時間：2023-03-27 16:39:49
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【論文關鍵詞】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。第二代移動通信運營商發(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)務來提高自身的服務質(zhì)量和業(yè)務類型，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。
一、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80年代初提出的，它完成于20世紀90年代初。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)模涮攸c是業(yè)務量小、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。歐洲電信標準協(xié)會在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴展和改進GSMPhase1及Phase2中原定的業(yè)務和性能。它主要包括CMAEL(客戶化應用移動網(wǎng)絡增強邏輯)，SO(支持最佳路由)、立即計費，GSM900/1800雙頻段工作等內(nèi)容，也包含了與全速率完全兼容的增強型話音編解碼技術，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進；半速率編解碼器可使GSM系統(tǒng)的容量提高近一倍。在GSMPhase2+階段中，采用更密集的頻率復用、多復用、多重復用結(jié)構(gòu)技術，引入智能天線技術、雙頻段等技術，有效地克服了隨著業(yè)務量劇增所引發(fā)的GSM系統(tǒng)容量不足的缺陷；自適應語音編碼(AMR)技術的應用，極大提高了系統(tǒng)通話質(zhì)量；GPRS/EDGE技術的引入，使GSM與計算機通信/Internet有機相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達115/384kbit/s，從而使GSM功能得到不斷增強，初步具備了支持多媒體業(yè)務的能力。盡管2G技術在發(fā)展中不斷得到完善，但隨著用戶規(guī)模和網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，頻率資源己接近枯竭，語音質(zhì)量不能達到用戶滿意的標準，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)務的需求。
二、第三代移動通信系統(tǒng)概述
第三代移動通信業(yè)務主要是話音和中低速數(shù)據(jù)，碼率為384kb/s(局域網(wǎng)可達2Mb/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)務的發(fā)展，2Mb/s的碼率將越來越不能滿足用戶各種新的寬帶業(yè)務的需要，因此國際上已開始研究第四代移動通信系統(tǒng)，第一步目標是10Mb/s以上。我們國內(nèi)則尚未啟動。因此需盡早開始研究其關鍵技術。需要解決的關鍵技術有: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、軟件無線電的硬件和軟件、多載波調(diào)制和OFDM技術、自適應天線陣、高效信道編碼技術(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，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，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)的通信標準共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同組成一個IMT2000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，等等。這些不足點遠遠不能適應未來移動通信發(fā)展的需要，因此尋求一種既能解決現(xiàn)有問題，又能適應未來移動通信的需求的新技術(即新一代移動信:nextgenerationmobilecommunication)是必要的。第三代移動通信技術的基本特點：(1)全球統(tǒng)一頻段，統(tǒng)一標準，全球無縫覆蓋和漫游。(2)頻譜利用率高。(3)在144kbps(最好能在384kbps)能達到全覆蓋和全移動性，還能提供最高速率達2Mbps的多媒體業(yè)務。(4)支持高質(zhì)量話音、分組多媒體業(yè)務和多用戶速率通信。(5)有按需分配帶寬和根據(jù)不同業(yè)務設置不同服務等級的能力。(6)適應多用戶環(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)結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，價格較低。
三、第四代移動通信系統(tǒng)
4G系統(tǒng)中有兩個基本目標：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。目前正在構(gòu)思中的4G通信具有以下特征：（1）網(wǎng)絡頻譜更寬。要想使4G通信達到100Mbps的傳輸速率，通信運營商必須在3G網(wǎng)絡的基礎上進行大幅度的改造，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；（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到10M~20Mbps，最高可以達到100Mbps；（3）通信更加靈活。從嚴格意義上說，4G手機的功能已不能簡單劃歸“電話機”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將會相應地調(diào)整、完善和進一步發(fā)展。縱觀移動通信技術的發(fā)展規(guī)律和第四代通信技術的優(yōu)點，我們相信，不遠的將來，人們將不受時間、地點限制，可以自由自在地利用移動網(wǎng)絡獲取和傳遞信息。從而人們的學習、工作、生活將會發(fā)生更深刻的變化。
參考文獻:
[1]胡可剛，王樹勛，劉立宏.移動通信中的無線定位技術[J].吉林大學學報，2005，23(4)
2網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化
2.1無線數(shù)據(jù)——生機無限當前移動數(shù)據(jù)通信發(fā)展迅速，被認為是移動通信發(fā)展的一個主要方向。近年來出現(xiàn)的移動數(shù)據(jù)通信主要有兩種，一種是電路交換型的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，如TACS、AMPS和GSM中的承載數(shù)據(jù)業(yè)務以及GSM系統(tǒng)的HSCSD；另外一種是分組交換型的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，如摩托羅拉的DataTAC、愛立信的Mobitex和GSM系統(tǒng)的GPRS。
目前，無線數(shù)據(jù)業(yè)務只占GSM網(wǎng)絡全部業(yè)務量中的很小一部分，但是在未來的兩年中這種狀況將開始扭轉(zhuǎn)，并大大改變。1999年以后，隨著HSCSD、GPRS等新的高速數(shù)據(jù)解決方案顯露崢嶸，并成為數(shù)據(jù)應用的新焦點，無線數(shù)據(jù)將成為運營商經(jīng)營計劃中越來越重要的部分，它預示著未來大量的商業(yè)機遇。
（1）應用驅(qū)動市場
無線數(shù)據(jù)業(yè)務的主要驅(qū)動力在于用戶的應用。話音是單一的、易于被大眾所接受的業(yè)務，然而無線數(shù)據(jù)則不同，無線數(shù)據(jù)最初的應用重點放在運輸管理這樣的專業(yè)市場。近期無線數(shù)據(jù)業(yè)務的目標市場是銷售人員或現(xiàn)場工程師這樣的用戶群。從這些先發(fā)目標的應用中積累無線數(shù)據(jù)的經(jīng)驗，并從中受益。
在過去的十年里，傳統(tǒng)的生活方式已經(jīng)在迅速改變，人們更經(jīng)常性地移動，職業(yè)和個人生活之間的分界變得模糊，人們需要不分時間、地點訪問很重要的信息。發(fā)生在用戶身上的這種生活方式的改變將成為驅(qū)動無線數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的重要因素。
（2）因特網(wǎng)的影響
和通信的其他領域一樣，無線數(shù)據(jù)業(yè)務的一個最重要的驅(qū)動力來自Internet。根據(jù)最近的研究，未來兩年歐洲的因特網(wǎng)用戶數(shù)量將翻一番。在我國，因特網(wǎng)用戶的年增長率將高達300%，顯然用戶在運動中接入因特網(wǎng)的需求將會增長。
為了滿足接入因特網(wǎng)的需求，一個全球性的開放協(xié)議——無線應用協(xié)議（WAP）應運而生。WAP為將Internet的信息內(nèi)容以及增值業(yè)務傳送到移動終端提供了一種開放的通用標準，實現(xiàn)了IP與GSM網(wǎng)絡的橋接，是一個為廠商提供加速市場增長、避免網(wǎng)絡割接、保護運營商投資的標準，WAP確保任何與WAP兼容的GSM手機都能工作。
（3）數(shù)據(jù)速率的發(fā)展
GSM承載業(yè)務所提供的GSM數(shù)據(jù)速率最高只能達到9.6kbit／s。國際上1998年引入的高速電路交換數(shù)據(jù)（HSCSD）技術將實現(xiàn)57kbit／s的數(shù)據(jù)速率，對要求連續(xù)比特率和傳輸時延小的應用是理想的，如會議電視、電子郵件、遠程接入企業(yè)的局域網(wǎng)和無線圖像。1999年商用化的GPRS是第一個GSM分組數(shù)據(jù)應用，將實現(xiàn)超過100kbit／s的數(shù)據(jù)速率。對較短的“突發(fā)”類型業(yè)務是理想的，如信用卡認證、遠程測量和遠程事務處理。EDGE（增強數(shù)據(jù)速率GSM改進模式）使用修改過的GSM調(diào)制方式來實現(xiàn)超過300kbit／s的數(shù)據(jù)速率。EDGE會讓GSM運營商特別受益，他們不但可以贏得第三代移動通信的經(jīng)營執(zhí)照，還可以提供有競爭力的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。
2.2個人多媒體通信——網(wǎng)絡演進的方向
對隨時隨地話音通信的追求使早期移動通信走向成功。移動通信的商業(yè)價值和用戶市場得到了證明，全球移動市場以超凡的速度增長。移動通信演進的下一階段是向無線數(shù)據(jù)乃至個人移動多媒體轉(zhuǎn)移，這一進展已經(jīng)開始，并將成為未來重要的增長點。個人移動多媒體將根據(jù)地點為人們提供無法想像的、完善的個人業(yè)務和無線信息，將對人們工作和生活的各個方面產(chǎn)生影響。在個人多媒體世界里，話音郵件和電子郵件被傳送到移動多媒體信箱中；短信將成為帶有照片和視頻內(nèi)容的電子明信片；話音呼叫將與實時圖像相結(jié)合，產(chǎn)生大量的可視移動電話，還將實現(xiàn)移動因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)瀏覽。像無線會議電視這樣的應用將隨處可見，電子商務將蓬勃開展。對于運動中的用戶還有隨時隨地的各種信箱和娛樂服務。
3網(wǎng)絡技術的寬帶化
在電信業(yè)歷史上，移動通信可能是技術和市場發(fā)展最快的領域。業(yè)務、技術、市場三者之間是一種互動的關系，伴隨著用戶對數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務需求的增加，網(wǎng)絡業(yè)務向數(shù)據(jù)化、分組化發(fā)展，移動網(wǎng)絡必然走向?qū)拵Щ?/p>
通過使用電話交換技術和蜂窩無線電技術，70年代末誕生了第一代模擬移動電話。AMPS（北美蜂窩系統(tǒng)）、NMT（北歐移動電話）和TACS（全向通信系統(tǒng)）是三種主要的窄帶模擬標準。第一代無線網(wǎng)絡技術的一大成就就是去掉了將電話連接到網(wǎng)絡的用戶線。用戶第一次能夠在他們所在的任何地方無線接收和撥打電話。
第二代系統(tǒng)引入了數(shù)字無線電技術，它提供更高的網(wǎng)絡容量，改善了話音質(zhì)量和保密性，并為用戶引入了無縫的國際漫游。今天世界市場的第二代數(shù)字無線標準，包括GSM、MMPS、PDC（日本數(shù)字蜂窩系統(tǒng)）和IS95CDMA等，均仍為窄帶系統(tǒng)。
第三代移動系統(tǒng)，即IMT-2000，是一種真正的寬帶多媒體系統(tǒng)，它能夠提供高質(zhì)量寬帶綜合業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。2000年以后，窄帶移動電話業(yè)務需求將依然很大，但隨著Internet等高速數(shù)據(jù)通信及多媒體通信需求的驅(qū)動，寬帶多媒體綜合業(yè)務將逐步增長，而且就未來信息高速公路建設的無縫覆蓋而言，寬帶移動通信作為整個移動市場份額的子集將顯得愈來愈重要。
第三代系統(tǒng)預計在2002年投入商用。
從第二代到第三代系統(tǒng)的變化并不像從第一代模擬網(wǎng)絡到第二代數(shù)字網(wǎng)絡那樣存在重大的技術變遷。從目前的技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢來講，第二代系統(tǒng)將逐步子滑過渡到第三代系統(tǒng)，在此演進過程中，移動網(wǎng)絡所能實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率逐步升級：GSM承載業(yè)務所能提供的數(shù)據(jù)速率為9.6kbit／s，1998年商用的HSCSD技術實現(xiàn)了57kbit／s的數(shù)據(jù)速率，1999年引入的GPRS將實現(xiàn)超過100kbit／s的數(shù)據(jù)速率，將在2000年引入的EDGE技術可實現(xiàn)超過300kbit／s的數(shù)據(jù)速率。2001年后投入商用的第三代系統(tǒng)將能夠在廣域網(wǎng)上實現(xiàn)384kbit／s的數(shù)據(jù)速率，在辦公室和家中還可以達到2Mbit／s。
4網(wǎng)絡技術的智能化
移動通信需求的不斷增長以及新技術在移動通信中的廣泛應用，促使移動網(wǎng)絡得到了迅速發(fā)展。移動網(wǎng)絡由單純地傳遞和交換信息，逐步向存儲和處理信息的智能化發(fā)展，移動智能網(wǎng)由此而生。移動智能網(wǎng)是在移動網(wǎng)絡中引人智能網(wǎng)功能實體，以完成對移動呼叫的智能控制的一種網(wǎng)絡，是一種開放性的智能平臺，它使電信業(yè)務經(jīng)營者能夠方便、快速、經(jīng)濟、有效地提供客戶所需的各類電信新業(yè)務，使客戶對網(wǎng)絡有更強的控制功能，能夠方便靈活地獲取所需的信息。移動智能網(wǎng)通過把交換與業(yè)務分離，建立集中的業(yè)務控制點和數(shù)據(jù)庫，進而進一步建立集中的業(yè)務管理系統(tǒng)和業(yè)務生成環(huán)境來達到上述目標。通過智能網(wǎng)，運營公司可以最優(yōu)地利用其網(wǎng)絡，加快新業(yè)務的生成；可以根據(jù)客戶的需要來設計業(yè)務，向其他業(yè)務提供者開放網(wǎng)絡，增加收益。
關于移動智能網(wǎng)的研究，早在1995年就已開始，剛開始并沒有具體的標準協(xié)議出現(xiàn)，各廠商各自制定了自己的標準，并且據(jù)此進行了不少的研究工作，如Alcatel、Nortel、Ericsson等都先后推出了自己的初期產(chǎn)品。這些工作為最終移動智能網(wǎng)標準的形成積累了經(jīng)驗。
1997年末，美國蜂窩電信工業(yè)協(xié)會（CTIA）制定了移動智能網(wǎng)的第一個標準協(xié)議——IS-41D協(xié)議。1998年1月，歐洲電信標準研究所（ETSI）在GSMphase2+階段引入了CAMEL協(xié)議（移動通信高級邏輯的客戶化應用程序），當時的版本是Phase1。1998年4月，ITU-T在新推出的智能網(wǎng)能力集一2標準中描述了移動接入的功能實體，稱為CAMELphase2標準。
伴隨著移動網(wǎng)絡向第三代系統(tǒng)的演進，網(wǎng)絡的智能化程度也在不斷地提升。智能網(wǎng)及其智能業(yè)務是構(gòu)成未來個人通信的基本條件。
5更高的頻段
從第一代的模擬移動電話，到第二代的數(shù)字移動網(wǎng)絡，再到將來的第三代移動通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡使用的無線頻段遵循一種由低到高的發(fā)展趨勢。1981年誕生的第一個具有國際漫游功能的模擬系統(tǒng)NMT的使用頻段為450MHz，1986年NMT變遷到900MHz頻段。我國目前的模擬TACS系統(tǒng)的使用頻段也為900MHz。在第二代網(wǎng)絡中，GSM系統(tǒng)的開始使用頻段為900MHz，IS-95CDMA系統(tǒng)為800MHz。為了從根本上提高GSM系統(tǒng)的容量，1997年出現(xiàn)了1800MHz系統(tǒng)，GSM900／1800雙頻網(wǎng)絡迅速普及。2002年將投入商用的第三代系統(tǒng)IMT-2000則定位在2GHz頻段。
6更有效利用頻率
無線電頻率是一種寶貴資源。隨著移動通信的飛速發(fā)展，頻譜資源有限和移動用戶急劇增加的矛盾越來越尖銳，出現(xiàn)了“頻率嚴重短缺”的現(xiàn)象。解決頻率擁擠問題的出路是采用各種頻率有效利用技術和開發(fā)新頻段。
模擬制的早期蜂窩移動通信系統(tǒng)采用頻分多址方式，主要通過多信道共用、頻率復用和波道窄帶化等技術實現(xiàn)頻率的有效利用。隨著業(yè)務的發(fā)展，模擬系統(tǒng)已遠不能滿足用戶發(fā)展的需求。數(shù)字移動通信比模擬移動通信具有更大的容量。同樣的頻分多址技術，數(shù)字系統(tǒng)要求的載干比較小，因而頻率復用距離可以小一些，系統(tǒng)的容量可以大一些。而且，數(shù)字移動通信還可采用時分多址或碼分多址技術，它比模擬的頻分多址制在系統(tǒng)容量上大4-20倍。
GSM作為最具代表性和最為成熟的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，其發(fā)展歷程就是一部頻率有效利用技術的演進史。GSM采用時分多址制式，其對頻率的有效利用主要是通過頻率復用技術的不斷升級實現(xiàn)的。從傳統(tǒng)的4×3方式，到3×3、1×3、MRP、2×6等新的復用技術，頻率復用的密集度逐步提升，頻譜效率快速提高，GSM系統(tǒng)的容量得到逐步釋放。1995年開始投入商用的IS－95CDMA（窄帶）系統(tǒng)，以無線技術的先進性和大容量等特點著稱。它以擴頻技術為基礎，不同用戶的信號靠不同的編碼序列來區(qū)分，如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是相互重疊的，故理論上CDMA系統(tǒng)的頻譜利用率比GSM系統(tǒng)更高，網(wǎng)絡容量更大。同時CDMA系統(tǒng)具有一定的過載能力，即系統(tǒng)具備軟容量。作為未來第三代移動通信系統(tǒng)主流無線接入技術的WCDMA（寬帶碼分多址）能夠更高效地利用無線電頻率。它利用分層小區(qū)結(jié)構(gòu)、自適應天線陣和相干解調(diào)（雙向）等技術，網(wǎng)絡容量可得到大幅提高，可以更好地滿足未來移動通信的發(fā)展要求。
7網(wǎng)絡趨于融合，走向統(tǒng)一
7.1第三代移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
第三代系統(tǒng)的主要目標是將包括衛(wèi)星在內(nèi)的所有網(wǎng)絡融合為可以替代眾多網(wǎng)絡功能的統(tǒng)一系統(tǒng)，它能夠提供寬帶業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。為了保護運營公司在現(xiàn)有網(wǎng)絡設施上的投資，第二代系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的演進遵循平滑過渡的原則，現(xiàn)有的GSM、D-AMPSIS-136等第二代系統(tǒng)均將演變成為第三代系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡，從而形成一個核心網(wǎng)家族，核心網(wǎng)家族的不同成員之間通過NNI接口聯(lián)結(jié)起來，成為一個整體，從而實現(xiàn)全球漫游。在核心網(wǎng)絡家族的，形成一個龐大的無線接入家族，現(xiàn)有的幾乎所有的無線接入技術以及WCDMA等第三代無線接入技術均將成為其成員。
高職專業(yè)人才培養(yǎng)目標定位依據(jù)一方面是專業(yè)面向的崗位群業(yè)務規(guī)格要求確定職業(yè)知識、職業(yè)能力、職業(yè)素質(zhì)結(jié)構(gòu)。另一方面是崗位職業(yè)資格標準及職業(yè)技能鑒定標準確定作業(yè)規(guī)范與職業(yè)道德。通過對區(qū)域內(nèi)移動通信運營商、移動通信設備供應商、移動代維公司等企業(yè)的深入調(diào)研和近3屆畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查，將畢業(yè)生主要從事崗位劃定為“移動機房管理維護、移動通信基站維護、移動通信安裝測、移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化”等崗位。邀請企業(yè)技術人員與校內(nèi)專家一起對上述崗位從事的典型工作任務進行分析，歸納出共性職業(yè)能力，確定“移動通信設備配置維護、移動通信網(wǎng)絡設計實施、移動通信網(wǎng)絡分析優(yōu)化”為本專業(yè)人才培養(yǎng)的核心職業(yè)能力，并最終將本專業(yè)人才培養(yǎng)目標定位為：掌握移動通信系統(tǒng)、移動通信網(wǎng)絡、移動通信工程建設等方面的基礎知識，具備移動通信基站安裝、維護、管理，通信工程勘察、設計、規(guī)劃，移動通信網(wǎng)絡設計、分析、優(yōu)化等能力，面向移動通信領域的機房基站維護、設備安裝調(diào)測、網(wǎng)絡設計優(yōu)化等崗位的生產(chǎn)、服務、管理第一線需要的高端技能型人才。
2構(gòu)建“四階遞進、工學結(jié)合”人才培養(yǎng)模式
人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建可以依據(jù)不同專業(yè)的特點和不同學院的實際情況進行設計。自2011年起，學院先后與數(shù)家業(yè)內(nèi)知名企業(yè)簽署“訂單”培養(yǎng)協(xié)議。依托訂單合作企業(yè)，以工作過程為載體，建立“四階遞進、工學結(jié)合”人才培養(yǎng)模式。其中“四階遞進”是指職業(yè)能力培養(yǎng)分解為四個階段逐級進階，即第1、2學期在校內(nèi)實訓基地進行，完成專業(yè)基礎能力培養(yǎng)；第3、4學期校企交替進行，完成專業(yè)核心能力培養(yǎng)；第5學期校企交替進行，完成協(xié)崗能力訓練；第6學期到企業(yè)進行頂崗能力實習“。工學結(jié)合”是指第1、2學期利用校企共建的移動通信綜合實訓平臺，開展“教學做一體”的仿真實訓；第3、4學期聘請企業(yè)技術人員擔任指導教師，開展“教學做一體”的全真實訓；第5學期在企業(yè)技術人員的指導下，協(xié)助完成基本崗位工作；在第6學期在校外實習基地開展頂崗綜合實習。
3設計以工作過程為導向的課程體系
通過對移動通信運營商、移動通信設備供應商、移動代維公司等企業(yè)實地走訪及畢業(yè)生的跟蹤調(diào)研，確定移動通信行業(yè)面向高職院校畢業(yè)生的崗位群。邀請企業(yè)技術人員與校內(nèi)專家組一起對崗位群進行分析，歸納整理典型工作任務。基于這些典型工作任務分析從業(yè)所需的職業(yè)能力，典型工作任務分解過程如表1所示。再將這些職業(yè)能力按照專業(yè)能力、方法能力和社會能力進行分類、匯總，并以此為依據(jù)構(gòu)建移動綜合職業(yè)能力課程體系。由于移動系統(tǒng)有GSM/WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA等，需要從典型崗位任務推演到各系統(tǒng)的典型工作任務，選取崗位工作技能為邏輯載體，分別以對象系統(tǒng)、工作順序為線索，提煉學習領域課程，形成專業(yè)核心課程。
4實施一體化教學模式改革
依托實訓條件，創(chuàng)設情境，實施專業(yè)核心課“教學做”一體化教學模式改革，啟發(fā)學生思維、學生在教師的引導下完成各子項目任務，利用情境進行真實配置、在線實際處理，激發(fā)學生學習動力和興趣，并在教學做的過程中鍛煉協(xié)作、分析、整理的方法能力和社會能力。豐富教學案例視頻，展現(xiàn)特色教學方法。充分發(fā)揮校企合作的優(yōu)勢，結(jié)合實踐，收集整理更多案例素材，制作更多的實際案例教學視頻，豐富教學內(nèi)容和教學方法。利用專業(yè)教學資源信息化，建成開放、共享的專業(yè)與課程資源庫，可隨時學習自學。搭建資源服務平臺，為院校、教師、學生和企業(yè)從業(yè)人員提供服務，移動通信技術專業(yè)教師、學生和從業(yè)人員，免費共享個性化學習。改變傳統(tǒng)的反饋及測試方式，提高學習質(zhì)量，激發(fā)學生創(chuàng)新思維。通過專業(yè)資源平臺在線答疑，反饋信息。
5結(jié)語語
3G系統(tǒng)采用碼分多址（CDMA）和分組交換技術。三種主流的技術標準：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。主要問題在于：沒有一個統(tǒng)一的世界標準；語音不是在IP網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上；數(shù)據(jù)傳輸達不到速度要求。
國際兩大3G標準化組織：3GPP和3GPP2。第三代合作伙伴計劃（3rdGenerationPartnershipProject，即3GPP）成立于1998年12月。成員包括歐洲ETSI、日本ARIB和TTC、中國CCSA、韓國TTA和北美ATIS。3GPP的目標是在ITU的IMT-2000計劃范圍內(nèi)制訂和實現(xiàn)全球性的(第三代)移動通信系統(tǒng)規(guī)范，致力于WCDMA的發(fā)展。第三代合作伙伴計劃2（3rdGenerationPartnershipProject2，即3GPP2）成立于1998年12月，成員包括：TIA(北美)、CCSA(中國)、ARIB/TTC(日本)和TTA(韓國)。3GPP2其致力于使ITU的IMT-2000計劃中的(3G)移動電話系統(tǒng)規(guī)范在全球的發(fā)展，它是從2G的CDMA或者IS-95發(fā)展而來的CDMA2000標準體系的標準化機構(gòu)。
WCDMA有Release99、Release4、Release5、Release6等版本。WCDMA（寬帶碼分多址）采用直接序列擴頻碼分多址（DS-CDMA）、頻分雙工（FDD）方式，碼片速率為3.84Mcps，載波帶寬為5MHz。基于Release99/Release4版本，可在5MHz的帶寬內(nèi)，提供最高384kbps的用戶數(shù)據(jù)傳輸速率。WCDMA能夠支持移動/手提設備之間的語音、圖象、數(shù)據(jù)以及視頻通信，速率可達2Mb/s（對于局域網(wǎng)而言）或者384Kb/s（對于寬帶網(wǎng)而言）。
HSDPA（高速下行分組接入，HighSpeedDownlinkPackagesAccess）技術是實現(xiàn)提高WCDMA網(wǎng)絡高速下行數(shù)據(jù)傳輸速率最為重要的技術，是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上下行數(shù)據(jù)業(yè)務不對稱的需求提出來的，HSDPA是與R99的信道在同一載波上，只是為HSDPA增加了專門的信道，只需要進行軟件升級即可。HSDPA下行峰值速率理論最大值可達14.4Mbps。
HSUPA(高速上行鏈路分組接入，highspeeduplinkpacketaccess)。HSUPA通過采用多碼傳輸、HARQ、基于NodeB的快速調(diào)度等關鍵技術，使得單小區(qū)最大上行數(shù)據(jù)吞吐率達到5.76Mbit/s，大大增強了WCDMA上行鏈路的數(shù)據(jù)業(yè)務承載能力和頻譜利用率。HSUPA引入了五條新的物理信道E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH、E-HICH和兩個新的MAC實體MAC-e和MAC-es，并把分組調(diào)度功能從RNC下移到NodeB，實現(xiàn)了基于NodeB的快速分組調(diào)度，并通過混合自動重傳HARQ、2ms無線短幀及多碼傳輸?shù)汝P鍵技術，使得上行鏈路的數(shù)據(jù)吞吐率最高可達到5.76Mbit/s，大大提高的上行鏈路數(shù)據(jù)業(yè)務的承載能力。
HSDPA是WCDMA下行鏈路方向(從無線接入網(wǎng)絡到移動終端的方向)針對分組業(yè)務的優(yōu)化和演進。與HSDPA類似，HSUPA是上行鏈路方向(從移動終端到無線接入網(wǎng)絡的方向)針對分組業(yè)務的優(yōu)化和演進。HSUPA是繼HSDPA后，WCDMA標準的又一次重要演進。
CDMA2000即CDMA20001×EV，1xEV的意思為“Evolution”，表示標準的發(fā)展，DO意為DataOnly（后來把DataOnly改為DataOptimized，表示EV-DO是對CDMA20001X網(wǎng)絡在提供數(shù)據(jù)業(yè)務方面的一個有效的增強）。CDMA20001×EV-DO（DataOnly），采用話音分離的信道傳輸數(shù)據(jù)。CDMA20001×EV-DV（DateandVoice），即數(shù)據(jù)信道于話音信道合一。CDMA網(wǎng)提供兩大類應用，語音和數(shù)據(jù)。根據(jù)應用CDMA2000演進可分為繼續(xù)提高語音容量，從CDMA20001X演進到1X增強版或從CDMA20001X標準演進到EV-DO版本0，然后從EV-DO版本0演進到EV-DO版本A以及EV-DO版本B再到EV-DO增強版。
CDMA20001X到1X增強版的平滑演進是利用1/8空白速率幀，使用更有效的閉環(huán)功控、反向鏈路提早結(jié)束、前向鏈路提早結(jié)束、前向鏈路干擾抵消（QLIC）、QOF等技術，采用雙天線接收的話，則每扇區(qū)的容量可達120個同時通話。1X增強版顯著增加了語音容量，同時讓網(wǎng)絡和頻譜投資最大化。
從CDMA20001X演進到EV-DO版本0，在原有的1X基站上增加一個專門用來做高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d頻，還需要增加新的PCF（分組控制功能模塊）。兼容特性使得1xEV-DO可沿用現(xiàn)有網(wǎng)絡的規(guī)劃及射頻部件。1xEV-DO基站還可與CDMA20001X的基站合一，并允許用戶經(jīng)由1X的載波使用高質(zhì)量的話音服務和通過1xEV-DO的載波使用高性能的移動數(shù)據(jù)業(yè)務。
從EV-DO版本0演進到EV-DO版本A，只需對EV-DO版本0網(wǎng)絡設備進行軟件更新，升級基站中的信道板，基站系統(tǒng)中的其他硬件設備則完全可以保留重用。針對網(wǎng)絡的不同情況，EV-DO版本A標準還支持終端在EV-DO版本A和EV-DO版本0網(wǎng)絡之間的快速切換。終端和網(wǎng)絡的后向兼容性保證了運營商可以逐步向版本A演進，保護了對原版本0網(wǎng)絡和終端的投資。由于EV-DO版本A設備已經(jīng)成熟，可以選擇跳過EV-DO版本0而直接從CDMA20001X升級為EV-DO版本A。EV-DO版本A到EV-DO版本B，基站和終端之間可以在前反向多個載波上同時傳送數(shù)據(jù)，從而獲得更高的峰值傳輸速率和系統(tǒng)吞吐量。EV-DO版本B可以通過支持多個載頻的EV-DO版本A基站進行升級來實現(xiàn)，這需要對基站和基站控制器進行軟件更新。EV-DO版本B完全后向兼容EV-DO版本0和EV-DO版本A。EV-DO版本A和EV-DO版本0終端可以無縫接入到EV-DO版本B網(wǎng)絡中獲取服務。EV-DO版本B網(wǎng)絡可以更有效地支持VoIP和可視電話等實時業(yè)務。EV-DO增強版完全后向兼容EV-DO版本0、EV-DO版本A和EV-DO版本B。EV-DO版本B、EV-DO版本A和EV-DO版本0的終端可以無縫接入到EV-DO增強版網(wǎng)絡中獲取服務。
2在3G之后，第四代（4G）移動通信更先進的技術旨在建立一個新的全IP化的接入網(wǎng)和與固網(wǎng)融合的純IP核心網(wǎng)，目的是提供寬帶移動無線接入
3G向4G的演進路線為：WCDMA和TD-SCDMA，均從HSDPA演進至HSUPA，進而到LTE（3GPP長期演進項目）；CDMA2000沿著1xEV-DO.0、1xEV-DO.A、1xEV-DO.B，最終到UMB，超移動寬帶（UltraMobileBroadband）。
3GLTE使用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing、正交頻分復用技術)以及它的后續(xù)技術OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess、正交頻分多址技術)是未來無線寬帶技術的基礎。同UMB一樣，LTE也采用了OFDM/OFDMA作為物理層的核心技術，不同的是LTE不再支持CDMA，而UMB為了保持良好的兼容性仍然支持在總帶寬中分出一部分帶寬來支持CDMA。LTE在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms；支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠為350Km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25MHz到20MHz多種帶寬。UMB是可以在1.25MHz和20MHz間以約150KHz的頻率增量靈活部署，支持頻段包括450MHz、700MHz、850MHz、1700MHz、1900MHz、1700/2100MHz、1900/2100MHz(IMT)和2500MHz(3G擴展頻段)，可與現(xiàn)有的CDMA20001X和1xEV-DO系統(tǒng)兼容，但在數(shù)據(jù)傳輸速率、延遲性、覆蓋度、移動能力及布建彈性等方面都更具優(yōu)勢。UMB系統(tǒng)繼承了1xEV-DO系統(tǒng)的自適應編碼調(diào)制、HARQ(物理層混合重傳)以及QoS控制機制，結(jié)合了CDMA、TDM、QOFDMA(準OFDMA)、LDPC(低密度奇偶校驗碼)等其它先進技術，同時引入了基于MIMO(多路輸入輸出)、SDMA(空分復用接入)和Beamforming(波束賦性)等多天線技術。在4G網(wǎng)絡中將主要使用以下一些核心技術。
正交頻分復用（OFDM）/正交頻分多址接入(OFDMA).OFDM是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)制，子載波并行傳輸。每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬。OFDM可以消除或減小信號波形間的干擾，提高了頻譜利用率。OFDMA是OFDM調(diào)制的一種形式，具有更高的頻譜效率和更好的抗衰落性能。對于低數(shù)據(jù)率用戶，需要更低的發(fā)射功耗，具有恒定而不是隨時間變化的更短延遲。OFDMA會把副載波的子集分配給各個用戶，以信道狀態(tài)的反饋能執(zhí)行自適應用戶到副載波的分配。與OFDM相比，快速衰退、窄帶同頻干擾性能都得到了提高，改進了系統(tǒng)的頻譜效率。
軟件無線電是把盡可能多的無線及個人通信功能通過可編程軟件來實現(xiàn)，使其成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號傳輸與處理的無線電系統(tǒng)。也可以說，是一種用軟件來實現(xiàn)物理層連接的無線通信方式。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，智能天線應用數(shù)字信號處理技術，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。多輸入多輸出（MIMO、Multiple-InputMultiple-Out-put）技術利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術，采用分立式多天線能夠有效地將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，從而大大提高容量。MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中，MIMO技術是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術。
第四代移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；同時核心網(wǎng)能把業(yè)務、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(CN)協(xié)議、鏈路層是分離獨立的。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設計核心網(wǎng)絡時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。
綜上，隨著移動通信的發(fā)展呈現(xiàn)趨勢傳送寬帶化、應用個性化、接入多樣化、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)化、系統(tǒng)互補化及有線、無線一體化的大趨勢，寬帶無線市場必定潛力巨大，發(fā)展前景一片光明。
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1前言
移動通信業(yè)務之所以發(fā)展迅猛主要是其滿足了人們在任何時間。任何地點與任何個人進行通信的愿望。移動通信是實現(xiàn)未來理想的個人通信服務的必由之路。在信息支撐技術、市場競爭和需求的共同作用下,移動通信技術的發(fā)展更是突飛猛進,呈現(xiàn)出以下幾大趨勢:網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化,網(wǎng)絡技術寬帶化,網(wǎng)絡技術智能化,更高的頻段,更有效利用頻率,各種網(wǎng)絡趨于融合。了解、掌握這些趨勢對移動通信運營商和設備制造商均具有重要的現(xiàn)實意義。
2網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化
2.1無線數(shù)據(jù)——生機無限當前移動數(shù)據(jù)通信發(fā)展迅速,被認為是移動通信發(fā)展的一個主要方向。近年來出現(xiàn)的移動數(shù)據(jù)通信主要有兩種,一種是電路交換型的移動數(shù)據(jù)業(yè)務,如TACS、AMPS和GSM中的承載數(shù)據(jù)業(yè)務以及GSM系統(tǒng)的HSCSD;另外一種是分組交換型的移動數(shù)據(jù)業(yè)務,如摩托羅拉的DataTAC、愛立信的Mobitex和GSM系統(tǒng)的GPRS。
目前,無線數(shù)據(jù)業(yè)務只占GSM網(wǎng)絡全部業(yè)務量中的很小一部分,但是在未來的兩年中這種狀況將開始扭轉(zhuǎn),并大大改變。1999年以后,隨著HSCSD、GPRS等新的高速數(shù)據(jù)解決方案顯露崢嶸,并成為數(shù)據(jù)應用的新焦點,無線數(shù)據(jù)將成為運營商經(jīng)營計劃中越來越重要的部分,它預示著未來大量的商業(yè)機遇。
(1)應用驅(qū)動市場
無線數(shù)據(jù)業(yè)務的主要驅(qū)動力在于用戶的應用。話音是單一的、易于被大眾所接受的業(yè)務,然而無線數(shù)據(jù)則不同,無線數(shù)據(jù)最初的應用重點放在運輸管理這樣的專業(yè)市場。近期無線數(shù)據(jù)業(yè)務的目標市場是銷售人員或現(xiàn)場工程師這樣的用戶群。從這些先發(fā)目標的應用中積累無線數(shù)據(jù)的經(jīng)驗,并從中受益。
在過去的十年里,傳統(tǒng)的生活方式已經(jīng)在迅速改變,人們更經(jīng)常性地移動,職業(yè)和個人生活之間的分界變得模糊,人們需要不分時間、地點訪問很重要的信息。發(fā)生在用戶身上的這種生活方式的改變將成為驅(qū)動無線數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的重要因素。
(2)因特網(wǎng)的影響
和通信的其他領域一樣,無線數(shù)據(jù)業(yè)務的一個最重要的驅(qū)動力來自Internet。根據(jù)最近的研究,未來兩年歐洲的因特網(wǎng)用戶數(shù)量將翻一番。在我國,因特網(wǎng)用戶的年增長率將高達300%,顯然用戶在運動中接入因特網(wǎng)的需求將會增長。
為了滿足接入因特網(wǎng)的需求,一個全球性的開放協(xié)議——無線應用協(xié)議(WAP)應運而生。WAP為將Internet的信息內(nèi)容以及增值業(yè)務傳送到移動終端提供了一種開放的通用標準,實現(xiàn)了IP與GSM網(wǎng)絡的橋接,是一個為廠商提供加速市場增長、避免網(wǎng)絡割接、保護運營商投資的標準,WAP確保任何與WAP兼容的GSM手機都能工作。
(3)數(shù)據(jù)速率的發(fā)展
GSM承載業(yè)務所提供的GSM數(shù)據(jù)速率最高只能達到9.6kbit/s。國際上1998年引入的高速電路交換數(shù)據(jù)(HSCSD)技術將實現(xiàn)57kbit/s的數(shù)據(jù)速率,對要求連續(xù)比特率和傳輸時延小的應用是理想的,如會議電視、電子郵件、遠程接入企業(yè)的局域網(wǎng)和無線圖像。1999年商用化的GPRS是第一個GSM分組數(shù)據(jù)應用,將實現(xiàn)超過100kbit/s的數(shù)據(jù)速率。對較短的“突發(fā)”類型業(yè)務是理想的,如信用卡認證、遠程測量和遠程事務處理。EDGE(增強數(shù)據(jù)速率GSM改進模式)使用修改過的GSM調(diào)制方式來實現(xiàn)超過300kbit/s的數(shù)據(jù)速率。EDGE會讓GSM運營商特別受益,他們不但可以贏得第三代移動通信的經(jīng)營執(zhí)照,還可以提供有競爭力的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。
2.2個人多媒體通信——網(wǎng)絡演進的方向
對隨時隨地話音通信的追求使早期移動通信走向成功。移動通信的商業(yè)價值和用戶市場得到了證明,全球移動市場以超凡的速度增長。移動通信演進的下一階段是向無線數(shù)據(jù)乃至個人移動多媒體轉(zhuǎn)移,這一進展已經(jīng)開始,并將成為未來重要的增長點。個人移動多媒體將根據(jù)地點為人們提供無法想像的、完善的個人業(yè)務和無線信息,將對人們工作和生活的各個方面產(chǎn)生影響。在個人多媒體世界里,話音郵件和電子郵件被傳送到移動多媒體信箱中;短信將成為帶有照片和視頻內(nèi)容的電子明信片;話音呼叫將與實時圖像相結(jié)合,產(chǎn)生大量的可視移動電話,還將實現(xiàn)移動因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)瀏覽。像無線會議電視這樣的應用將隨處可見,電子商務將蓬勃開展。對于運動中的用戶還有隨時隨地的各種信箱和娛樂服務。
3網(wǎng)絡技術的寬帶化
在電信業(yè)歷史上,移動通信可能是技術和市場發(fā)展最快的領域。業(yè)務、技術、市場三者之間是一種互動的關系,伴隨著用戶對數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務需求的增加,網(wǎng)絡業(yè)務向數(shù)據(jù)化、分組化發(fā)展,移動網(wǎng)絡必然走向?qū)拵Щ?/p>
通過使用電話交換技術和蜂窩無線電技術,70年代末誕生了第一代模擬移動電話。AMPS(北美蜂窩系統(tǒng))、NMT(北歐移動電話)和TACS(全向通信系統(tǒng))是三種主要的窄帶模擬標準。第一代無線網(wǎng)絡技術的一大成就就是去掉了將電話連接到網(wǎng)絡的用戶線。用戶第一次能夠在他們所在的任何地方無線接收和撥打電話。
第二代系統(tǒng)引入了數(shù)字無線電技術,它提供更高的網(wǎng)絡容量,改善了話音質(zhì)量和保密性,并為用戶引入了無縫的國際漫游。今天世界市場的第二代數(shù)字無線標準,包括GSM、MMPS、PDC(日本數(shù)字蜂窩系統(tǒng))和IS95CDMA等,均仍為窄帶系統(tǒng)。
第三代移動系統(tǒng),即IMT-2000,是一種真正的寬帶多媒體系統(tǒng),它能夠提供高質(zhì)量寬帶綜合業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。2000年以后,窄帶移動電話業(yè)務需求將依然很大,但隨著Internet等高速數(shù)據(jù)通信及多媒體通信需求的驅(qū)動,寬帶多媒體綜合業(yè)務將逐步增長,而且就未來信息高速公路建設的無縫覆蓋而言,寬帶移動通信作為整個移動市場份額的子集將顯得愈來愈重要。
第三代系統(tǒng)預計在2002年投入商用。
從第二代到第三代系統(tǒng)的變化并不像從第一代模擬網(wǎng)絡到第二代數(shù)字網(wǎng)絡那樣存在重大的技術變遷。從目前的技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢來講,第二代系統(tǒng)將逐步子滑過渡到第三代系統(tǒng),在此演進過程中,移動網(wǎng)絡所能實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率逐步升級:GSM承載業(yè)務所能提供的數(shù)據(jù)速率為9.6kbit/s,1998年商用的HSCSD技術實現(xiàn)了57kbit/s的數(shù)據(jù)速率,1999年引入的GPRS將實現(xiàn)超過100kbit/s的數(shù)據(jù)速率,將在2000年引入的EDGE技術可實現(xiàn)超過300kbit/s的數(shù)據(jù)速率。2001年后投入商用的第三代系統(tǒng)將能夠在廣域網(wǎng)上實現(xiàn)384kbit/s的數(shù)據(jù)速率,在辦公室和家中還可以達到2Mbit/s。
4網(wǎng)絡技術的智能化
移動通信需求的不斷增長以及新技術在移動通信中的廣泛應用,促使移動網(wǎng)絡得到了迅速發(fā)展。移動網(wǎng)絡由單純地傳遞和交換信息,逐步向存儲和處理信息的智能化發(fā)展,移動智能網(wǎng)由此而生。移動智能網(wǎng)是在移動網(wǎng)絡中引人智能網(wǎng)功能實體,以完成對移動呼叫的智能控制的一種網(wǎng)絡,是一種開放性的智能平臺,它使電信業(yè)務經(jīng)營者能夠方便、快速、經(jīng)濟、有效地提供客戶所需的各類電信新業(yè)務,使客戶對網(wǎng)絡有更強的控制功能,能夠方便靈活地獲取所需的信息。移動智能網(wǎng)通過把交換與業(yè)務分離,建立集中的業(yè)務控制點和數(shù)據(jù)庫,進而進一步建立集中的業(yè)務管理系統(tǒng)和業(yè)務生成環(huán)境來達到上述目標。通過智能網(wǎng),運營公司可以最優(yōu)地利用其網(wǎng)絡,加快新業(yè)務的生成;可以根據(jù)客戶的需要來設計業(yè)務,向其他業(yè)務提供者開放網(wǎng)絡,增加收益。
關于移動智能網(wǎng)的研究,早在1995年就已開始,剛開始并沒有具體的標準協(xié)議出現(xiàn),各廠商各自制定了自己的標準,并且據(jù)此進行了不少的研究工作,如Alcatel、Nortel、Ericsson等都先后推出了自己的初期產(chǎn)品。這些工作為最終移動智能網(wǎng)標準的形成積累了經(jīng)驗。
1997年末,美國蜂窩電信工業(yè)協(xié)會(CTIA)制定了移動智能網(wǎng)的第一個標準協(xié)議——IS-41D協(xié)議。1998年1月,歐洲電信標準研究所(ETSI)在GSMphase2+階段引入了CAMEL協(xié)議(移動通信高級邏輯的客戶化應用程序),當時的版本是Phase1。1998年4月,ITU-T在新推出的智能網(wǎng)能力集一2標準中描述了移動接入的功能實體,稱為CAMELphase2標準。
伴隨著移動網(wǎng)絡向第三代系統(tǒng)的演進,網(wǎng)絡的智能化程度也在不斷地提升。智能網(wǎng)及其智能業(yè)務是構(gòu)成未來個人通信的基本條件。
5更高的頻段
從第一代的模擬移動電話,到第二代的數(shù)字移動網(wǎng)絡,再到將來的第三代移動通信系統(tǒng),網(wǎng)絡使用的無線頻段遵循一種由低到高的發(fā)展趨勢。1981年誕生的第一個具有國際漫游功能的模擬系統(tǒng)NMT的使用頻段為450MHz,1986年NMT變遷到900MHz頻段。我國目前的模擬TACS系統(tǒng)的使用頻段也為900MHz。在第二代網(wǎng)絡中,GSM系統(tǒng)的開始使用頻段為900MHz,IS-95CDMA系統(tǒng)為800MHz。為了從根本上提高GSM系統(tǒng)的容量,1997年出現(xiàn)了1800MHz系統(tǒng),GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡迅速普及。2002年將投入商用的第三代系統(tǒng)IMT-2000則定位在2GHz頻段。
6更有效利用頻率
無線電頻率是一種寶貴資源。隨著移動通信的飛速發(fā)展,頻譜資源有限和移動用戶急劇增加的矛盾越來越尖銳,出現(xiàn)了“頻率嚴重短缺”的現(xiàn)象。解決頻率擁擠問題的出路是采用各種頻率有效利用技術和開發(fā)新頻段。
模擬制的早期蜂窩移動通信系統(tǒng)采用頻分多址方式,主要通過多信道共用、頻率復用和波道窄帶化等技術實現(xiàn)頻率的有效利用。隨著業(yè)務的發(fā)展,模擬系統(tǒng)已遠不能滿足用戶發(fā)展的需求。數(shù)字移動通信比模擬移動通信具有更大的容量。同樣的頻分多址技術,數(shù)字系統(tǒng)要求的載干比較小,因而頻率復用距離可以小一些,系統(tǒng)的容量可以大一些。而且,數(shù)字移動通信還可采用時分多址或碼分多址技術,它比模擬的頻分多址制在系統(tǒng)容量上大4-20倍。
GSM作為最具代表性和最為成熟的數(shù)字移動通信系統(tǒng),其發(fā)展歷程就是一部頻率有效利用技術的演進史。GSM采用時分多址制式,其對頻率的有效利用主要是通過頻率復用技術的不斷升級實現(xiàn)的。從傳統(tǒng)的4×3方式,到3×3、1×3、MRP、2×6等新的復用技術,頻率復用的密集度逐步提升,頻譜效率快速提高,GSM系統(tǒng)的容量得到逐步釋放。1995年開始投入商用的IS-95CDMA(窄帶)系統(tǒng),以無線技術的先進性和大容量等特點著稱。它以擴頻技術為基礎,不同用戶的信號靠不同的編碼序列來區(qū)分,如果從頻域或時域來觀察,多個CDMA信號是相互重疊的,故理論上CDMA系統(tǒng)的頻譜利用率比GSM系統(tǒng)更高,網(wǎng)絡容量更大。同時CDMA系統(tǒng)具有一定的過載能力,即系統(tǒng)具備軟容量。作為未來第三代移動通信系統(tǒng)主流無線接入技術的WCDMA(寬帶碼分多址)能夠更高效地利用無線電頻率。它利用分層小區(qū)結(jié)構(gòu)、自適應天線陣和相干解調(diào)(雙向)等技術,網(wǎng)絡容量可得到大幅提高,可以更好地滿足未來移動通信的發(fā)展要求。
7網(wǎng)絡趨于融合,走向統(tǒng)一
7.1第三代移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
第三代系統(tǒng)的主要目標是將包括衛(wèi)星在內(nèi)的所有網(wǎng)絡融合為可以替代眾多網(wǎng)絡功能的統(tǒng)一系統(tǒng),它能夠提供寬帶業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。為了保護運營公司在現(xiàn)有網(wǎng)絡設施上的投資,第二代系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的演進遵循平滑過渡的原則,現(xiàn)有的GSM、D-AMPSIS-136等第二代系統(tǒng)均將演變成為第三代系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡,從而形成一個核心網(wǎng)家族,核心網(wǎng)家族的不同成員之間通過NNI接口聯(lián)結(jié)起來,成為一個整體,從而實現(xiàn)全球漫游。在核心網(wǎng)絡家族的,形成一個龐大的無線接入家族,現(xiàn)有的幾乎所有的無線接入技術以及WCDMA等第三代無線接入技術均將成為其成員。
1前言
移動通信業(yè)務之所以發(fā)展迅猛主要是其滿足了人們在任何時間。任何地點與任何個人進行通信的愿望。移動通信是實現(xiàn)未來理想的個人通信服務的必由之路。在信息支撐技術、市場競爭和需求的共同作用下，移動通信技術的發(fā)展更是突飛猛進，呈現(xiàn)出以下幾大趨勢：網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化，網(wǎng)絡技術寬帶化，網(wǎng)絡技術智能化，更高的頻段，更有效利用頻率，各種網(wǎng)絡趨于融合。了解、掌握這些趨勢對移動通信運營商和設備制造商均具有重要的現(xiàn)實意義。
2網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)化、分組化
2.1無線數(shù)據(jù)——生機無限當前移動數(shù)據(jù)通信發(fā)展迅速，被認為是移動通信發(fā)展的一個主要方向。近年來出現(xiàn)的移動數(shù)據(jù)通信主要有兩種，一種是電路交換型的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，如TACS、AMPS和GSM中的承載數(shù)據(jù)業(yè)務以及GSM系統(tǒng)的HSCSD；另外一種是分組交換型的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，如摩托羅拉的DataTAC、愛立信的Mobitex和GSM系統(tǒng)的GPRS。
目前，無線數(shù)據(jù)業(yè)務只占GSM網(wǎng)絡全部業(yè)務量中的很小一部分，但是在未來的兩年中這種狀況將開始扭轉(zhuǎn)，并大大改變。1999年以后，隨著HSCSD、GPRS等新的高速數(shù)據(jù)解決方案顯露崢嶸，并成為數(shù)據(jù)應用的新焦點，無線數(shù)據(jù)將成為運營商經(jīng)營計劃中越來越重要的部分，它預示著未來大量的商業(yè)機遇。
（1）應用驅(qū)動市場
無線數(shù)據(jù)業(yè)務的主要驅(qū)動力在于用戶的應用。話音是單一的、易于被大眾所接受的業(yè)務，然而無線數(shù)據(jù)則不同，無線數(shù)據(jù)最初的應用重點放在運輸管理這樣的專業(yè)市場。近期無線數(shù)據(jù)業(yè)務的目標市場是銷售人員或現(xiàn)場工程師這樣的用戶群。從這些先發(fā)目標的應用中積累無線數(shù)據(jù)的經(jīng)驗，并從中受益。
在過去的十年里，傳統(tǒng)的生活方式已經(jīng)在迅速改變，人們更經(jīng)常性地移動，職業(yè)和個人生活之間的分界變得模糊，人們需要不分時間、地點訪問很重要的信息。發(fā)生在用戶身上的這種生活方式的改變將成為驅(qū)動無線數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的重要因素。
（2）因特網(wǎng)的影響
和通信的其他領域一樣，無線數(shù)據(jù)業(yè)務的一個最重要的驅(qū)動力來自Internet。根據(jù)最近的研究，未來兩年歐洲的因特網(wǎng)用戶數(shù)量將翻一番。在我國，因特網(wǎng)用戶的年增長率將高達300%，顯然用戶在運動中接入因特網(wǎng)的需求將會增長。
為了滿足接入因特網(wǎng)的需求，一個全球性的開放協(xié)議——無線應用協(xié)議（WAP）應運而生。WAP為將Internet的信息內(nèi)容以及增值業(yè)務傳送到移動終端提供了一種開放的通用標準，實現(xiàn)了IP與GSM網(wǎng)絡的橋接，是一個為廠商提供加速市場增長、避免網(wǎng)絡割接、保護運營商投資的標準，WAP確保任何與WAP兼容的GSM手機都能工作。
（3）數(shù)據(jù)速率的發(fā)展
GSM承載業(yè)務所提供的GSM數(shù)據(jù)速率最高只能達到9.6kbit／s。國際上1998年引入的高速電路交換數(shù)據(jù)（HSCSD）技術將實現(xiàn)57kbit／s的數(shù)據(jù)速率，對要求連續(xù)比特率和傳輸時延小的應用是理想的，如會議電視、電子郵件、遠程接入企業(yè)的局域網(wǎng)和無線圖像。1999年商用化的GPRS是第一個GSM分組數(shù)據(jù)應用，將實現(xiàn)超過100kbit／s的數(shù)據(jù)速率。對較短的“突發(fā)”類型業(yè)務是理想的，如信用卡認證、遠程測量和遠程事務處理。EDGE（增強數(shù)據(jù)速率GSM改進模式）使用修改過的GSM調(diào)制方式來實現(xiàn)超過300kbit／s的數(shù)據(jù)速率。EDGE會讓GSM運營商特別受益，他們不但可以贏得第三代移動通信的經(jīng)營執(zhí)照，還可以提供有競爭力的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。
2.2個人多媒體通信——網(wǎng)絡演進的方向
對隨時隨地話音通信的追求使早期移動通信走向成功。移動通信的商業(yè)價值和用戶市場得到了證明，全球移動市場以超凡的速度增長。移動通信演進的下一階段是向無線數(shù)據(jù)乃至個人移動多媒體轉(zhuǎn)移，這一進展已經(jīng)開始，并將成為未來重要的增長點。個人移動多媒體將根據(jù)地點為人們提供無法想像的、完善的個人業(yè)務和無線信息，將對人們工作和生活的各個方面產(chǎn)生影響。在個人多媒體世界里，話音郵件和電子郵件被傳送到移動多媒體信箱中；短信將成為帶有照片和視頻內(nèi)容的電子明信片；話音呼叫將與實時圖像相結(jié)合，產(chǎn)生大量的可視移動電話，還將實現(xiàn)移動因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)瀏覽。像無線會議電視這樣的應用將隨處可見，電子商務將蓬勃開展。對于運動中的用戶還有隨時隨地的各種信箱和娛樂服務。
3網(wǎng)絡技術的寬帶化
在電信業(yè)歷史上，移動通信可能是技術和市場發(fā)展最快的領域。業(yè)務、技術、市場三者之間是一種互動的關系，伴隨著用戶對數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務需求的增加，網(wǎng)絡業(yè)務向數(shù)據(jù)化、分組化發(fā)展，移動網(wǎng)絡必然走向?qū)拵Щ?/p>
通過使用電話交換技術和蜂窩無線電技術，70年代末誕生了第一代模擬移動電話。AMPS（北美蜂窩系統(tǒng)）、NMT（北歐移動電話）和TACS（全向通信系統(tǒng)）是三種主要的窄帶模擬標準。第一代無線網(wǎng)絡技術的一大成就就是去掉了將電話連接到網(wǎng)絡的用戶線。用戶第一次能夠在他們所在的任何地方無線接收和撥打電話。
第二代系統(tǒng)引入了數(shù)字無線電技術，它提供更高的網(wǎng)絡容量，改善了話音質(zhì)量和保密性，并為用戶引入了無縫的國際漫游。今天世界市場的第二代數(shù)字無線標準，包括GSM、MMPS、PDC（日本數(shù)字蜂窩系統(tǒng)）和IS95CDMA等，均仍為窄帶系統(tǒng)。
第三代移動系統(tǒng)，即IMT-2000，是一種真正的寬帶多媒體系統(tǒng)，它能夠提供高質(zhì)量寬帶綜合業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。2000年以后，窄帶移動電話業(yè)務需求將依然很大，但隨著Internet等高速數(shù)據(jù)通信及多媒體通信需求的驅(qū)動，寬帶多媒體綜合業(yè)務將逐步增長，而且就未來信息高速公路建設的無縫覆蓋而言，寬帶移動通信作為整個移動市場份額的子集將顯得愈來愈重要。
第三代系統(tǒng)預計在2002年投入商用。
從第二代到第三代系統(tǒng)的變化并不像從第一代模擬網(wǎng)絡到第二代數(shù)字網(wǎng)絡那樣存在重大的技術變遷。從目前的技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢來講，第二代系統(tǒng)將逐步子滑過渡到第三代系統(tǒng)，在此演進過程中，移動網(wǎng)絡所能實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率逐步升級：GSM承載業(yè)務所能提供的數(shù)據(jù)速率為9.6kbit／s，1998年商用的HSCSD技術實現(xiàn)了57kbit／s的數(shù)據(jù)速率，1999年引入的GPRS將實現(xiàn)超過100kbit／s的數(shù)據(jù)速率，將在2000年引入的EDGE技術可實現(xiàn)超過300kbit／s的數(shù)據(jù)速率。2001年后投入商用的第三代系統(tǒng)將能夠在廣域網(wǎng)上實現(xiàn)384kbit／s的數(shù)據(jù)速率，在辦公室和家中還可以達到2Mbit／s。
4網(wǎng)絡技術的智能化
移動通信需求的不斷增長以及新技術在移動通信中的廣泛應用，促使移動網(wǎng)絡得到了迅速發(fā)展。移動網(wǎng)絡由單純地傳遞和交換信息，逐步向存儲和處理信息的智能化發(fā)展，移動智能網(wǎng)由此而生。移動智能網(wǎng)是在移動網(wǎng)絡中引人智能網(wǎng)功能實體，以完成對移動呼叫的智能控制的一種網(wǎng)絡，是一種開放性的智能平臺，它使電信業(yè)務經(jīng)營者能夠方便、快速、經(jīng)濟、有效地提供客戶所需的各類電信新業(yè)務，使客戶對網(wǎng)絡有更強的控制功能，能夠方便靈活地獲取所需的信息。移動智能網(wǎng)通過把交換與業(yè)務分離，建立集中的業(yè)務控制點和數(shù)據(jù)庫，進而進一步建立集中的業(yè)務管理系統(tǒng)和業(yè)務生成環(huán)境來達到上述目標。通過智能網(wǎng)，運營公司可以最優(yōu)地利用其網(wǎng)絡，加快新業(yè)務的生成；可以根據(jù)客戶的需要來設計業(yè)務，向其他業(yè)務提供者開放網(wǎng)絡，增加收益。
關于移動智能網(wǎng)的研究，早在1995年就已開始，剛開始并沒有具體的標準協(xié)議出現(xiàn)，各廠商各自制定了自己的標準，并且據(jù)此進行了不少的研究工作，如Alcatel、Nortel、Ericsson等都先后推出了自己的初期產(chǎn)品。這些工作為最終移動智能網(wǎng)標準的形成積累了經(jīng)驗。
1997年末，美國蜂窩電信工業(yè)協(xié)會（CTIA）制定了移動智能網(wǎng)的第一個標準協(xié)議——IS-41D協(xié)議。1998年1月，歐洲電信標準研究所（ETSI）在GSMphase2+階段引入了CAMEL協(xié)議（移動通信高級邏輯的客戶化應用程序），當時的版本是Phase1。1998年4月，ITU-T在新推出的智能網(wǎng)能力集一2標準中描述了移動接入的功能實體，稱為CAMELphase2標準。
伴隨著移動網(wǎng)絡向第三代系統(tǒng)的演進，網(wǎng)絡的智能化程度也在不斷地提升。智能網(wǎng)及其智能業(yè)務是構(gòu)成未來個人通信的基本條件。
5更高的頻段
從第一代的模擬移動電話，到第二代的數(shù)字移動網(wǎng)絡，再到將來的第三代移動通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡使用的無線頻段遵循一種由低到高的發(fā)展趨勢。1981年誕生的第一個具有國際漫游功能的模擬系統(tǒng)NMT的使用頻段為450MHz，1986年NMT變遷到900MHz頻段。我國目前的模擬TACS系統(tǒng)的使用頻段也為900MHz。在第二代網(wǎng)絡中，GSM系統(tǒng)的開始使用頻段為900MHz，IS-95CDMA系統(tǒng)為800MHz。為了從根本上提高GSM系統(tǒng)的容量，1997年出現(xiàn)了1800MHz系統(tǒng)，GSM900／1800雙頻網(wǎng)絡迅速普及。2002年將投入商用的第三代系統(tǒng)IMT-2000則定位在2GHz頻段。
6更有效利用頻率
無線電頻率是一種寶貴資源。隨著移動通信的飛速發(fā)展，頻譜資源有限和移動用戶急劇增加的矛盾越來越尖銳，出現(xiàn)了“頻率嚴重短缺”的現(xiàn)象。解決頻率擁擠問題的出路是采用各種頻率有效利用技術和開發(fā)新頻段。
模擬制的早期蜂窩移動通信系統(tǒng)采用頻分多址方式，主要通過多信道共用、頻率復用和波道窄帶化等技術實現(xiàn)頻率的有效利用。隨著業(yè)務的發(fā)展，模擬系統(tǒng)已遠不能滿足用戶發(fā)展的需求。數(shù)字移動通信比模擬移動通信具有更大的容量。同樣的頻分多址技術，數(shù)字系統(tǒng)要求的載干比較小，因而頻率復用距離可以小一些，系統(tǒng)的容量可以大一些。而且，數(shù)字移動通信還可采用時分多址或碼分多址技術，它比模擬的頻分多址制在系統(tǒng)容量上大4-20倍。
GSM作為最具代表性和最為成熟的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，其發(fā)展歷程就是一部頻率有效利用技術的演進史。GSM采用時分多址制式，其對頻率的有效利用主要是通過頻率復用技術的不斷升級實現(xiàn)的。從傳統(tǒng)的4×3方式，到3×3、1×3、MRP、2×6等新的復用技術，頻率復用的密集度逐步提升，頻譜效率快速提高，GSM系統(tǒng)的容量得到逐步釋放。1995年開始投入商用的IS－95CDMA（窄帶）系統(tǒng)，以無線技術的先進性和大容量等特點著稱。它以擴頻技術為基礎，不同用戶的信號靠不同的編碼序列來區(qū)分，如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是相互重疊的，故理論上CDMA系統(tǒng)的頻譜利用率比GSM系統(tǒng)更高，網(wǎng)絡容量更大。同時CDMA系統(tǒng)具有一定的過載能力，即系統(tǒng)具備軟容量。作為未來第三代移動通信系統(tǒng)主流無線接入技術的WCDMA（寬帶碼分多址）能夠更高效地利用無線電頻率。它利用分層小區(qū)結(jié)構(gòu)、自適應天線陣和相干解調(diào)（雙向）等技術，網(wǎng)絡容量可得到大幅提高，可以更好地滿足未來移動通信的發(fā)展要求。
7網(wǎng)絡趨于融合，走向統(tǒng)一
7.1第三代移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
第三代系統(tǒng)的主要目標是將包括衛(wèi)星在內(nèi)的所有網(wǎng)絡融合為可以替代眾多網(wǎng)絡功能的統(tǒng)一系統(tǒng)，它能夠提供寬帶業(yè)務并實現(xiàn)全球無縫覆蓋。為了保護運營公司在現(xiàn)有網(wǎng)絡設施上的投資，第二代系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的演進遵循平滑過渡的原則，現(xiàn)有的GSM、D-AMPSIS-136等第二代系統(tǒng)均將演變成為第三代系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡，從而形成一個核心網(wǎng)家族，核心網(wǎng)家族的不同成員之間通過NNI接口聯(lián)結(jié)起來，成為一個整體，從而實現(xiàn)全球漫游。在核心網(wǎng)絡家族的，形成一個龐大的無線接入家族，現(xiàn)有的幾乎所有的無線接入技術以及WCDMA等第三代無線接入技術均將成為其成員。
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動性和隨機性，而這種特點與性能密切相關，如何建立合理的移動中繼運動模型是移動中繼系統(tǒng)研究領域的首要問題。當前研究中有的采用較簡單的隨機游動模型，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，需要考慮不同的應用場景。在3GPPR11版本中，高鐵是主要應用。在文獻［8］中，主要考慮以下兩種典型場景:場景1移動中繼服務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，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，則可以增強覆蓋，提高吞吐量，具有實際意義。
2移動中繼系統(tǒng)中的關鍵技術
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)模式和中繼的運動模型密切相關，信道建模的準確度會極大地影響系統(tǒng)性能。如文獻［9］分析了不準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動而急劇變化，同時車輛的運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測和估計方法也是非常必要的。如文獻提出了一種采用在車輛頂部使用預測性天線的信道預測和估計方法，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。現(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行協(xié)作，可以較低的復雜度獲得滿分集增益。因此，機會中繼選擇技術是移動中繼系統(tǒng)中的關鍵技術。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。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［13］提出了一種具有服務質(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)復雜度與每個目標用戶的候選中繼的數(shù)量成正比，文獻［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用戶的數(shù)量從而減少了反饋開銷。文獻［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［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算法。所謂開關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［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［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。對于不同的運營商分別安裝不同的中繼顯然并不是高效的，文獻［19］基于此提出了共享頻譜分配算法來解決此問題。該方案中不同運營商使用相同的移動中繼為某一區(qū)域內(nèi)的用戶服務，并根據(jù)鏈路質(zhì)量為不同運營商分配相應的帶寬，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［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［21］則利用博弈論理論聯(lián)合考慮了動態(tài)服務選擇和帶寬分配的問題。為了獲得更好的服務質(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化博弈和微分博弈的博弈結(jié)構(gòu)。在下層，動態(tài)服務選擇可以建立為一個進化博弈模型;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。
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等原因，如何設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鍵問題，文獻此進行了深入研究。在高速運動場景，大量用戶很可能需要進行頻繁的小區(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。當車輛進入重疊區(qū)域時，前置天線執(zhí)行切換至目標基站，后置天線將和服務基站保持連接。當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質(zhì)量和吞吐量的效果明顯，除了以上提到的關鍵問題外，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)點的引入必然導致更加嚴重的干擾問題。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雜。預測性天線的使用將提高CSI的準確性，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
4G移動網(wǎng)絡通信技術相比于3G具有很強的優(yōu)越性，首先4G通信技術速度更加的快，第二代移動通信系統(tǒng)最高的傳輸速率是32kbps,第三代組高速率為2mbps，經(jīng)專家科學預測第四代移動通訊技術最高可達100mbps速度。其次，4G移動網(wǎng)絡通信技術將實現(xiàn)高質(zhì)量多媒體通信，第四代移動網(wǎng)絡通信技術比第三代覆蓋范圍更廣，質(zhì)量更高，更能滿足人們對高分辨率的多媒體需要。最后，能夠為客戶提供多樣化的增值服務，4G是利用正教多任務分頻技術來實現(xiàn)數(shù)字音頻廣播等多樣化的增值服務，能夠更好地滿足使用者的多樣化的需要。
二、4G移動通信技術的安全缺陷
1、安裝的應用程序存在安全漏洞。
現(xiàn)階段網(wǎng)絡技術還處于不成熟階段，軟件中存在著許多的安全漏洞，網(wǎng)絡瀏覽器和其他應用程序很容易出現(xiàn)故障。很多人對4G網(wǎng)絡認識不清，對4G移動通信安全系統(tǒng)不了解，不正常的操作極易出現(xiàn)系統(tǒng)問題和死機現(xiàn)象導致信息的不安全和不完整。
2、病毒的破壞。
4G移動網(wǎng)絡通信技術雖然有很多的優(yōu)勢，但它也跟其他網(wǎng)絡一樣懼怕病毒。病毒是安全系統(tǒng)的蛀蟲，當病毒入侵網(wǎng)絡系統(tǒng)后后不僅僅會對電腦網(wǎng)絡的傳輸途徑造成很大的破壞，而且會導致信號傳播中出現(xiàn)亂碼，妨礙信息的正確傳遞。
3、黑客的入侵。
黑客是指擁有高級知識的程序編輯人員，并且通過編程序來操作系統(tǒng)，利用電腦系統(tǒng)存在的漏洞非法的侵入他人系統(tǒng)，盜取他人的信息資料，非法獲得自身所需要的東西的人。黑客的入侵通常會導致系統(tǒng)安全的破壞，使他人利益損壞，對他人造成危害。
三、完善4G移動通信技術
4G系統(tǒng)是一個業(yè)務多種多樣的異構(gòu)網(wǎng)絡，現(xiàn)有的3G安全方案加/解密匙的方法并不適用于4G系統(tǒng)。4G安全系統(tǒng)將是一種輕量的具有復合特點的能夠重復配置的系統(tǒng)。僅僅有防范和檢查作用的安全系統(tǒng)是不能完全保衛(wèi)系統(tǒng)的安全的，建立能夠?qū)Σ《居幸欢ǖ牡钟芰妥詣踊貜湍芰Π踩到y(tǒng)是非常必要的。所有的系統(tǒng)都會有一定的缺陷，一旦發(fā)生了信息的泄露將產(chǎn)生不可挽回的災難性的損失。人為的缺失和自然災害都會對網(wǎng)絡系統(tǒng)，造成毀滅性的災害。要在4G移動通信系統(tǒng)中加入系統(tǒng)容災技術，一些自然災害雖然會對通信系統(tǒng)產(chǎn)生危害但是在災難過后就能快速準確的恢復原有數(shù)據(jù)，保衛(wèi)系統(tǒng)安全。作為最后數(shù)據(jù)屏障的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，不能有失誤。要想保障數(shù)據(jù)不出現(xiàn)差錯，數(shù)據(jù)容災要選用兩個存儲器，這兩個存儲器內(nèi)保存的內(nèi)容雖然一致，但是他們兩個相互獨立一個出現(xiàn)問題不會直接影響另外一個，這兩個儲存器一個放在本地另外一個放在異地。它們通過IP連接在一起，是一個具有完整性、準確性、安全性的容災系統(tǒng)，二者同時為為本地的服務器服務，同時使用。要不斷地完善4G通信系統(tǒng)，無論是系統(tǒng)的硬件還是軟件都要全面升級，不斷地提升系統(tǒng)的安全性能。
四、小結(jié)
