蜂窩網絡技術和應用-資料下載頁

　　

【正文】 大城市。基于第三代蜂窩網絡的“醫學影像遠程服務”能夠使醫療資源共享，擴大專家技術的輻射范圍，提高基層醫療水平，使國家醫療 技術資源全社會共享，使“人人享有平等醫療”成為現實。 3G 網絡給“醫學影像遠程服務”提供高速的網絡多媒體傳輸，再加上分布式數據管理和集成信息平臺，為醫患之間提供高質量的無損壞的醫學影像傳輸。只要在有 3G 網絡覆蓋的城鄉或農村，通過手機就能與專家進行交流，除了文字和語音的溝通，醫生更能通過患者實時視頻來做出更精確的診斷。 六 第四代通信網絡技術 4G 通信技術的日新月異，的確給我們帶來了不少享受。隨著數字通信與多媒體業務需求的發展，適應移動數據，移動計算及移動多媒體運作需要的第四代移動通信開始興起。 4G 是第四 代移動通信及其技術的簡稱，是集 3G 與 WLAN 于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。 4G 系統能夠以 100Mbps 的速度下載，比撥號上網快 2020 倍，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。 最早的移動通信電話采用的是模擬蜂窩通信技術，但是它的通信范圍很有限，效果較差，保密性也不好，于是出現了第二代也是比較流行的蜂窩網，一般采用 GSM 或 CDMA 技術，它提供了較為低速的數據業務，但是由于沒有統一標準，移動通信系統互不兼容，這為用戶帶來了 很多的不便，之后又推了介于 2G 和 3G18 之間的 EDGE 技術，允許高達 384Kbps 的數據傳輸速率。而在通信技術的不斷發展中， 3G 逐漸成為主流， 3G 的主要技術是 WCDMA 它能為用戶提供 2Mbit/s 的數據傳輸速率，由于有效的利用寬頻帶， WCDMA 能有效的處理聲音，圖像等。但是無線網絡還存在不少問題，比如如何快速獲取自己需要的信息，如何更好的為用戶提供服務而不是騷擾，如何在不同的終端之間更好的協同工作，解決這些問題即是 4G 網絡的要求。 4G 通信網的關鍵技術 目前有幾種技術正在競爭成為第四代移動通信網絡最終 采用的技術。其中OFDM 和 MCCDMA 是物理接口可能采用的技術；全 IP 和 WLAN 是高層的主要競爭者。 正交頻分復用（ OFDM） 正交頻分復用 (OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種特殊的多載波傳輸方案，它既可以看作是一種調制技術，也可以看作是一種復用技術，它能最大程度的提高物理層信息傳輸的可靠性?；驹硎且粋€大的無線信號被劃分為若干小信號，然后分別在不同的頻率上傳輸到接收端。它能滿足的 4G無線網絡的三個最主要要求：覆蓋遠，大容 量，最小成本下得 QOS保證。OFDM的載波是相互正交的，所以信號之間不會產生干擾。 為了增加系統的容量， OFDM 采用于與 MIMO 相結合的方式，通過增加發送和接收的天線個數來實現。 MIMO 天線原理如下圖： 發 射 天 線 接 收 天 線 圖 61 MIMO 天線系統原理 MIMO可以抗多徑衰落，但存在頻率選擇性衰落的缺點。如果在 OFDM的基礎上合理開發空間資源，也就是 MIMO+OFDM，就可以提供更高的數據傳輸速率。 OFDM由于碼率低和加入了時間保護間隔而具有極強的抗多徑干擾能力。由于 多徑時延小于保護間隔，所以系統不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網絡 (SFN)（可以用于寬帶 OFDM系統，依靠多天線來實現，采用由大量低功率發射機組成的發射機陣列消除陰影效應，來實現完全覆蓋。 19 這兩種技術已經成為目前 4G的研究熱點。 MCCDMA 多載波碼分多址 (Multi Carrier Code Division Multiple Access)是將 OFDM 和 CDMA 相結合 ,使之同時具有這兩者的優點的新型技術，基于 CDMA 和 OFDM 相組合的多載波碼分多址系統 (MC2CDMA)作為一 種多載波多址通信方式 , 具有頻譜效率高、數據傳輸率高、抗頻率選擇性衰落等特點 ,非常適宜于無線高速數據傳輸。它采用擴頻碼對原始數據擴頻后將每一碼片調制到不同的子載波上 ,即在頻域完成擴頻 ,可以獲得頻率分集的效果。 它的工作思想是： MCCDMA 先將原始數據流復制成 N 路并行數據 ,每一路數據乘以長度為 N 的頻域擴展碼的一位 ,再調制到互相正交的子載波上傳輸。這一技術能有效地抗多徑引起的符號間串擾 (ISI),并具有頻率分集的優點 ,在移動通信領域中具有廣闊的應用前景。 全 IP（ AllIP）網絡 全 IP移動通信網 (A11． p Mobile Network)是因特網 IP技術和移動通信技術迅速發展相結合的產物。第三代移動通信和第三代以后的移動通信網絡都將向全IP移動通信網絡的發展，這將是移動通信網絡和因特網網絡的一次重大變革。全IP移動通信網的基本概念是將各種無線接口標準和接入手段的數據信號通過 IP網關連接到因特網網絡。在全 IP移動通信網的網絡層移動性模型中，網絡層移動性管理可以分為兩個層次：域內移動性管理和域間移動性管理。分別指移動節點在同一域中移動的管理和在域與域之間移動的管理。 在全 IP網中 RNC和 BSC的被移動到 BTS和一系列的服務器網關中實現。這也是與現有 2G， 3G網絡的最大區別。網絡中包含的網元有： IPBTS，即 IP基站，負責執行網絡層的大部分功能； IP服務器負責處理網元之間的信令交互；網關，負責IP接入網和 IP核心網之間的互聯。全 IP應用舉例如圖 62： G S MI P B T SE D G EW C D M AG P R SI P B T SI P B T S網 關外 部 I P 網 絡I P 服 務 器I P 網 絡C S 核 心 網P S 核 心 網 圖 62 全 IP網舉例 無線局域網（ WLAN） 無線局域網絡 (Wireless Local Area Networks； WLAN)是相當便利的數據傳輸系統，它利用射 頻 (Radio Frequency； RF)的技術，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線 (Coaxial)所構成的局域網絡，使得無線局域網絡能利用簡單的存取架構20 讓用戶透過它，能夠方便的攜帶和獲取信息。 WLAN 在第四代網絡中的作用，將作為現有 3G 和全 IP 網絡的補充，在電話業務相對比較密集的地區提供區域性的服務，而且具有比 3G， 4G 無線網絡更大的寬帶。目前這種技術被看好在移動用戶群中使用，因為這適合在室內空間內傳輸高速率數據。 無線局域網最大的好處是在一個規劃的區域內能提供完全的覆蓋，比如寢室，實驗室等地方使用的無線局 域網，它能在指定的區域內，提供高速的服務，而且使用也比較方便。 4G 網絡結構 4G 是以數字寬帶為基礎的網絡，成為一個集無線 LAN 和基站寬帶網絡的混合網絡。網絡結構圖如圖 63 所示： I P 核 心 網x D S LW L A N新 無 線 接 口G S MD V BD A BI M T 2 0 0 0U M T S其 他 網 絡應 用 程 序 和服 務媒 體 接 入 系 統圖 63 4G 核心網絡 4G 的主要優勢 作為新的移動通信系統， 4G 將不僅僅應用于蜂窩電話通信領域，它還能夠提供全息錄音、遠程控制卡以及移動虛擬現實等功能。 4G通信最早的目的就是提高無線速度，是通信可以達到 100Mbps的傳輸，這也要求需要更高的帶寬和 更大的網絡信息容量。 4G通信要求終端設備的設計和操作加油更高的智能化，通信設備須開放接口，能支持多種網絡互聯。另外還引入了交換層次技術和路由技術為主的網路架構?？偨Y它的優勢主要有： （ 1） 信息傳輸速率更快 （ 2） 帶寬更寬 （ 3） 容量更大 （ 4） 智能性更高 （ 5） 兼容性更強 21 （ 6） 高質量多媒體通信 （ 7） 通信費用更便宜 4G 存在的缺陷 從 4G 的優勢可以看出，以 4G 為發展方向的下一代通信網絡將給我們帶來非常大的便利。但是業界內很多人認為 4G 網絡將會面對前所未有的技術難題，有很多技術領域需要公關。 4G 可能面臨的問題有： （ 1） 標準統一問題 我們知道現有 的通信網絡各種移動通信系統相互之間都不兼容，而且也沒有統一的標準。而第四代通信網絡的首先要解決的就是通信系統的標準化統一問題。 （ 2） 技術問題 4G 通信網絡的初衷就是高速，而在現實生活中，由于空間環境因素的影響，通信信號強度相對比較難保證。另外，基站轉移，通信網絡架構等問題，都是迫切要解決的問題。 （ 3） 容量受限問題 這個問題主要是由于不斷增加的用戶和有限的系統容量造成的。 （ 4） 設施問題 目前全球范圍內的大部分無線基礎設施都是服務于 3G 網絡，因此如果要向 4G轉移的話，這些基礎設施要做大量的改進和更新?？嚯y程度不難想象。 4G 的應用 4G 網絡雖然仍在規劃和建設之中，但是全球已經有不少 4G 的產品和實際應用，具體有： （ 1） 第一個 4G 商用國（瑞典） Telia 是全球少數幾個建設 LTE 網絡的公司 ,Telia 的 4G基站、 IP網絡和測試網絡設備均來自瑞典電信設備廠商愛立信。華為也有參與建設。他們在瑞典首都提供 4G 服務，成為全球正式商用的第一個 4G 網路。 Telia 表示，新的 4G網絡可以帶來比 3G 快 10倍的速度，這意味著他們已經實現了 60100Mbps 的速度，并且由于瑞典的國土面積相對較小， Telia會很容易把 4G 信號覆蓋 99%以 上的瑞典人口。 （ 2） 4G 手機 目前已經有摩托羅拉公司生產出來了 4G 手機。這款外形奇特的概念手機是由三名設計者共同設計出來的。這款手機就好比人們的個人數字管家，不僅能與個人的朋友及時保持聯絡，還能管理人的生活和工作中的任何事情。 這款概念手機可以在 4G 網絡下工作，內置 GPS 模塊，采用圓形的觸摸界面，而社交網絡只是這款手機的一個預置功能。另外，摩托羅拉的這款概念手機還內置了高分辨率的 LED 投影儀，可謂功能極為強大和完善。其他的 4G手機還有三星 SHVE110S， i997。HTC EVO 4G。LG OPTIMUS 3D，其中HTC EVO 4G 是世界首款 4G 手機。 總得來講， 4G作為一個正在規劃，發展，建設的技術領域，雖然有其必然的優勢和發展前景，但是也還存在很多問題有待解決。目前推出的產品和局部范圍內的 4G網絡，也只能是算作一個剛剛萌芽的起點，要真正在全22 球范圍內實行，也需要時間和經驗的不斷積累才能實現突破。另外 從技術和應用層次方面講， 4G 將不僅僅應用于蜂窩電話通信領域，它還能夠提供全息錄音、遠程控制卡以及移動虛擬現實等功能。但這樣的系統要得到廣泛的應用，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。 23 參考文獻 [1] Ajay R Mishra 等著 ,胡建村 ... 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