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關鍵詞:多用戶檢測,串行干擾刪除
多址干擾(MAI)是限制cdma系統(tǒng)容量的一個關鍵因素。為了減小MAI的影響,多用戶檢測(Multi-User Detection,MUD)技術應運而生。其中一種重要的算法就是干擾刪除多用戶檢測算法,該算法是根據(jù)各個用戶已判決的信號再生多址干擾,并在總接收信號中將各類多址干擾相消。串行干擾刪除(Successive Interference Cancellation, SIC)利用已判決的用戶信號再生干擾然后相消以有利于其他未判決用戶的檢測。
(一) 串行干擾刪除多用戶檢測原理
步驟:
1、 按照用戶信號功率從大到小進行排列,分別編號為用戶1、用戶2、用戶3……;
2、 用常規(guī)的解調(diào)方法(如:匹配濾波)將用戶1解調(diào)出來;
3、 從總的接收信號總減去用戶1重構的最強用戶干擾,將用戶2解調(diào)出來;
4、 用戶3的信號減掉用戶1、用戶2的干擾,
……
按此順序下去恢復所有的用戶
【文獻1】其原理結構圖如下
圖1:SICMUD基本原理圖
通過上述過程可以看出,
1)串行干擾消除按信號功率從大到小依次相消,其性能很大程度上取決于用戶接收信號的功率分布,用戶接收信號的功率分布差別越大,性能提高就越明顯。首先,信號最強的用戶解調(diào)得到的可靠性最高;其次,從總信號中將最強用戶信號先檢測出來,對其他用戶的收益最大,這是由CDMA系統(tǒng)的特性決定的。CDMA是自干擾系統(tǒng),因此,把信號最強的用戶檢測出來的同時也減小了對其他用戶的干擾。這種算法的結構導致最強用戶在抗多址干擾方面沒有得到任何改善,而對最弱的用戶來說,它在抗多址干擾方面獲得很大改善。同時這也導致SIC檢測有一個顯著的缺陷,就是它的性能在很大程度上取決于初始數(shù)據(jù)估計的可靠性。也就是說如果用戶1和用戶2功率差別不大,或者對用戶1的估計值與真實值差別比較大,則會使系統(tǒng)誤差較大。此外,每一級的檢測錯誤將會在以下各級中累加,它會嚴重影響整個系統(tǒng)的檢測性能。
2)在串行干擾刪除檢測器中,由于每解調(diào)一個用戶便會引入一定的處理時延,當用戶較多時,時延將累積到系統(tǒng)難以忍受的地步。因此,在SIC方案中,每個分組的用戶不宜取太多,一般取4個用戶即可。SIC可用于同步CDMA,也可用于異步CDMA中。
3)串行干擾刪除需要對用戶的功率進行排序。在無線衰落信道中,用戶信號功率是變化的,此時需要重新排序。因此,必須在信號功率排序的速度和能夠接收的運算復雜度之間進行權衡。
4)串行干擾刪除需要估計用戶信號的延時、幅度和相位。
5)串行干擾刪除結構簡單,運算復雜度與用戶數(shù)呈線性關系。
多用戶檢測中的干擾刪除算法充分利用了多個用戶的信息,并且工程實現(xiàn)相對簡單。存在的問題是:對干擾的估計要求相當準確,否則干擾刪除的效果會大大削弱甚至使系統(tǒng)惡化。
參考文獻:
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由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術都是將CDMA技術用于蜂窩系統(tǒng),許多的思想都是源于CDMA系統(tǒng),因此WCDMA和CDMA2000有許多相試之處:從雙工方式上看,WCDMA和CDMA2000屬于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都滿足IMT-2000提出的技術要求,支持高速多媒體業(yè)務、分組數(shù)據(jù)和IP接入等。但它們在技術實現(xiàn)、規(guī)范標準化、網(wǎng)絡演進等方面都存在較大差異。
WCDMA和CDMA2000各有優(yōu)勢和缺點。WCDMA技術較成熟,能同廣泛使用的GSM系統(tǒng)兼容;相比第二代通信系統(tǒng)能提供更加靈活的服務;而且WCDMA能靈活處理不同速率的業(yè)務。其缺點是只能共用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)部分,無線側設備可以共用的很少。
CDMA2000的優(yōu)勢是可以和窄帶CDMA的基站設備很好地兼容,能夠從窄帶CDMA系統(tǒng)平滑升級,只需增加新的信道單元,升級成本較低,核心網(wǎng)和大部分的無線設備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍,手機待機時間也增加了兩倍。缺點是CDMA2000系統(tǒng)無法和GSM系統(tǒng)兼容。
1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術比較
WCDMA和CDMA2000物理層技術細節(jié)上有相似也有差異,由于考慮出發(fā)點不同,造成了不同的技術特點。WCDMA技術規(guī)范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)的兼容性;CDMA2000的開發(fā)策略是對以IS-95標準為藍本的窄帶CDMA的平滑升級。
(1)這兩個標準的物理層技術相似點可以歸納為以下幾點:
①內(nèi)環(huán)均采用快速功率控制。CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng),因此為了提高系統(tǒng)容量,應盡可能的降低系統(tǒng)的干擾。功率控制技術可以減少一系列的干擾,這意味著同一小區(qū)內(nèi)可容納更多的用戶數(shù),即小區(qū)的容量增加。因此CDMA系統(tǒng)中引入功率控制技術是非常必要的。
②系統(tǒng)都支持開環(huán)發(fā)射分集,信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。
③系統(tǒng)均采用軟切換技術。所謂軟切換是指移動臺需要切換時,先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系,而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行,因此模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性,大大減少切換造成的掉話。
④WCDMA工作頻段:1900~2025MHz頻段分配給FDD上行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給TDD雙工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz頻段(上行),2110~2170MHz(下行)。
(2)兩個標準的物理層技術差異可以歸納為以下幾點:
①擴頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA根據(jù)ITU關于5MHz信道基本帶寬的劃分規(guī)則,將基本碼片速率定為3.84Mcps。WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。CDMA2000分兩個方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。CDMA2000系統(tǒng)可支持話音、分組數(shù)據(jù)等業(yè)務,并且可實現(xiàn)QoS的協(xié)商。室內(nèi)最高數(shù)據(jù)速率達2Mbit/s,步行環(huán)境384kb/s,車載環(huán)境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在單載波上采用碼片速率1.2288Mcps的直接序列擴頻,射頻帶寬為1.25MHz。
②支持不同的核心網(wǎng)標準。WCDMA要求實現(xiàn)與GSM網(wǎng)絡的兼容,所以它把GSMMAP協(xié)議作為上層核心網(wǎng)絡議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA,因此它把ANSI-41作為自己的核心網(wǎng)絡協(xié)議。
③WCDMA進行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保證更好的信號質量,并支持多用戶。
④為了使支持基于GSM的GPRS業(yè)務而部署的所有業(yè)務也支持WCDMA業(yè)務,為了完善新的數(shù)據(jù)話音網(wǎng)絡,CDMA2000-1x需要添加額外的網(wǎng)元或進行功能升級。
2.WCDMA與CDMA2000網(wǎng)絡接口的比較
3G標準的基本目標是能在車載、步行和靜止各種不同環(huán)境下為多個用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數(shù)據(jù)速率。為多個用戶提供可變的無線接入數(shù)率是3G標準的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同,兩系統(tǒng)可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps,顯然WCDMA系統(tǒng)中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升,在CDMA2000系統(tǒng)中則不會如此。
WCDMA的接口標準規(guī)范、制定嚴謹、組織嚴密,而CDMA2000的接口標準嚴謹性有待加強。IS-95廠家設備難以互通,給運營商設備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數(shù)據(jù)服務必須可以和話音一樣實現(xiàn)無縫的漫游,這是至關重要的。多媒體信息要漫游、視頻通話也要漫游,沒有這些基本要素,3G就不能稱其為3G。漫游涉及到的不僅僅是技術問題,更重要的是商業(yè)利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌,它支持全球漫游,全球移動用戶均有唯一標識,而CDMA2000尚不能很好做到這一點。
3.WCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡演進的比較
(1)WCDMA的網(wǎng)絡演進技術
現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數(shù)據(jù)服務。如果復用多個時隙就能升級為HSCSD(高速電路交換數(shù)據(jù))方式;此后出現(xiàn)了GPRS(通用分組無線業(yè)務),首次在核心網(wǎng)中引入了分組交換的方式,可提供144kbit/s的數(shù)據(jù)速率。接著繼續(xù)升級采用8PSK調(diào)制,這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數(shù)據(jù)傳輸速率將高達2M/s。
(2)CDMA2000網(wǎng)絡演進技術
主要的CDMA2000運營商將來自現(xiàn)在的窄帶CDMA運營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的數(shù)據(jù)傳輸速率為14.4kbit/s,為了提供更高的速率,1999年部分廠商開始采用IS-95B標準,理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進一步使容量加倍,最后升級為CDMA2000。
窄帶CDMA系統(tǒng)向CDMA2000系統(tǒng)的演進分為空中接口、網(wǎng)絡接口及核心網(wǎng)絡演進等方面。
①目前窄帶CDMA系統(tǒng)的空中接口是基于IS295A,其支持的數(shù)據(jù)速率為14.4kbit/s,由IS295A升級到IS295B,可支持64kbit/s。
②窄帶CDMA網(wǎng)絡接口的演進主要指窄帶CDMA系統(tǒng)A接口的升級和演進。對于窄帶CDMA系統(tǒng),以前其A接口不是規(guī)范接口(即不是開放接口),窄帶CDMA和GSM的A接口的規(guī)范相比較,GSM是先有A接口標準,然后廠家依據(jù)標準開發(fā);窄帶CDMA是廠家各自開發(fā),然后廣泛宣傳,最后憑借自身影響修改標準。
③窄帶CDMA的核心網(wǎng)在美國經(jīng)過多年發(fā)展后,從IS241A到IS241B到IS241C,我國CDMA試驗網(wǎng)和紅皮書以IS241C為基礎,IS241D規(guī)范在1999年底,目前IS241E規(guī)范還未正式。
二、WCDMA和CDMA2000在我國的前景
對3G標準的選擇不僅要看其技術原理及成熟程度,還要結合本國國情、市場運作狀況等因素進行考慮。按目前的進展來看,兩種標準最后不能融合成一種,但可以共存。
在我國,GSMMAP網(wǎng)絡已形成巨大的規(guī)模,歐洲標準的WCDMA在網(wǎng)絡上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性,在技術上也考慮了與GSM的雙模切換兼容,向WCDMA體制的第三代系統(tǒng)演進,從一開始就解決了全網(wǎng)覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統(tǒng),對GPS依賴較大;在小區(qū)站點同步方面,CDMA2000基站通過GPS實現(xiàn)同步,將造成室內(nèi)和城市小區(qū)部署的困難,而WCDMA設計可以使用異步基站,運營者獨立性強;對于電信設備制造行業(yè),我國在GSM蜂窩移動通信方面發(fā)展成熟,而窄帶CDMA系統(tǒng)尚未形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)。
WCDMA采用全新的CDMA多址技術,并且使用新的頻段及話音編碼技術等。因此GSM網(wǎng)絡雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數(shù)據(jù)服務,卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設計是以IS-95系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗為依據(jù)的,因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進無論從無線還是網(wǎng)絡部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板,并將系統(tǒng)軟件升級,即可將IS-95基站升級為CDMA2000基站。
由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長時間在我國共存,鹿死誰手?尚未分曉。
參考文獻:
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【關鍵詞】空口質量;載干比;導頻污染;異頻鄰區(qū)
移動通信網(wǎng)絡是一個動態(tài)的多維系統(tǒng),尤其是CDMA1X&EVDO網(wǎng)絡,它會隨著用戶數(shù)量、運行環(huán)境變化、技術的更新等而不斷發(fā)生變化。這些變化都會影響到網(wǎng)絡指標的變化和網(wǎng)絡性能,因此必須持之以恒地對網(wǎng)絡進行監(jiān)測和優(yōu)化。同時,為了充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備資源,最大限度地提高網(wǎng)絡的平均服務質量、提高效益,也需要不斷地進行網(wǎng)絡優(yōu)化工作。因此,網(wǎng)絡優(yōu)化工作是非常重要的。
1 CDMA 1X&EVDO技術
1.1 CDMA技術優(yōu)勢
CDMA系統(tǒng)采用碼分多址的技術,利用擴頻通信的原理,在系統(tǒng)中使用多種先進的信號處理技術,使CDMA系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。
(1)大容量
根據(jù)理論計算及現(xiàn)場試驗表明,CDMA系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的10--20倍,是TDMA系統(tǒng)的4倍。CDMA系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是因為它的頻率復用系數(shù)遠遠超過其它制式的蜂窩系統(tǒng),同時CDMA使用了話音激活和扇區(qū)化,快速功率控制等技術。
(2)軟容量
在FDMA、TDMA系統(tǒng)中,當小區(qū)服務的用戶數(shù)達到最大信道數(shù),已滿載的系統(tǒng)再無法增添一個信號,此時若有新的呼叫,該用戶只能聽到忙音。而在CDMA系統(tǒng)中,用戶數(shù)目和服務質量之間可以相互折中,靈活確定。例如系統(tǒng)運營者可以在話務量高峰期將某些參數(shù)進行調(diào)整,例如可以將目標誤幀率稍稍提高,從而增加可用信道數(shù)。同時,在相鄰小區(qū)的負荷較輕時,本小區(qū)受到的干擾較小,容量就可以適當增加。
(3)軟切換
所謂軟切換是指移動臺需要切換時,先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系,而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行,因此,模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性,大大減少切換造成的掉話,因為據(jù)統(tǒng)計,模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)無線信道上的掉話90%發(fā)生在切換中。
1.2 CDMA EVDO網(wǎng)絡架構
無線接入網(wǎng)(Radio Access Network,RAN)主要包含接入網(wǎng)(Access Network,AN)、分組控制功能(Packet Ccontrol Function,PCF)和接入網(wǎng)鑒權/認證/計費服務器(AN-Authentication, Authorization and ccounting,AN-AAA)等功能實體。AN 完成基站收發(fā)及其控制器的功能。其中,PCF 完成A8 和A10 連接的建立以及分組數(shù)據(jù)業(yè)務節(jié)點(Packet Data Service Node,PDSN)的選擇功能。AN-AAA 存儲接入鑒權的算法和參數(shù),執(zhí)行接入鑒權功能。
2 CDMA 1X&EVDO優(yōu)化研究
2.1 無線網(wǎng)絡優(yōu)化目的
CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng),某個用戶相對于其他用戶來說就是干擾,每個小區(qū)也會對其它小區(qū)構成干擾,尤其是同載頻的鄰區(qū)。同時,小區(qū)具有呼吸功能,網(wǎng)絡負載越高,干擾越大,覆蓋范圍越小;反之網(wǎng)絡負載越小,干擾越小,覆蓋范圍越廣,網(wǎng)絡的覆蓋范圍與容量都是隨時變化的,每個扇區(qū)的容量是一種軟容量。因此基于CDMA技術的網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)相比基于GSM技術的網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)要復雜的多,不是增加幾個基站就可以提高系統(tǒng)性能。因此,功率控制在CDMA網(wǎng)絡中顯得尤為重要,也是CDMA的核心,通過功控,有效地解決“遠近效應”。因此從另外一個概念來講,CDMA系統(tǒng)本身就是一個功率控制的系統(tǒng),鏈路性能和系統(tǒng)容量取決于干擾功率的控制程度。但是由于各種因素相互制約,往往牽一發(fā)而動全身。比如軟切換,它雖然能夠降低用戶切換過程中的掉話率,但是當某個用戶在進行軟切換時,同時可以與激活集中的多個基站建立業(yè)務信道,這樣也就占用了多個基站的資源,即浪費了網(wǎng)絡容量。
無線網(wǎng)絡優(yōu)化分為兩個階段,一是工程優(yōu)化,即建網(wǎng)時的優(yōu)化,主要是網(wǎng)絡建設初期以及擴容后的初期的優(yōu)化,它注重全網(wǎng)的整體性能;二是運維優(yōu)化,是在網(wǎng)絡運行的過程中的優(yōu)化,即日常優(yōu)化,通過整合OMC、現(xiàn)場測試、投訴等各方面的信息,綜合分析定位影響網(wǎng)絡質量的各種問題和原因,著重于局部地區(qū)的故障排除和單站性能的提高。
2.2 系統(tǒng)相關參數(shù)設定
(1)系統(tǒng)參數(shù)
系統(tǒng)參數(shù)是指用來分析的系統(tǒng)的參數(shù),例如碼片速率、尋呼速率、載頻鄰區(qū)和鄰接小區(qū)、ROT(反向符合控制門限)、DRCSupervision Timer(DRC監(jiān)視定時器)、DRCChannelGain(DRC信道增益)等。
鄰區(qū)列表參數(shù):20個
(2)移動臺參數(shù)
移動臺參數(shù)是指基于主要手機生產(chǎn)廠家設置的一些參數(shù),如噪聲系數(shù)、前向鏈路Eb/No等。移動臺參數(shù)有:
最大發(fā)射功率:23dBrn(0.2 Watt)
移動臺設備噪音指標:8dB
人體損耗:3dB
Eb/No:7dB
3 CDMA EVDO優(yōu)化策略設計
3.1 基礎優(yōu)化
網(wǎng)絡基礎優(yōu)化主要是評估現(xiàn)網(wǎng)存在的網(wǎng)絡基礎性問題,主要包括無線網(wǎng)絡覆蓋、信號空口質量、鄰區(qū)配置、RSSI異常、設備狀態(tài)健康檢查、全網(wǎng)配置參數(shù)核查,定位原因并提出解決方案,實施方案并驗證。EVDO網(wǎng)絡存在用戶接入失敗、掉線、速率慢、扇區(qū)吞吐效率低等性能差的問題,在做好站點優(yōu)化基礎工作上從端到端進行深入分析,制定解決方案,實施方案并驗證性能提升效果。同時協(xié)助處理因工程遺留問題引起或VIP用戶投訴的EVDO性能差問題。
3.2 無線環(huán)境優(yōu)化
無線環(huán)境包含前向鏈路和反向鏈路,優(yōu)化重點為前向覆蓋、覆蓋區(qū)域應用層下載速率。反向鏈路是建立在前向鏈路的基礎之上,反向上傳到那個基站、上傳速率等都與基站距離(干擾和傳輸除外)有關。所以無線的優(yōu)化重點為前向鏈路和覆蓋的優(yōu)化?,F(xiàn)網(wǎng)中主要反映現(xiàn)網(wǎng)的問題有導頻污染、弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、路段C/I差等,根據(jù)實際的情況制定相應的網(wǎng)絡優(yōu)化方案。
4 結語
CDMA EVDO網(wǎng)絡優(yōu)化工作是一種持續(xù)性的工作,要不斷地對正在運行的網(wǎng)絡進行優(yōu)化。在網(wǎng)絡運行初期,由于用戶數(shù)較少,需要通過路測進行優(yōu)化,這種過程一般需要重復多次。隨著用戶數(shù)的增多,可以通過網(wǎng)絡維護中心記錄的數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡進行優(yōu)化。
參考文獻:
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關鍵詞:時分雙工-碼分多址,自適應調(diào)制編碼
一、 簡介
在過去幾年里,第三代無線通信已經(jīng)普及到世界各地。3G通信主要處理多媒體數(shù)據(jù),這就通常要求下行鏈路傳輸中的容量要比上行傳輸?shù)母?,例如,電影下載。對高速率數(shù)據(jù)通信,時分雙工-碼分多址(TDD-CDMA)是一項有前景的技術[1]。TDD系統(tǒng)主要能改變分配到下行鏈路和上行鏈路的時隙數(shù)目,從而更靈活的適應在業(yè)務通信量不平衡基礎上分配的DL/UL容量。這在頻分雙工系統(tǒng)是不容易實現(xiàn)的;一旦被分配好,下行鏈路和上行鏈路頻率便不能再分配。另一個使數(shù)據(jù)通信變得容易的技術是自適應調(diào)制編碼(AMC),在第二部分有所介紹。盡管AMC大部分假定在FDD系統(tǒng)這一點上,但它在TDD系統(tǒng)的使用是更加有效的,因為這兩項技術都是面向數(shù)據(jù)的。
由于有面向數(shù)據(jù)這一特性,TDD-CDMA在建設覆蓋網(wǎng)絡中有著有利條件。覆蓋網(wǎng)絡能補充性的覆蓋一些主要網(wǎng)絡覆蓋不到的區(qū)域,同時又能增加系統(tǒng)的吞吐量。在TDD-CDMA中,這些改善在沒有擴大系統(tǒng)帶寬的情況下就可以得到,因此每個網(wǎng)絡都分享相同頻帶。TDD系統(tǒng)其他一些主要優(yōu)點在[1]中有總結。
另一方面,如果TDD系統(tǒng)設置了獨立蜂窩時隙配置:一個交叉時隙問題(見第二部分),就可能引起臨近蜂窩間的強干擾,。在[2]中,一個有交叉時隙的TDD-CDMA系統(tǒng)的容量是使用雙蜂窩模型進行數(shù)學分析的。另有一些論文設想用多蜂窩模型和使用計算機仿真獲得系統(tǒng)性能。這些大都降低了通過監(jiān)控干擾電平,分割傳輸區(qū)域或使用自適應排列天線而造成的交叉時隙影響。在本論文中,我們不只避免了由于交叉時隙引起的強干擾,也建設性地利用它們增加TDD-CDMA覆蓋系統(tǒng)的下行鏈路吞吐量。
二、 背景簡述
(一)、交叉時隙
正如前部分所示,TDD系統(tǒng)可能由交叉時隙的問題構成。圖1說明了交叉時隙情況。在第三個時隙,左側蜂窩的基站成為右側接收基站的強干擾,右側的移動臺可能成為左側臨近移動臺的強干擾。特別的是,如果兩個基站有視距(LOS)信道,基站的干擾就會變得過大。
(二)、自適應調(diào)制編碼
我們在系統(tǒng)中考慮四個AMC電平,如表1所示。表中的數(shù)據(jù)速率每時隙計算一次,并與所有發(fā)散碼被使用的情況相對應。為了利于AMC的效應,使用[6]中的注水算法。
(三)、 系統(tǒng)描述
在這一部分,描述了包括所提出的時隙配置在內(nèi)的仿真系統(tǒng)的不同方面。
1、所提出的時隙配置
當AMC有利于平均使用者吞吐量的有效提高時,高的使用者吞吐量只在基站周圍區(qū)域受限。因此,蜂窩邊緣附加網(wǎng)絡的調(diào)配有效增加了網(wǎng)絡容量。我們指定附屬網(wǎng)絡為微區(qū)基站。注意到微區(qū)基站與基站在同一頻率運行,因此他們能獲得高效的頻帶使用,但是互相有干擾。
在均勻時隙配置中,12個下行鏈路被定位在前12個時隙中,四個上行鏈路被定位在余下的4個時隙中。在常規(guī)TDD系統(tǒng)中,覆蓋網(wǎng)絡的所有分層同時選擇均勻時隙分配,以避免交叉時隙情況。在本論文中,基站采取了均勻時隙分配。另一方面,提出的時隙分配指的是一個倒置時隙配置。在倒置時隙配置中,在一個TDD幀內(nèi)一組下行鏈路和一組上行鏈路的所有四隙位置進行交換(即,前四個時隙作為上行鏈路和的另12個時隙為下行鏈路)。微區(qū)基站采取倒置時隙配置。
2、系統(tǒng)布局
我們的分析使用七個六邊形蜂窩模型,包括在中心的一個蜂窩。移動臺統(tǒng)一分配在整個系統(tǒng)中(我們能仿真在基站和微區(qū)基站上通過操縱活化因子而引起的通信量不平衡的這一情況)。一個移動臺與一個基站或一個有最小傳播損耗的微區(qū)基站相連接。因為微區(qū)基站應該覆蓋住蜂窩邊緣傳播和受限的區(qū)域,微區(qū)基站的使用可能用于建造一條大街或一組建筑物。因此,在我們的模型中微區(qū)基站要考慮到天線方向性。
一個有三扇區(qū)的微區(qū)基站裝上了60°定向角的定向天線,只覆蓋蜂窩邊緣區(qū)域。每個微區(qū)基站不能直接干擾臨近基站,基站與臨近微區(qū)基站是隔離開的。這意味著微區(qū)基站的方向不只將覆蓋范圍集中在密集傳播區(qū)域,并且防止了與附近基站的強干擾。目前來說,微區(qū)基站的方向還不能指向臨近基站,它的位置或角度相比我們的研究情況可以有所變化。
一個基站通常安裝在大型建筑物的屋頂上,此時微區(qū)基站安裝在大型建筑物的墻上,或者在一個小或中等建筑物的屋頂上。因此,基站和微區(qū)基站彼此間有視距路徑的概率是很低的。 實際上,微區(qū)基站沒有考慮到迅速將使用范圍從一側移到另一側的使用者。這是因為那些使用者只預期留在微區(qū)基站覆蓋范圍一小段時間,因此可能引起大量切換。研究中,并沒有在上述的規(guī)則中考慮到移動臺的流動性。
假定基站和微區(qū)基站在每一TDD幀都有16個時隙。也同時假定所有的時隙在每對網(wǎng)絡中都是完全同步的?;竞臀^(qū)基站的可用擴展碼的數(shù)量是16個。相同的頻帶和相同的信道化編碼的設置在每個網(wǎng)絡都是可重復使用的,此時在每個網(wǎng)絡中不同的量化編瑪是信道化編瑪?shù)膸妆丁?/p>
3、所提方案的目標
所提的時隙配置的有利之處特別在于它與AMC的結合。對接收移動臺來說,來自于附近發(fā)送基站的一個干擾功率通常大于來自發(fā)送移動臺的干擾功率之和,這些移動臺由于傳播條件和可允許最大傳送功率的不同在相關的蜂窩內(nèi)部。這意味著被上行鏈路蜂窩環(huán)繞著的下行鏈路中的接收移動臺,通常相比被下行鏈路環(huán)繞的接收移動臺可以獲得更高的次序電平(即,更高的下行鏈路吞吐量)。當基站采取均勻時隙分配和微區(qū)基站采取倒置時隙分配時,這種下行鏈路吞吐量的提高是能實現(xiàn)的(即,所提方案)。本論文中,我們說的這種影響指的是在所提時隙配置和AMC之間的一種最佳協(xié)同作用。
正如前面小節(jié)所提及的,微區(qū)基站的方向顯著地減少了基站-微區(qū)基站交叉時隙強干擾的影響。本論文中,我們固定整個系統(tǒng)的一個TDD幀內(nèi)下行鏈路和上行鏈路數(shù)量的比值,因此基站-基站間和微區(qū)基站-微區(qū)基站間的干擾就不會發(fā)生了。
4、仿真參數(shù)
仿真參數(shù)在表3中有所概括。在上行鏈路,功率控制方案代替AMC使用。其他重要參數(shù)如表1和表2中所示。因為系統(tǒng)主要目的在于高速下行鏈路的接入上,所以我們將焦點集中在大文件的下載上(如,電影下載),因此,我們設DL/UL的比為12:4。
活化因子用來平衡基站和微區(qū)基站的使用。我們假定一個蜂窩中使用者的數(shù)量是60,基站活化因子為1.0。如果我們設基站和微區(qū)基站的活化因子都為1.0,微區(qū)基站平均使用者吞吐量變得是基站的10倍大(也就是,相同的應用在微區(qū)基站覆蓋范圍內(nèi)結止比在基站覆蓋范圍內(nèi)結止快10倍)。另外,微區(qū)基站正常情況下在密集傳播區(qū)調(diào)配,因此假定在該地方的業(yè)務量比正常地方大4倍。因此,當基站活化因子為1.0時,設定微區(qū)基站的活化因子為1.0*4/10=0.4。
在下行鏈路,所有的資源單元,即時隙和碼字都被充分使用,而不管支持移動臺的數(shù)量是多少。另一方面,在上行鏈路,每個TDD幀只有一個編碼時隙分配給各移動臺。如果任一時隙仍然被留下而未使用,時隙中的一個碼字就會分配給支持的使用者其中之一。
(四)、仿真結果
我們完成了用計算機仿真來研究網(wǎng)絡吞吐量和所提系統(tǒng)的使用者吞吐量。網(wǎng)絡吞吐量指出了在有用蜂窩(即,中心蜂窩)中所有的總體吞吐量。在圖例中,uni和rev分別代表在微區(qū)基站中均勻時隙配置和倒置時隙配置的情況(基站采取均勻時隙配置)。我們同樣仿真了這種情況,所有的微區(qū)基站都裝了無向天線代替定向天線。在圖例中,direc和omni分別代表微區(qū)基站帶定向天線的系統(tǒng)和帶無向天線的系統(tǒng)。
基站中的網(wǎng)絡吞吐量同樣不考慮時隙配置方案和天線方向的選擇。然而帶定向天線的倒置時隙配置顯示了微區(qū)基站中最高的吞吐量,比帶定向天線的均勻時隙配置近似大1.8倍,比帶無向天線的倒置時隙配置大2.5倍,比帶無向天線的統(tǒng)均勻時隙配置大5倍。這種傾向也是DL使用者吞吐量的情況:對帶定向天線的倒置時隙配置來說在微區(qū)基站有最大的使用者吞吐量。
微區(qū)基站中使用者吞吐量比基站中的更大的原因是,由于方程1和方程2傳播條件的不同,大部分使用者被分配給基站而不是微區(qū)基站。因此,由于被支持使用者的數(shù)量較小,一幀內(nèi)的大部分時隙和碼字被分配給微區(qū)基站的單個使用者。在微區(qū)基站,與均勻時隙配置相比,倒置時隙配置可獲得更大的網(wǎng)絡和使用者吞吐量,這可以通過前邊所提到的在所提時隙配置和AMC之間的最佳協(xié)同作用實現(xiàn)。
UL網(wǎng)絡和使用者吞吐量隨著基站和微區(qū)基站間的LOS比例增加而減小,這時微區(qū)基站采取倒置時隙配置。另一方面,當微區(qū)基站采取統(tǒng)均勻時隙配置時,吞吐量隨著LOS比例的變化是一個常量,因為基站-微區(qū)基站間的干擾不再發(fā)生。當看到微區(qū)基站上用定向天線時一般吞吐量衰退時,吞吐量隨著LOS比例增加而迅速下降,此時微區(qū)基站裝了無向天線。這是因為一個基站和6個環(huán)繞其的微區(qū)基站直接產(chǎn)生干擾,當微區(qū)基站安裝了定向天線時,由于定向性這類干擾大大減輕。注意到基站-基站和微區(qū)基站-微區(qū)基站干擾不會發(fā)生,因為在兩個基站或微區(qū)基站間是對稱時隙配置。
高建筑物隔離了基站和微區(qū)基站間的視距路徑。此外,通過定向和無向天線這兩鐘情況的對比,微區(qū)基站的方向在阻止UL吞吐量大量衰減方面有重要作用。為了減輕UL吞吐量的降低,應該采取未在研究中考慮到的另一種動態(tài)信道。
三、結論
本論文中,為了高速的下行鏈路接入,我們提出了一個在TDD-CDMA覆蓋網(wǎng)絡上的新的時隙配置方案。在我們提出的時隙配置中,微區(qū)基站采取反倒置時隙配置,基站采取均勻時隙配置。另外,微區(qū)基站裝上了定向天線以減輕基站-微區(qū)基站的強干擾,AMC用來獲得在所提時隙配置和AMC間的最佳協(xié)同作用。在計算機仿真結果中,我們看到在所提時隙配置下的DL網(wǎng)絡和使用者吞吐量大大超過傳統(tǒng)系統(tǒng)。然而,在所提時隙配置隨基站和微區(qū)基站出現(xiàn)LOS的概率逐漸變大時,UL網(wǎng)絡和使用者吞吐量在減小。這說明了所提系統(tǒng)在城市地區(qū)是更合適的,因為這里有高建筑物隔絕了基站和微區(qū)基站的視距路徑。
參考文獻
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【論文關鍵詞】戰(zhàn)略管理資本運作企業(yè)文化治理結構
【論文摘要】經(jīng)過20多年的發(fā)展,中興和華為等中國電信設備制造企業(yè)通過不懈的努力,已經(jīng)在很多重要技術領域取得重大突破。中國的電信設備制造企業(yè)在成功地實現(xiàn)了從優(yōu)秀企業(yè)到卓越企業(yè)的跨越之后,下一個關鍵的挑戰(zhàn)是如何使企業(yè)基業(yè)常青。本文認為,要想獲得長久的發(fā)展,中國的電信設備制造企業(yè)必須進一步加強技術實力、市場運營能力和資本運營能力。
華為在20年前還是作坊式的小企業(yè),如今銷售額達到160億美元;中興通訊由一間300萬元成立的小公司成長為年收入510億元人民幣的大型企業(yè)。為什么這兩個曾經(jīng)不起眼的企業(yè)卻創(chuàng)造了驚人的業(yè)績?如何能使這些初步獲得成功的企業(yè)基業(yè)常青?本文對此進行了分析和探討。
一、中國通訊設備制造企業(yè)成功的因素分析
1、華為技術。(1)清晰的戰(zhàn)略定位。從華為公司的發(fā)展歷程可以看出,華為多年來一直堅持專業(yè)化戰(zhàn)略,在產(chǎn)品開發(fā)上一直實施業(yè)內(nèi)聞名的“壓強戰(zhàn)略”,在決定成功的關鍵技術上“以超過主要競爭對手的強度配置資源,要么不做,要做就極大地集中人力、物力和財力,實現(xiàn)重點突破”。20多年的發(fā)展中,“壓強戰(zhàn)略”始終貫穿于華為的研發(fā)、營銷和企業(yè)文化建設等多各環(huán)節(jié),這種清晰的專業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略定位讓華為心無旁鶩地致力于基礎通訊設備的研發(fā),最終被思科列為未來最具競爭力的對手。
(2)強大的技術研發(fā)能力。中國沒有哪一家通信企業(yè)能像華為這樣每年都拿出超過銷售額10%的資金用于專門的產(chǎn)品研發(fā),對一個前途未卜的3G持續(xù)投資上百億美元進行開發(fā)。華為這個在中國土生土長的民營企業(yè)在NGN網(wǎng)絡的研發(fā)上達到世界領先水平,順利實現(xiàn)由中低端路由器向高端路由器的轉換,最終擁有和國際通訊巨頭同場競技的實力。
(3)強勢企業(yè)文化。華為公司奉行的是“狼性文化”,狼的三大特性:敏銳的嗅覺;不屈不撓、奮不顧身的進攻精神;群體奮斗?!袄切晕幕钡闹饕憩F(xiàn)是:華為在產(chǎn)品研發(fā)上大手筆投入,為開發(fā)產(chǎn)品而不計成本;為了企業(yè)持續(xù)發(fā)展,積極進行像狼一樣的市場攻伐。《華為基本法》第一條就寫道:“通過無依賴的市場壓力傳遞,使內(nèi)部機制永遠處于激活狀態(tài)”。狼性文化促使華為始終為了自身的進步不停奮斗著。
(4)強大的市場營銷能力。華為的營銷戰(zhàn)在業(yè)界歷來以快、狠、準著稱,不管是在創(chuàng)業(yè)初期推行的“農(nóng)村包圍城市”還是在發(fā)展過程中令對手嘆為觀止的客戶關系經(jīng)營,華為的目標只有一個:拿到訂單,占領市場。作為公認的“營銷帝國”,華為總能采用最有效的營銷模式快速占領市場。
2、中興通訊。(1)明確的戰(zhàn)略定位。與華為的專業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略不同,中興一貫將自己的戰(zhàn)略定位在多元化、差異化上。20多年來中興通訊一向采取低成本穩(wěn)定發(fā)展戰(zhàn)略,至今成為惟一擁有全套自主開發(fā)、自主品牌基站及交換系統(tǒng)的中國廠商。在研發(fā)與營銷投入上,中興并不像華為那么大手筆,中興租用的辦公樓都是不顯眼的辦公樓。
(2)市場導向,而非產(chǎn)品導向。2003年中興的銷售額曾歷史性地超過了華為。中興超越華為主要在CDMA和小靈通兩個產(chǎn)品上,表面上這只是兩個產(chǎn)品的問題,但實際卻是戰(zhàn)略的問題。中國聯(lián)通最開始選擇IS-95A增強型CDMA技術而放棄CDMA1X這種更為先進的技術,其重要原因是建設經(jīng)營CDMA網(wǎng)絡的國家大都采用IS-95A技術。中興認準中國必然會采用成熟的技術而非最先進的技術才能保證網(wǎng)絡的安全可靠。
中興通訊開發(fā)小靈通產(chǎn)品可說是運用了“藍海戰(zhàn)略”。雖然小靈通被認為是被淘汰的技術,但中興通訊還是決定專門從事小靈通產(chǎn)品的設計和研發(fā)。在中興看來,中國農(nóng)村面積廣闊,固定電話需求較少,用戶分布零散,但仍然需要鋪設大量的線路,纜線維護成本較高,小靈通通信可以解決有線通信實施過程中的難題。事實證明中興通訊公司的決策是正確的,小靈通為中興創(chuàng)造了豐厚的利潤。
(3)“中庸之道”的企業(yè)文化。從中興的發(fā)展歷程可以看出,中興一直采取穩(wěn)中求進、低成本開發(fā)的戰(zhàn)略,這與中興的“中庸文化”有著密切關系。首先,中興能夠把握國內(nèi)市場的每一個熱點。從GSM、CDMA到小靈通以及到現(xiàn)在的TD-SCDMA,中興幾乎能夠把握每一個國內(nèi)市場的熱點。如在手機終端產(chǎn)品呈爆發(fā)性增長的2002年,中興通訊也沒被落下。中興通訊是國內(nèi)唯一提供GSM、CDMA和PHS三大系列產(chǎn)品的手機生產(chǎn)企業(yè),在CDMA、PHS手機上獲利豐厚。其次,中興擁有齊全的產(chǎn)品線。據(jù)說中興擁有世界上最齊全的產(chǎn)品線,“不將雞蛋都放在一個籃子里”是中興始終堅持的做法。
二、中國電信設備制造企業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的問題分析
1、性價比優(yōu)勢喪失。華為、中興在海外市場的成功,很大程度上歸于利用國內(nèi)的人力成本優(yōu)勢,向電信市場提供更具性價比的電信解決方案,挑戰(zhàn)成本極限。據(jù)統(tǒng)計,歐洲企業(yè)研發(fā)人員的年均工作時間只有1300—1400小時,而華為研發(fā)人員的年均工作時間卻達到了2750小時,是歐洲同行的兩倍。與此同時,華為研發(fā)的人均費用只有2.5萬美元/年,而歐洲企業(yè)研發(fā)的人均費用大約為12—15萬美元/年,是華為的6倍。正是依靠不計多干、苦干,華為在產(chǎn)品響應速度和客戶服務方面反應較快,研發(fā)投入產(chǎn)出比接近大多數(shù)西方公司的10倍,這就是華為低成本的核心所在。
電信設備企業(yè)的幾次大兼并,愛立信兼并馬可尼、阿爾卡特與朗訊合并、諾基亞與西門子合并,除了增強產(chǎn)品線和擴大市場覆蓋范圍的考慮以外,最大的希望還是節(jié)省成本。當華為還在奮力追趕北電、朗訊等二流電信設備商時,全球的電信設備市場只剩下愛立信、阿爾卡特—朗訊、諾基亞—西門子、思科和摩托羅拉等五大玩家,華為以前產(chǎn)品的性價比優(yōu)勢逐步消失,而完成整合的巨頭們下一步的目標則必然會對準華為。2、缺乏市場應變的戰(zhàn)略管理能力。國際電信巨頭在短時間內(nèi)完成合并使我們看到了他們優(yōu)秀的戰(zhàn)略管理和實施的能力。這種能力體現(xiàn)在對市場的清晰和完整的認識,對行業(yè)發(fā)展趨勢的有效把握,對市場挑戰(zhàn)和威脅的及時預警,對企業(yè)自身定位和戰(zhàn)略的理性的思考。
中國企業(yè)剛剛進入國際化競爭,在靈敏度和企業(yè)戰(zhàn)略應變上還需要加強。雖然華為也曾與馬可尼談判過收購,也曾同西門子商量過兼并,但是都沒有成功。由于中國企業(yè)應對變化的戰(zhàn)略不夠明確和肯定,在落實的細節(jié)上過多地糾纏、猶豫不定,并且缺少跨國并購經(jīng)驗的經(jīng)驗,導致了落實行動的遲緩。
3、技術研發(fā)能力不足。由于外國企業(yè)申請的專利太多,目前在許多領域已經(jīng)形成了堅實的技術壁壘,如當前移動通信領域大部分專利仍掌握在日、美、韓等國手中,而且這些國家都擁有移動通信領域的世界級企業(yè),如三星、松下、愛立信、日本電氣、高通等,專利的申請人也多是這些企業(yè)?,F(xiàn)在由中國提交并被采納為國際標準的數(shù)量較少,領域狹窄。在20世紀90年代以前,國外的大制造企業(yè)的科研投入一般為年銷售額的4%左右,進入90年代后這種投入明顯加大,為10%左右。近年為了研究和開發(fā)3G移動技術和其他新技術,國外有的大公司對移動通信的科技投入提升到16%。就科研投入的比例而言,中國一些大的通信設備制造商的科研投入比例也相當大,但由于中國通信設備制造商的生產(chǎn)規(guī)模無法與國外大型制造商相比,所以從絕對值看,目前國內(nèi)通信設備制造商的科研投入仍然很少,與國外存在較大的差距??萍纪度氲蛯е铝酥袊ㄐ胖圃炱髽I(yè)自主開發(fā)創(chuàng)新能力的薄弱,
三、結論
經(jīng)過20多年的發(fā)展,中興和華為這樣的中國電信設備制造企業(yè)通過自己不懈的努力,已經(jīng)在很多重要技術領域取得重大突破,但在規(guī)模、技術、品牌等方面與跨國企業(yè)的差距依然很大。中國的電信設備制造企業(yè)在成功地實現(xiàn)了優(yōu)秀到卓越的跨越之后,下一個關鍵的挑戰(zhàn)是如何使企業(yè)能基業(yè)常青。中國的電信設備制造企業(yè)必須進一步加強技術實力、市場運營能力和資本運營能力,這樣才能在激烈的國際市場競爭中保證企業(yè)的長久生存和發(fā)展。
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關鍵詞:TDD/CDMA;動態(tài)信道分配;智能天線;時隙
中圖分類號:TP393文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2008)36-2591-03
Investigation of Dynamic Channel Allocation Technology in TDD/CDMA Systems
JIANG Lun, HUI Xiao-wei,WU Hong-rui
(Electronics and Information Engineering Department, Liaoning Technical University Liaoning, Huludao 125105,China)
Abstract: In this paper, we systematic discuss the dynamic channel assignment algorithms base on the TD-SCDMA system radio resource management strategy. We first summarize and compare the exiting dynamic channel assignment methods in TDD-CDMA system. Base on the TD-SCDMA system, the slow DCA algorithm, fast DCA algorithm and space distributing DCA algorithm are proposed,and their features and applicabilities are respectivelv illuminated. In this paper, the problem of how to improve the channel usability of TDD CDMA system is discussed.
Key words: TDD/CDMA; dynamic channel allocation;smart antenna;time slot
1 引言
目前,TD-SCDMA己經(jīng)成為國際電聯(lián)(ITU)采納的第三代移動通信三個標準之一。TD-SCDMA系統(tǒng)是基于同步碼分多址技術(SCDMA },使用時分雙工(TDD)方式的未來通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了聯(lián)合檢測、智能天線、上行同步、接力切換、動態(tài)信道分配等技術。
其中動態(tài)信道分配是TDD/CDMA系統(tǒng)中重要的研究領域之一。TD-SCDMA系統(tǒng)中的任何一條物理信道都是通過它的載頻/時隙/擴頻碼的組合來標記的,采用動態(tài)分配信道(DCA)的方式將信道資源分配給用戶。在DCA技術中,信道并不是固定地分給某個小區(qū),而是被集中在一起進行分配。只要能提供足夠的鏈路質量,任何小區(qū)都可以將空閑信道分給呼叫。在實際運行中,無線網(wǎng)絡控制器(RNC)集中管理一些小區(qū)的可用資源,根據(jù)各個小區(qū)的網(wǎng)絡性能參數(shù)、系統(tǒng)負荷情況和業(yè)務的QoS參數(shù),動態(tài)地將信道分配給用戶。因此,要充分發(fā)揮TDD技術的優(yōu)勢,關鍵在于其信道分配算法的有效性。
2 動態(tài)信道分配技術全過程
TD-SCDMA中的DCA可分為兩個實施階段,一個階段是慢速DCA,指對小區(qū)的資源分配,包括對不同小區(qū)的時隙分配以及在上/下行之間的時隙分配和預先為各小區(qū)按照時隙優(yōu)先級排列的時隙優(yōu)先級列表。另一個階段是快速DCA,快速DCA算法就是將時隙、擴頻碼、頻率這些信道資源分配給具體不同業(yè)務呼叫的用戶,并根據(jù)系統(tǒng)對已分配的信道資源進行調(diào)整或重新分配。整個動態(tài)信道分配過程見圖1。
慢速DCA主要根據(jù)小區(qū)內(nèi)業(yè)務不對稱性的變化,動態(tài)地劃分上下行時隙,使上下行時隙的比例和上下行業(yè)務負載的比例關系相匹配,以獲得最佳的頻譜效率。TD-SCDMA系統(tǒng)可以靈活地劃分上下行時隙,從而提升系統(tǒng)容量,但是交叉時隙干擾較大時(即一個小區(qū)處于上行同時鄰近小區(qū)處于下行傳輸?shù)臅r隙),會導致系統(tǒng)容量損失。這就需要綜合考慮業(yè)務量之比動態(tài)分配各個小區(qū)上下行的資源,產(chǎn)生最小呼損率,又要使系統(tǒng)的容量最大化。
圖1 TD-SCDMA系統(tǒng)動態(tài)信道分配實現(xiàn)全過程
信道優(yōu)先級排隊算法是為接入控制算法做準備的,一般根據(jù)各時隙的干擾水平的不同來設置各時隙的優(yōu)先級,當新呼叫到來時,通過查找時隙的優(yōu)先級列表(上下行分開),按優(yōu)先級從高到低的時隙順序開始接入系統(tǒng)。
信道選擇即為承載業(yè)務選擇頻率/時隙和碼道。當用戶終端申請一項業(yè)務或者需要進行切換時用戶根據(jù)小區(qū)選定頻率,然后根據(jù)信道優(yōu)先級排隊算法找到優(yōu)先級最高的時隙,如果時隙的空余資源滿足呼叫業(yè)務的資源要求,且通過了接納控制過程,則接入此時隙;如果此時隙不滿足資源要求,剛檢測優(yōu)先級次之的時隙;如果所有的時隙均不滿足時,則觸發(fā)資源整合過程。當頻率、時隙都確定好后,就調(diào)用碼分配算法進行擴頻碼的選擇,擴頻碼的選擇還要綜合考慮擴頻碼的利用效率和本時隙已用擴頻碼之間的相關性,對于同頻組網(wǎng)的系統(tǒng)還要考慮與相鄰小區(qū)的同時隙上所用擴頻碼的相關性。
信道調(diào)整過程是指RNC根據(jù)承載業(yè)務的要求、終端的移動和干擾的變化等因素,在鏈路質量惡化、系統(tǒng)負荷過大,不滿足用戶業(yè)務服務質量的情況下,觸發(fā)DCA算法執(zhí)行信道調(diào)整過程,調(diào)整用戶占用的時隙和碼道,以均衡負荷、避免強干擾的出現(xiàn)、維持鏈路質量、減少掉話率,從而保證服務質量。
資源整合過程通過信道調(diào)整或壓縮低優(yōu)先級業(yè)務占用的信道等于段把可用的資源單元(RU)盡量集中在一個時隙,目的是提高系統(tǒng)的資源利用率、業(yè)務(尤其是高速率業(yè)務)接入成功率和切換成功率。
3動態(tài)信道分配技術研究現(xiàn)狀
當前對TD-SCDMA系統(tǒng)中的DCA的算法多種多樣,但多數(shù)算法都是圍繞著以下幾個研究關鍵問題進行:支持上下行不對稱的多種業(yè)務;小區(qū)上/下行時隙比例的確定;合適地分配時隙,提高時隙的利用率;盡量地降低各種干擾,提高系統(tǒng)容量。為了解決以上問題,TD-SCDMA系統(tǒng)采用了包括慢速信道分配算法、快速信道分配算法以及考慮空間分布信息的信道分配方案三種分配方式。但每種方法都只是一種所謂的理想信道分配方案,只存在某種特定環(huán)境下,滿足某種要求的最優(yōu)信道分配方案。
3.1基于慢速DCA分配方式
慢速DCA主要的目的是根據(jù)業(yè)務量之比,提高系統(tǒng)容量利用率,降低交叉時隙干擾。一種方法是采用小區(qū)簇分配方法避免交叉時隙干擾[1],每一簇推選一個業(yè)務量最高的小區(qū)為“熱點小區(qū)”,熱點小區(qū)根據(jù)自身的業(yè)務狀況調(diào)整上/下行比例,整個簇采用和熱點小區(qū)相同的上/下行比例分配。即使存在交叉時隙干擾,那么也發(fā)生在話務量較小的邊緣小區(qū),不會太大的影響系統(tǒng)性能。文獻[1]仿真表明小區(qū)簇個數(shù)為7,系統(tǒng)仿真性能最佳。另一種方式所有小區(qū)上/下行時隙分配都不同的DCA[2]。每個小區(qū)都可以根據(jù)自身的業(yè)務情況來改變上/下行時隙的分配比例,使單小區(qū)的性能理論上可能達到最大。這種方法明顯優(yōu)于前面相同上/下行時隙分配的方案,但是由于引入了交叉時隙的干擾,系統(tǒng)的總容量達不到最佳。
文獻[3]結合了熱點小區(qū)方案和非熱點小區(qū)方案各自的優(yōu)點,充分考慮了交叉時隙干擾和系統(tǒng)單向時隙資源受限問題,找到了一個非熱點小區(qū)是否服從熱點小區(qū)時隙比例分配的不等式條件?;诖藯l件,提出了一種改進的熱點小區(qū)慢速DCA方案,在滿足不等式條件時采用熱點小區(qū)方案,如果不滿足不等式,采用無熱點小區(qū)方案。由此,可以保證在任何業(yè)務場景的情況下都可以得到較高的系統(tǒng)資源利用率。
3.2基于快速DCA分配方式
對于快速DCA,主要的方法有時隙優(yōu)先權法[4],可變邊界法[5]等。時隙優(yōu)先權法是按照各時隙干擾值的大小進行優(yōu)先級排序,按照業(yè)務要求分配資源,并且優(yōu)先級列表應能夠連續(xù)地進行更新。但由于3G網(wǎng)絡支持的各種業(yè)務有不同的QoS要求,僅僅依靠時隙所受干擾大小還不能夠很好地反映時隙所能提供的通信質量。一個改進方案是按時隙內(nèi)承載的不同業(yè)務的QoS要求,計算時隙內(nèi)所能容忍的干擾極限,把這個干擾極限稱作干擾容量,減去時隙現(xiàn)在所受的干擾得到剩余干擾容量,按照剩余干擾容量的大小為時隙賦不同的優(yōu)先權,按優(yōu)先權的大小對時隙進行排隊。此種方案能更準確的提供通信鏈路質量。
圖2 小區(qū)間的交叉時隙干擾
移動邊界策略和資源預留策略是在混合業(yè)務固定資源分配的算法之上,動態(tài)的調(diào)整用于語音業(yè)務和用于數(shù)據(jù)業(yè)務的資源單元數(shù)在傳輸過程中,如果語音業(yè)務信道有空閑而數(shù)據(jù)業(yè)務信道滿負荷時,將語音信道借用給數(shù)據(jù)信道,在新的語音業(yè)務到達時還給語音業(yè)務,從而提高資源利用率,改善系統(tǒng)性能。另外,在不同業(yè)務資源分配時,考慮用戶所占用的資源如果在一個時隙下能夠得到滿足盡量不占用多時隙資源的原則,需要為具有高優(yōu)先級的業(yè)務預留資源。分配碼資源也采用預留的方法,而不把某時隙下的資源全預分配給相同業(yè)務。從而更靈活的分配系統(tǒng)資源,提高資源利用率。
3.3 考慮空間分布信息的信道分配算法
TD-SCDMA是基于智能天線技術而設計的,對智能天線技術與信道分配算法結合的研究是TD-SCDMA系統(tǒng)的特色,也是我們將來研究的重點。采用智能天線進行波束賦形后,只有來自主瓣和較大旁瓣方向的干擾才會對用戶產(chǎn)生干擾,因此信道可以進行復用。
文獻[6]中介紹了一種基于均勻空間分布的快速DCA算法,改進了傳統(tǒng)DCA方法,它不但要考慮干擾的大小,還要考慮同時隙中用戶空間分布的情況。DCA在進行信道分配時,能夠盡量地把相同方向上的用戶分散到不同的時隙中,使得在一個時隙內(nèi)的用戶分布在不同的方向上,這樣可以充分智能天線的空分功效,使多址干擾降到最小。具體算法是首先通過干擾測量,動態(tài)的確立幾個具有相同或相似干擾強度的時隙,然后將這幾個時隙按方位角劃分,如果對4個時隙進行劃分,當有新用戶提出信道需求時,首先測量用戶方位,然后按照時隙的方位劃分分配相應的時隙信道。例如,4個時隙有32個用戶接入,如果系統(tǒng)不采用這種DCA方法,用戶隨機接入,同一時隙碼分用戶的分布也是隨機的;采用這種DCA方法后,同時隙用戶的空間分布將得到明顯改善。此種改進方法,無論實際組網(wǎng)還是仿真驗證,系統(tǒng)鏈路性能都有一定的改善
另外,基于智能天線的交叉時隙分配法可以提高信道資源利用率。文獻[7]中基于小區(qū)分區(qū)的慢速DCA方案利用智能天線的定位作用,將小區(qū)分為內(nèi)小區(qū)和外小區(qū)兩層區(qū)域,只將交叉時隙分配給靠近基站的內(nèi)小區(qū)用戶,外小區(qū)的業(yè)務將不再受交叉時隙的干擾,從而減小系統(tǒng)中的交叉時隙干擾,提高系統(tǒng)容量。根據(jù)傳播損耗和交叉時隙占總時隙比例分區(qū)的方法,禰補了由BS-BS,MS-MS交叉時隙干擾所帶來的時隙資源損失。但相對于BS-BS,MS-MS交叉時隙干擾發(fā)生概率?。ㄖ挥性跇I(yè)務量大,小區(qū)業(yè)務差別較大時發(fā)生),傳播損耗大,移動臺發(fā)射功率小等原因,MS-MS交叉時隙干擾容易克服;而基站發(fā)射功率大,基站間的無線傳播環(huán)境較好,路徑損耗指數(shù)較小,那么需要設置的隔離距離達到幾十公里,才能保證基
站間干擾在可接受的范圍內(nèi),這顯然是不實際的。文獻[8]利用智能天線特點,可以巧妙地解決相鄰基站間干擾過大的問題,通過合理設置具有基站間干擾的兩個小區(qū)的時隙優(yōu)先級,避免把交叉時隙分配給處于兩基站連線附近的移動臺。
4 結束語
總之,TD-SCDMA系統(tǒng)的動態(tài)信道分配以及整個無線資源管理的算法研究是第三代移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術。目前提出的任何一種解決方案總是不同矛盾折中的結果,在實際的組網(wǎng)中到底采用何種方案才是合理、可行,要根據(jù)具體的情況而定。而且現(xiàn)在關于TDD模式的無線資源管理的研究相對于FDD模式來說還很少,要給出TDD模式下無線資源管理算法完備的解決方案,還需要不斷深入研究,另外如何在優(yōu)化分配方案的是同時,提高算法的執(zhí)行效率,還是進一步研究的主要課題。隨著3G移動通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展,TD-SCDMA標準的發(fā)牌和商用,無線資源管理必將獲得更廣泛的關注和更深入的發(fā)展。
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論文摘 要:隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通訊技術的發(fā)展,人們與信息網(wǎng)絡已經(jīng)密不可分。當今無線通訊在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,低功耗、微型化是用戶對當前無線通訊產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強烈追求,作為無線通訊技術一個重要分支的短距離無線通訊技術正逐漸引起越來越廣泛的關注。本文通過Bluetooth和UWB的技術對比及多角度的分析,證實了藍牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術的可能。
前言
目前,我國大型石化企業(yè)在廠內(nèi)的通訊方式,一般仍然采用傳統(tǒng)的有線傳輸方式,即依靠有線通訊電纜來傳輸信號,配合以傳統(tǒng)的程控交換機和防爆電話,防爆揚聲器等等設備終端來實現(xiàn)在防爆區(qū)與非防爆區(qū)之間的通訊。這樣的通訊系統(tǒng)龐大,線纜眾多不易于人員維護,加之廠區(qū)內(nèi)部腐蝕性氣體,工作環(huán)境,自然環(huán)境等經(jīng)年累月極容易造成設備的線纜損壞,影響通訊,由于是有線電纜連接在事故發(fā)生時更加容易遭受破壞。一旦通訊中斷,對企業(yè)的事故救援,員工的人身安全,都造成巨大的損失。所以要大力發(fā)展無線通訊網(wǎng)絡在企業(yè)的應用。 1、無線通訊技術的重要作用
石化工廠廠區(qū)面積大,人員分布散,防爆區(qū)內(nèi)移動作業(yè)人員和零散作業(yè)人員眾多。無線通訊系統(tǒng)對滿足人員通訊需要,加強防爆區(qū)內(nèi)分布人員的動態(tài)管理,優(yōu)化廠區(qū)網(wǎng)路結構,實現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn),調(diào)度指揮的有線,無線互聯(lián)互通,相互結合的信息傳遞,保證企業(yè)安全高效的生產(chǎn)具有十分重大的現(xiàn)實意義。
2、常用的無線通訊技術分析
目前廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術等。 2.1 數(shù)字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境,能夠提供標準RS-232接口,可直接與計算機、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接,實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200~19.2Kbit,傳輸距離20~50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數(shù)傳電臺技術比較成熟,標準統(tǒng)一。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟,相應的設備價格的降低,使得在很多應用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時,數(shù)傳電臺的相關技術也在不斷發(fā)展,智能化、網(wǎng)絡化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。
2.2 擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術。擴頻微波最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力,以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等,同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點,特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術相結合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線(微波)進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉發(fā)設備,可用于固定數(shù)字設備與其他固定數(shù)字設備之間的遠距離(可達50km)、高速(可達百Mbps)無線組網(wǎng)。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務。
3、短距離無線通訊技術簡介
“藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通訊技術標準,也是目前國際上最新的一種公開的無線通訊技術規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi),通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡互聯(lián),使得近距離內(nèi)各種通訊設備能夠實現(xiàn)無縫資源共享,也可以實現(xiàn)在各種數(shù)字設備之間的語音和數(shù)據(jù)通訊。由于藍牙技術可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中,因此特別適用于小型的移動通訊設備,使設備去掉了連接電纜的不便,通過無線建立通訊。 藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎,采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進技術,為固定與移動設備通訊環(huán)境建立一個特別連接。作為一個新興技術,藍牙技術的應用還存在許多問題和不足之處,如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問,藍牙技術已成為近年應用最快的無線通訊技術,它必將在不久的將來滲透到生活的各個方面。
4、超寬帶(UWB)技術研究
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術起源于20世紀50年代末,此前主要作為軍事技術在雷達等通訊設備中使用。隨著無線通訊的飛速發(fā)展,人們對高速無線通訊提出了更高的要求,超寬帶技術又被重新提出,并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通訊方案。與常見的使用連續(xù)載波通訊方式不同,UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息,通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz,因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通訊的同時,UWB設備的發(fā)射功率卻很小,僅僅是現(xiàn)有設備的幾百分之一,對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲,因此從理論上講,UWB可以與現(xiàn)有無線電設備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通訊方式,它有望在無線通訊領域得到廣泛的應用。UWB的特點如下:
4.1 抗干擾性能強:UWB采用跳時擴頻信號,系統(tǒng)具有較大的處理增益,在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設備產(chǎn)生的噪聲。 4.2 傳輸速率高:UWB的數(shù)據(jù)速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s,有望高于藍牙100倍。 4.3 帶寬極寬:UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大,并且可以和目前的窄帶通訊系統(tǒng)同時工作而互不干擾。 4.4 消耗電能少:通常情況下,無線通訊系統(tǒng)在通訊時需要連續(xù)發(fā)射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能少。 4.5 保密性好:UWB保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是采用跳時擴頻,接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)的接收機無法接收。 4.6 發(fā)送功率非常?。篣WB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小,通訊設備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通訊。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間。 4.7 成本低,適合于便攜型使用:由于UWB技術使用基帶傳輸,無需進行射頻調(diào)制和解調(diào),所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉換器及本地振蕩器等復雜元件,系統(tǒng)結構簡化,成本大大降低,同時更容易集成到CMOS電路中。
5、結束語
總之,無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行,成本低,可以根據(jù)現(xiàn)場需求及時調(diào)整項目方案,靈活性好,系統(tǒng)的功能擴展方便,因此特別適合石化行業(yè)對通信鏈路的要求。
參考文獻
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論文摘要:21世紀移動通信技術和市場飛速發(fā)展,在新技術和市場需求的共同作用下,未來移動通信技術將呈現(xiàn)以下幾大趨勢:網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化,移動互聯(lián)網(wǎng)逐步形成;網(wǎng)絡技術數(shù)字化、寬帶化;網(wǎng)絡設備智能化、小型化;應用于更高的頻段,有效利用頻率;移動網(wǎng)絡的綜合化、全球化、個人化;各種網(wǎng)絡的融合;高速率、高質量、低費用。這正是第四代(4G)移動通信技術發(fā)展的方向和目標。
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。隨著電子技術的發(fā)展,特別是半導體、集
成電路和計算機技術的發(fā)展,移動通信得到了迅速的發(fā)展。隨著其應用領域的擴大和對性能要求的提高,促使移動通信在技術上和理論上向更高水平發(fā)展。20世紀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主要指蜂窩式模擬移動通信,技術特征是蜂窩網(wǎng)絡結構克服了大區(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,能提供高質量的視頻寬帶多媒體綜合業(yè)務,并能實現(xiàn)全球漫游?,F(xiàn)在用的大多是第二代技術,第三代技術還不太成功,但已有了第四代技術的設想。第四代移動通信系統(tǒng)(4G)標準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的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡,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。第四代移動通信標準比第三代標準擁有更多的功能。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)絡中提供無線服務,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。專家預估,第四代移動通信系統(tǒng)的速度可達到10-20Mbit/s,最高可以達到100Mbit/s。
(二)網(wǎng)絡頻譜更寬
要想使4G通信達到100Mbit/s的傳輸速度,通信運營商必須在3G通信網(wǎng)絡的基礎上對其進行大幅度的改造,以便使4G網(wǎng)絡在通信帶寬上比3G網(wǎng)絡的帶寬高出許多。據(jù)研究,每個4G信道將占有100MHz的頻譜,相當于W-CDMA3G網(wǎng)絡的20倍。
(三)多種業(yè)務的完整融合
個人通信、信息系統(tǒng)、廣播、娛樂等業(yè)務無縫連接為一個整體,滿足用戶的各種需求。4G應能集成不同模式的無線通信——從無線局域網(wǎng)和藍牙等室內(nèi)網(wǎng)絡、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準漫游到另一個標準。各種業(yè)務應用、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通信的終端設備的設計和操作具有智能化,更重要的是4G手機可以實現(xiàn)許多難以想象的功能。例如,4G手機將能根據(jù)環(huán)境、時間以及其他因素來適時提醒手機的主人。
(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)應當具備全球漫游、接口開放、能跟多種網(wǎng)絡互聯(lián)、終端多樣化以及能從2G、3G平穩(wěn)過渡等特點。
(六)實現(xiàn)更高質量的多媒體通信
4G通信提供的無線多媒體通信服務將包括語音、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,因此,相對其他技術來說,4G通信部署起來就容易、迅速得多。同時在建設4G通信網(wǎng)絡系統(tǒng)時,通信運營商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡的基礎設施之上,采用逐步引入的方法,這樣就能夠有效地降低運營成本。
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,在各種網(wǎng)絡系統(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。當多模式終端接入系統(tǒng)時,網(wǎng)絡會自適應分配頻帶、給出最優(yōu)化路由,以達到最佳通信效果。目前,4G移動通信的主要接入技術有: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)。隨著技術發(fā)展和市場需求變化,新的接入技術將不斷出現(xiàn)。
不同類型的接入技術針對不同業(yè)務而設計,因此,我們根據(jù)接入技術的適用領域、移動小區(qū)半徑和工作環(huán)境,對接入技術進行分層。
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,服務范圍覆蓋面積大。
蜂窩層:主要由2G、3G通信系統(tǒng)組成,服務范圍覆蓋面積較大。
熱點小區(qū)層:主要由WLAN網(wǎng)絡組成,服務范圍集中在校園、社區(qū)、會議中心等,移動通信能力很有限。
個人網(wǎng)絡層:主要應用于家庭、辦公室等場所,服務范圍覆蓋面積很小。移動通信能力有限,但可通過網(wǎng)絡接入系統(tǒng)連接其他網(wǎng)絡層。
固定網(wǎng)絡層:主要指雙絞線、同軸電纜、光纖組成的固定通信系統(tǒng)。
網(wǎng)絡接入系統(tǒng)在整個移動網(wǎng)絡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行技術革新和突破: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,提高信號處理算法、信號檢測和數(shù)據(jù)壓縮技術,并在頻譜共享和新型天線方面做進一步研究。為提高網(wǎng)絡性能,在接入系統(tǒng)的高層協(xié)議方面,研究網(wǎng)絡自我優(yōu)化和自動重構技術,動態(tài)頻譜分配和資源分配技術,網(wǎng)絡管理和不同接入系統(tǒng)間協(xié)作。提高和擴展IP技術在移動網(wǎng)絡中的應用;加強軟件無線電技術;優(yōu)化無線電傳輸技術,如支持實時和非實時業(yè)務、無縫連接和網(wǎng)絡安全。
四、4G移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術
(一)定位技術
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)中高速率和高質量的移動通信的前提和保障。
(二)切換技術
切換技術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和重要技術。它主要有軟切換和硬切換。在4G通信系統(tǒng)中,切換技術的適用范圍更為廣泛,并朝著軟切換和硬切換相結合的方向發(fā)展。
(三)軟件無線電技術
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,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。軟件無線電技術能夠將模擬信號的數(shù)字化過程盡可能地接近天線,即將A/D和D/A轉換器盡可能地靠近RF前端,利用DSP進行信道分離、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,應用軟件無線電技術,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有參數(shù)控制軟件無線電系統(tǒng)。
(四)智能天線技術
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,增強特殊范圍內(nèi)想要的信號,這種技術既能改善信號質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應成為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,確保接收機的高質量接收信號。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的組合將大大減少網(wǎng)絡基礎設施的部署,確保業(yè)務質量的改善。
(六)新的調(diào)制和信號傳輸技術
在高頻段進行高速移動通信,將面臨嚴重的選頻衰落(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,來有效抑制這種衰落。例如正交頻分復用技術(OFDM)、自適應均衡器等。另一方面,采用TPC、Rake擴頻接收、跳頻、FEC(如AQR和Turbo編碼)等技術,來獲取更好的信號能量噪聲比。
五、OFDM技術在4G中的應用
若以技術層面來看,第三代移動通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術,第四代移動通信系統(tǒng)技術則以正交頻分復用(OrthogonalFreqencyDivisionMultiplexer,OFDM)最受矚目,特別是有不少專家學者針對OFDM技術在移動通信技術上的應用,提出相關的理論基礎。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,而第四代移動通信系統(tǒng)則計劃以OFDM為核心技術,提供增值服務。
在時代交替之際,舊有系統(tǒng)之整合與升級是產(chǎn)業(yè)關心的話題,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技術相結合??梢灶A計,CDMA絕對不會在第四代移動通信系統(tǒng)中消失,而是成為其應用技術的一部份,或許未來也會有新的整合技術如OFDM/CDMA產(chǎn)生,前文所提到的數(shù)字音訊廣播,其實它真正運用的技術是OFDM/FDMA的整合技術,同樣是利用兩種技術的結合。因此未來以OFDM為核心技術的第四代移動通信系統(tǒng),也將會結合兩項技術的優(yōu)點,一部份將是以CDMA的延伸技術。
六、結束語
對于現(xiàn)在的人來說,未來的4G通信的確顯得很神秘,不少人都認為第四代無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)是人類有史以來最復雜的技術系統(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到100Mbit/s,但手機的速度將受到通信系統(tǒng)容量的限制。據(jù)有關行家分析,4G手機將很難達到其理論速度。
其次,4G的發(fā)展還將面臨極大的市場壓力。有專家預測,在10年以后,2G的多媒體服務將進入第三個發(fā)展階段,此時覆蓋全球的3G網(wǎng)絡已經(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,對于4G技術的接受還需要一個逐步過渡的過程。
因此,在建設4G通信網(wǎng)絡系統(tǒng)時,通信運營商們將考慮直接在3G通信網(wǎng)絡的基礎設施之上,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:
1、謝顯忠等.基于TDD的第四代移動通信技術[M].電子工業(yè)出版社,2005.
在構建通信及其相關專業(yè)的專業(yè)基礎實踐教學體系中,我們緊扣教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”和我校通信與信息類工程應用型人才的培養(yǎng)目標,根據(jù)不同專業(yè)、不同層次的教學要求,深化教學改革,既保留并規(guī)范了原有的基礎實驗項目,同時,將傳統(tǒng)實驗與現(xiàn)代信息技術相結合,增加設計性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容,開發(fā)了一系列與現(xiàn)代技術相適應的先進的高水平實驗項目[3-4],構建了“基礎型、應用型、綜合型、設計型、創(chuàng)新型”的分層次、循序漸進的實驗課程教學體系,相應設置了“基礎實驗”、“系統(tǒng)仿真實驗”、“應用型實驗”的實驗教學模塊,重新制定了課程教學大綱,進行了課程內(nèi)容的優(yōu)化與重組,編寫了多部實驗教材,形成了模塊化管理、軟硬結合、層次分明、結構完善的實驗課程體系,實驗內(nèi)容和實驗水平都有了飛躍式的發(fā)展。
1實踐教學體系的設計思想
在實踐教學體系的構建中,設計了分層漸進的體系結構,遵循“基礎知識的學習—能力培養(yǎng)—競賽強化”的實踐教學培養(yǎng)思路,即:首先是扎實的基礎知識的學習,在此基礎上強化能力的培養(yǎng),最后通過參加各種學科競賽提升學生的實踐動手和創(chuàng)新能力。針對基礎知識的學習,設計了基礎實驗模塊,有基于“通信原理綜合實驗箱”驗證性實驗、分別利用DSP、ARM和FPGA的設計性實驗,通過通信原理實驗箱讓學生驗證點對點通信系統(tǒng)中的基本的調(diào)制解調(diào)原理、編譯碼技術、系統(tǒng)性能分析等理論知識,并通過DSP、FPGA和ARM開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn);針對強化能力的培養(yǎng),設計了系統(tǒng)仿真實驗模塊,包括基于SystemView的通信系統(tǒng)仿真實驗[5]、雙語教學的基于Matlab的通信系統(tǒng)仿真實驗[6],通過軟件仿真平臺自行設計由簡單到復雜的通信系統(tǒng),明確各個具體模塊的實現(xiàn)方法以及相互之間的關聯(lián),從而真正了解整個通信系統(tǒng)的組成及工作原理,在應用型實驗模塊,包括軟件無線電實驗和CDMA移動通信系統(tǒng)實驗,軟件無線電系統(tǒng)中實現(xiàn)較為復雜的調(diào)制解調(diào)和編譯碼技術,在CDMA移動通信系統(tǒng)實驗中,可以接觸到實際系統(tǒng)的構造和工作過程,鍛煉動手能力;最后,選拔優(yōu)秀的學生,參加各種競賽,提高學生的科技創(chuàng)新能力。
在實踐教學體系的設計中,重點突出了以下幾點:
(1)各模塊之間既相互聯(lián)系,同時也自成體系,支撐相應的理論教學內(nèi)容,將基礎實驗與綜合性、設計性實驗相結合,將多媒體技術、虛擬技術、網(wǎng)絡技術等現(xiàn)代化教學方法與手段相結合,充分利用先進的、豐富多彩的實驗教學資源[7];
(2)在實驗項目設計中,結合指導學生電子設計競賽和自制儀器設備,將講授、討論、自主實驗、課內(nèi)外實驗相結合,開拓學生思路,培養(yǎng)創(chuàng)新精神;
(3)在課程架構設計中,各模塊循序漸進,從簡單到復雜、從基礎到綜合、從設計到創(chuàng)新,同時,兼顧和輻射其它的相關專業(yè),如非電類專業(yè)的學生建議選做基礎實驗模塊和系統(tǒng)仿真模塊中的驗證性實驗,電類非通信專業(yè)的學生建議選做基礎和系統(tǒng)仿真實驗模塊,通信類專業(yè)的學生3個模塊均可依次選做,外語程度好的學生可以選雙語教學“Matlab與通信仿真實驗”,也可作為開放實驗和研究生實驗項目。
(4)實驗內(nèi)容設計緊扣應用型人才培養(yǎng)目標,突出對學生工程實踐能力和業(yè)務能力的培養(yǎng)。
2實踐教學體系的目標
首先,通過構建的分層漸進的體系結構,幫助學生建立通信系統(tǒng)的整體概念;其次,通過驗證性、設計性和綜合性實驗幫助學生對通信系統(tǒng)上至整體架構下至具體模塊以及相應的關鍵技術建立全方位、多層面的認識,對培養(yǎng)學生的工程實踐能力和業(yè)務能力起到積極的促進作用[8];最后,培養(yǎng)學生綜合運用通信基礎知識和實驗技術的能力,以滿足培養(yǎng)通信與信息類高素質工程應用型人才的需要[9]。例如,在基礎實驗模塊中的第1個實驗就是借助通信原理綜合實驗系統(tǒng)實現(xiàn)兩部電話機之間的正常通話,讓學生對語音信號是如何在兩部話機間進行傳遞的?需要哪些模塊?如何連接這些模塊?需要哪些關鍵技術等有一個初步的直觀的認識;接下來通過后續(xù)的硬件驗證性實驗對具體的模塊(如HDB3模塊、PAM模塊等)再做進一步的測試,從而驗證最初的結論,幫助學生建立通信系統(tǒng)的整體架構和工作流程。在DSP和FPGA開發(fā)系統(tǒng)實驗中,學生可以通過設計通信系統(tǒng)中的核心功能模塊(如FIR濾波器、2FSK模塊等),并有選擇的搭建基本的通信系統(tǒng),將理論知識與實踐能力有機的結合起來。在系統(tǒng)仿真中,學生可以借助SystemView軟件仿真平臺自行設計通信系統(tǒng)(如FM系統(tǒng)、PSK系統(tǒng)等),或者借助Matlab軟件仿真平臺具體分析系統(tǒng)的性能(如AM系統(tǒng)、PCM系統(tǒng)等),從而進一步加深對通信系統(tǒng)的認識。在軟件無線電系統(tǒng)中,可以實現(xiàn)較為復雜的通信技術,如:GMSK解調(diào)技術、無線多徑信道特性實驗等,在CDMA移動通信系統(tǒng)上通過工程實踐深入理解實際移動通信系統(tǒng)的架構和工作流程。最后,通過組織學生參加各類的競賽活動,讓學生將學到的各方面知識和實踐技能得到應用和強化[10-11],從而最終實現(xiàn)教學的目標。
3實踐教學體系的效果
(1)激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識,提高學生的綜合實踐能力和科研素質,成為科學研究的啟蒙教育。學生在進入畢業(yè)論文和研究生階段后,其科研能力表現(xiàn)普遍受到導師們的好評。
(2)激發(fā)學生對通信基礎實驗及系統(tǒng)實驗的興趣。近年來,越來越多的非通信專業(yè)學生選修本課程,有些學生在修完本課程后還利用課余時間或暑假進入實驗室進一步拓展實驗。
(3)多名學生在全國大學生電子設計競賽、挑戰(zhàn)杯大賽中獲全國、省級獎:①2007年,參加全國大學生電子設計競賽,獲陜西賽區(qū)一等獎1項、三等獎4項;②2008年,參加陜西省數(shù)?;旌显O計競賽,獲陜西賽區(qū)一等獎1項;參加全國“博創(chuàng)杯”全國嵌入式競賽獲全國二等獎1項;③2009年,參加全國挑戰(zhàn)杯競賽,獲全國二等獎1項、陜西一等獎和二等獎各1項;參加NOC大學生科技創(chuàng)新競賽,獲全國一等獎1項,并捧得最高獎杯;參加全國大學生電子設計競賽,獲陜西賽區(qū)二等獎1項。