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未來無線通信領(lǐng)域的新技術(shù)

云知道

摘要：文章討論了影響未來無線通信的重要新技術(shù)，如建筑物內(nèi)無線通信、CDMA在向4G演進(jìn)中面臨的挑戰(zhàn)等；探討了提高頻譜利用率的措施，如OFDM、UWB、空時調(diào)制編碼、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化設(shè)計 。要害詞：碼分多址；正交頻分復(fù)用；超寬帶Abstract:The paper discusses some key technologies that will influence wireless communication in the future, sUCh as wireless communication in buildings and challenges encountered during the evolution from CDMA to 4G. It additionally analyzes the measures to improve the frequency spectrum utilization ratio, such as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), ultra wideband (UWB), space-time modulation and coding, Ad hoc network and trans-layer network optimization. Key Words:CDMA; OFDM; UWB 目前全球移動通信用戶數(shù)已達(dá)到7億，預(yù)計到2008年移動通信用戶數(shù)可達(dá)20億 。
在無線通信產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的20世紀(jì)，成功轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的無線通信技術(shù)有GSM和CDMA 。1988年歐洲把GSM作為泛歐數(shù)字蜂窩移動通信標(biāo)準(zhǔn)，GSM的先進(jìn)性使其在全球無線通信市場上迅速占據(jù)了主導(dǎo)地位 。1990年Qualcomm公司把碼分多址(CDMA)技術(shù)引入到蜂窩移動通信，美國基于CDMA技術(shù)制定了數(shù)字移動通信IS-95標(biāo)準(zhǔn) 。CDMA能提供額外的信道容量，其基帶信號處理技術(shù)能降低移動終端的復(fù)雜性 。
在無線通信產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的20世紀(jì)，也有因各種原因而失敗的探索 。一個例子是，在開展任何時間、任何地點通信的研發(fā)中，銥(Iridium)公司在空間蜂窩小區(qū)移動通信概念基礎(chǔ)上，研發(fā)基于衛(wèi)星的全球無線通信業(yè)務(wù)的銥系統(tǒng) 。由于中軌道 (MEO) 衛(wèi)星和地面站設(shè)施昂貴，用戶難以承擔(dān)每分鐘3美元的全球漫游業(yè)務(wù)費，最終使得銥系統(tǒng)推廣失敗 。但是其基于空間的越區(qū)切換、點波束天線、功率增效工程和網(wǎng)絡(luò)治理等技術(shù)后來被其他系統(tǒng)成功應(yīng)用 。另一個例子是，Metricom公司利用IP技術(shù)，采用低功率設(shè)備，在免許可證頻段(ISM工科醫(yī)頻段)上給移動用戶提供Internet接入和峰值為64～128 Kb/s基于跳飛(ricochet)分組技術(shù)的無線數(shù)據(jù)接入 。眾多跳飛基礎(chǔ)設(shè)施安裝在建筑物、燈柱和廣播塔上，給有個人計算機的移動用戶提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)接入和Internet接入 。然而，Metricom公司的研發(fā)因受到通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)的沖擊而中斷 。
綜上所述，過去的幾十年間，無線通信領(lǐng)域有許多成功或失敗的案例，無線通信產(chǎn)業(yè)一直在向前發(fā)展 。今后，由于Internet和接入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的推動，無線通信產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)快速發(fā)展 。因此探討未來無線通信領(lǐng)域的新技術(shù)具有現(xiàn)實意義 。
1 提高頻譜利用率的技術(shù)
未來10年無線高速數(shù)據(jù)傳輸不能一味僅靠頻譜的擴展，還應(yīng)在提高頻譜效率上有所突破，頻譜效率至少應(yīng)高于目前一個數(shù)量級 ?？稍谖锢韺硬捎?項技術(shù)，即正交頻分復(fù)用(OFDM)、超寬帶(UWB)和空時調(diào)制編碼 。
1.1 正交頻分復(fù)用
擴頻通信可認(rèn)為是單載頻傳輸，而OFDM是多載頻傳輸?shù)姆欠残问?。OFDM把高速串行數(shù)據(jù)流并行分配在多路低速子載頻上 。目前，OFDM成為高速寬帶無線通信的優(yōu)選方案的原因有：
(1)高速大規(guī)?？焖俑道锶~變換(FFT)芯片的商業(yè)化使得OFDM易于與軟件無線電、智能天線組合，實現(xiàn)OFDM比實現(xiàn)具有均衡器的單載頻系統(tǒng)簡單 。
(2)低速多路子載頻增加了符號的持續(xù)時間，使抗多徑衰落和符號間干擾具有魯棒性 。
(3)可編程數(shù)字信號處理器(DSP)能在多路子載頻間靈活地實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制和功率分配，有效地按需分配帶寬，提高射頻(RF)頻譜利用率 。
(4)窄帶干擾僅影響部分子載頻，OFDM具有抗窄帶干擾的魯棒性 。
(5)不同于其他寬帶接入技術(shù)，OFDM對鄰近帶寬無嚴(yán)格要求 。
20世紀(jì)60年代OFDM的多路數(shù)據(jù)傳輸已被成功地用于高頻軍事通信系統(tǒng) 。過去10多年，OFDM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于1.6 Mb/s高比特率數(shù)字用戶線(HDSL)、6 Mb/s不對稱數(shù)字用戶線(ADSL)、100 Mb/s甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)、數(shù)字音頻廣播和數(shù)字視頻廣播等方面 。最近，OFDM又被用于54 Mb/s無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a和IEEE 802.11g、高性能局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)HiperLAN/2、歐洲寬帶無線接入網(wǎng)ETSI-BRAN、IEEE 802.16 MAN和集成業(yè)務(wù)數(shù)字廣播(ISDB-T)標(biāo)準(zhǔn)中 。編碼OFDM(COFDM)被美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)接受為數(shù)字電視(DTV)陸地廣播標(biāo)準(zhǔn)，在6 MHz信道上將以19.3 Mb/s的MPEG格式分組傳輸，并進(jìn)行數(shù)字格狀編碼，計劃2006年底進(jìn)行DTV轉(zhuǎn)換 。

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