和覆盖范围。另外,SD+BF、SD+CDD每

个虚拟天线可以发送一个数据流,并在时域或频域引入冗余以获得空间分集增

益,平均1个时刻只发1个数据流;BF、CDD每个时刻只有1个数据流,更

适合信道相关性高的场景,实现简单,对用户透明,且不要求支持MIMO技术。

在所有这些多天线技术模式中,比较常见的天线配置是发送端共有4根或者8

根天线,而接收端只有1~2根天线。以上这些特点的总结如表2中所示。

(3)影响因素

CDD、SD+CDD、SM+CDD靠人为引入信道多径时延来获得频域分集增

益,他们可以在未知信道状态信息的情况下完成;而BF、SD+BF、SM+BF

则需要估算波束赋形的权值,并要求用户反馈信道状态信息,或利用信道的互易

性特点,因此其性能会在很大程度上受权值估计的准确性和及时性影响。表3

总结适合各种多天线技术模式的应用场景[13]。

3自适应模式切换

每种多天线技术模式都有其特点和应用场景。实际通信时,由于用户的物理

位置、信道环境、移动速度、业务类型等存在着很大的差异,单独使用哪种技术

都不能最佳地发挥系统的性能。无线通信系统需要在不同的模式间自适应地切

换,以适应信道环境等因素的改变,从而最大限度地提升系统的性能,满足用户

高质量的通信要求[14]。

实际应用中,实现各种多天线技术模式的自适应切换是一个充满挑战的工作。

首先,影响多天线技术模式性能的因素有很多[15]。所以算法设计时,需要对

这些影响因素进行深入分析和研究,并根据情况设计不同的算法以满足系统配

置、信道条件、业务类型等多样性要求。

其次,模式切换的类型很多。我们在对多天线技术的性质进行深入分析和大

量仿真的基础上,将切换类型分成3类:BF相关技术(BF、SD+BF、SM+BF)

之间的相互切换;CDD相关技术(CDD、SD+CDD、SM+CDD)之间的相互切

换;BF相关技术与CDD相关技术之间的切换,如图6所示。

根据接收端的移动速度或者相邻两个权值的相关性,选择使用BF相关技术

或者CDD相关技术。如果选择了BF相关技术,那么需要计算SM+BF、SD+

BF、BF模式下的频谱效率,并选择频谱效率大的模式为最佳的数据发送模式;

如果选择了CDD相关技术,则需要计算SM+CDD、SD+CDD、CDD频谱效

率,并选择频谱效率大的模式为最佳的数据发送模式。

4结束语

文章介绍了各种多天线技术模式的概念,分析比较了各种多天线技术模式的

性能、影响因素和应用场景。最后介绍了多天线技术模式切换的算法。

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