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隨著視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、電子購物、遠(yuǎn)程監(jiān)控、應(yīng)急通信等交互式多媒體應(yīng)用的日趨普及,用戶的多媒體業(yè)務(wù)需求快速增長,衛(wèi)星寬帶多媒體傳輸逐漸成為世界各國衛(wèi)星通信研究的新熱點(diǎn)。近年來,歐美一些發(fā)達(dá)國家陸續(xù)建設(shè)了多個(gè)衛(wèi)星寬帶多媒體系統(tǒng),中國的衛(wèi)星寬帶多媒體傳輸技術(shù)雖較歐美有一定差距,但已將推進(jìn)衛(wèi)星寬帶多媒體系統(tǒng)建設(shè)作為未來衛(wèi)星通信的重要發(fā)展方向之一。
歐奠:先進(jìn)技術(shù)帶來更多服務(wù)
歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)80年代就全面開展了衛(wèi)星多媒體傳輸技術(shù)的研究,90年代開始進(jìn)入規(guī)模商用階段。1997年,美聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)啟動(dòng)多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)牌照申請(qǐng)工作,各公司可以自主申請(qǐng)衛(wèi)星多媒體專用頻段,包括Ka頻段、Q/V頻段和Ku頻段。
進(jìn)入21世紀(jì)后,全球衛(wèi)星寬帶多媒體進(jìn)入了快速發(fā)展階段.歐美發(fā)達(dá)國家陸續(xù)建設(shè)了多個(gè)衛(wèi)星寬帶多媒體系統(tǒng).較有代表性的有:麥考通信公司的Teledesic系統(tǒng)、休斯公司的太空之路(Spaceway)系統(tǒng)、歐洲衛(wèi)星通信組織的Eutelsat系統(tǒng)、歐洲航空局的Artemis衛(wèi)星系統(tǒng)、EuroSkyway衛(wèi)星系統(tǒng)、美國Viasat公司的Ka寬帶星系統(tǒng)等。
Teledesic系統(tǒng)是由微軟公司和麥考通信公司籌建的一個(gè)著眼于寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)。系統(tǒng)原計(jì)劃由840顆衛(wèi)星組成,均勻分布在21個(gè)軌道平面上,實(shí)際使用后簡(jiǎn)化到288顆:Teledesic系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星可提供lo萬個(gè)16kb/s的話音信道,整個(gè)系統(tǒng)峰值負(fù)荷時(shí),可提供超出100萬個(gè)同步全雙TEl速率的連接。該系統(tǒng)同時(shí)支持視頻會(huì)議、交互式多媒體通信以及雙向高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。Teledesic系統(tǒng)以衛(wèi)星為通信節(jié)點(diǎn),構(gòu)建星間交換網(wǎng)絡(luò),具備全球覆蓋能力,是名副其實(shí)的“全球空間互聯(lián)網(wǎng)”,但由于其后續(xù)投入巨大.投資回報(bào)率低,發(fā)展受到了很大的制約。
休斯公司從2000年起開始研制太空之路(spaceway)衛(wèi)星寬帶多媒體系統(tǒng),采用分階段部署的方案。2005年,由休斯公司和波音公司共同研制的太空之路1號(hào)(SpacewayF1)成功進(jìn)入預(yù)定軌道,這是美國直播電視公司DirectTy的首顆Ka頻段高清直播衛(wèi)星,標(biāo)志著電視直播進(jìn)入高清時(shí)代。2006年,太空之路2號(hào)(Spaceway F2)發(fā)射升空,為DirectTy的八個(gè)新市場(chǎng)提供本地高清電視節(jié)目廣播服務(wù)。太空之路1號(hào)和2號(hào)一同工作,使得DirectTV公司具備傳送1500多個(gè)本地高清頻道和150多個(gè)國家高清頻道的能力。2007年發(fā)射的太空之路3號(hào)(spaceway-3)是第三代衛(wèi)星寬帶技術(shù)的代表,其星載轉(zhuǎn)發(fā)器全部為Ka頻段,數(shù)據(jù)傳輸能力可達(dá)到同期Ku頻段衛(wèi)星的五到八倍,支持全網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的多媒體IP接入。其核心技術(shù)為星上IP交換處理技術(shù)和多點(diǎn)波束技術(shù)、在星上即可完成對(duì)地面用戶數(shù)據(jù)的接收、處理和路由等功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單跳傳輸,大大降低數(shù)據(jù)延遲,從而使衛(wèi)星網(wǎng)格傳輸成為可能,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)速率高達(dá)440Mbps。
2010年,歐洲衛(wèi)星通信組織和美國衛(wèi)訊公司合作開發(fā)的Eutelsat衛(wèi)星是歐洲首顆全Ka頻段大容量寬帶多媒體通信衛(wèi)星,該星采用了最先進(jìn)的Ka波段點(diǎn)波束設(shè)計(jì),用于向歐洲、中東及非洲部分地區(qū)提供高速寬帶、視頻和數(shù)據(jù)應(yīng)用等服務(wù)。Eutelsat系統(tǒng)的地面網(wǎng)絡(luò)由10個(gè)與互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)相接的地面站組成,地面站采用了美國衛(wèi)訊公司的SurfBeam技術(shù)和設(shè)備,搭載82個(gè)Ka波段237MHz寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器,即82個(gè)點(diǎn)波束,每個(gè)點(diǎn)波束數(shù)據(jù)吞吐量為457Mb,衛(wèi)星頻率復(fù)用率極高,可達(dá)20次,總吞吐量達(dá)到70Gb/s,是標(biāo)準(zhǔn)Ku波段通信衛(wèi)星的38倍,用戶終端數(shù)量可達(dá)200萬。
2011年,美國衛(wèi)星通信設(shè)備及寬帶服務(wù)提供商Viasat的首顆寬帶通信衛(wèi)星Viasat 1升空,這是全球首顆總數(shù)據(jù)吞吐量超過100Gbps的全Ka波段的大型寬帶多媒體衛(wèi)星,其總?cè)萘砍^140Gbps,超過北美地區(qū)其他所有商用衛(wèi)星容量總和。作為下一代寬帶通信衛(wèi)星的代表,Viasat 1衛(wèi)星應(yīng)用Ka波段多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù),使衛(wèi)星總帶寬增加到最大限度。該衛(wèi)星的超大容量可滿足未來十年加速增長的多媒體互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)對(duì)衛(wèi)星帶寬的需求,并可以更快的數(shù)據(jù)傳輸速度和更高的數(shù)據(jù)量,使用戶能以合理的價(jià)格獲得更好的寬帶體驗(yàn)。
Viasat 1衛(wèi)星共有72個(gè)點(diǎn)波束,其中63個(gè)點(diǎn)波束為美國本土提供多媒體寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),其他9個(gè)點(diǎn)波束則為加拿大農(nóng)村地區(qū)用戶提供寬帶服務(wù)。該系統(tǒng)由星上系統(tǒng)以及SurBeam2地面系統(tǒng)組成,地面系統(tǒng)包括衛(wèi)星用戶終端(Ka波段蝶形天線和衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器)、網(wǎng)關(guān)衛(wèi)星地面站及網(wǎng)絡(luò)操作中心,提供多種形式的多媒體業(yè)務(wù)。該系統(tǒng)不僅滿足地面用戶的媒體密集型網(wǎng)站流量、視頻通話、流媒體視頻剪輯、新聞采集、動(dòng)態(tài)HD視頻共享等住宅型多媒體應(yīng)用需求,還可以滿足各種專業(yè)多媒體應(yīng)用的需要,如SNG、HDTV直播等,可為飛機(jī)和火車上的乘客提供多媒體接入服務(wù)。借助該系統(tǒng),用戶無論在何處居住或工作,都可以獲得等同DSL的多媒體通信服務(wù)。
中國:從衛(wèi)星電視起步
我國衛(wèi)星多媒體應(yīng)用的起步,源于衛(wèi)星廣播電視。1985年,中央電視臺(tái)通過租用國際通信衛(wèi)星向全國傳輸模擬電視信號(hào),正式拉開我國衛(wèi)星廣播電視業(yè)務(wù)的序幕。進(jìn)入21世紀(jì)、我國迎來了數(shù)字衛(wèi)星電視直播的快速發(fā)展階段。2001年,中國空間技術(shù)研究院開始研制新一代大型通信衛(wèi)星平臺(tái)――“東方紅四號(hào)”,該平臺(tái)可適用于進(jìn)一步研制大容量通信廣播衛(wèi)星和大型直播衛(wèi)星。2003年,該平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)全部研制完成。2006年,采用該平臺(tái)的“鑫諾二號(hào)”直播衛(wèi)星發(fā)射,這是我國首顆電視直播衛(wèi)星,配置22路Ku頻段高功率轉(zhuǎn)發(fā)器。其后陸續(xù)成功發(fā)射鑫諾三號(hào)、中星9號(hào)、中星10號(hào)、中星6A、中星2A等多顆廣播和直播電視衛(wèi)星。目前,我國大陸地區(qū)已實(shí)現(xiàn)幾十套衛(wèi)星高清電視節(jié)目和100多套標(biāo)清數(shù)字電視節(jié)目的廣播,“村村通”和“戶戶通”直播衛(wèi)星用戶超過3000萬戶。
與衛(wèi)星廣播相比,其他寬帶衛(wèi)星多媒體應(yīng)用在我國雖得到一定的發(fā)展,但普及面不大。較有代表性的有雙威通信網(wǎng)絡(luò)有限公司經(jīng)營的高速Turbo 163平臺(tái)、中國通信廣播衛(wèi)星公司經(jīng)營的“中星寬帶”平臺(tái)和“中星在線”系統(tǒng)、東方家園信息公司使用的電子商務(wù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、上海建華衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)公司等單位經(jīng)營的“寬帶之星”系統(tǒng)、中國衛(wèi)星通信公司的IPSTAR~.星寬帶系統(tǒng)等。Turb0163系統(tǒng)自2001年起開始運(yùn)營,定位為全國性空中寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái),轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星采用“亞太3號(hào)”同步軌道衛(wèi)星。該系統(tǒng)采用休斯公司的DirectPG信息接入技術(shù),為用戶提供高速上網(wǎng)、多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)、多媒體證券行情傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。中國通信廣播衛(wèi)星公司研制的“中星寬帶衛(wèi)星多媒體”平臺(tái)集成先進(jìn)的視頻會(huì)議系統(tǒng),集音視頻和數(shù)據(jù)協(xié)同操作為一體,能提供多種方式的數(shù)據(jù)共享功能,采用DVB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸。其功能包括衛(wèi)星多媒體節(jié)目實(shí)時(shí)傳輸和投遞、衛(wèi)星廣播/組播模式視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育等。中國衛(wèi)通IPSTARTJ星寬帶系統(tǒng)是基于IPSTAR衛(wèi)星的低成本、高容量衛(wèi)星寬帶平臺(tái),該系統(tǒng)將衛(wèi)星通信與基于IP的寬帶業(yè)務(wù)結(jié)合,與地面寬帶網(wǎng)絡(luò)互為備份和補(bǔ)充,能同時(shí)滿足千萬級(jí)用戶的寬帶多媒體傳輸需求。其主要業(yè)務(wù)包括MPEG4視頻流直播、雙向互動(dòng)視頻、新聞采集和TV回程服務(wù)、視頻點(diǎn)播、應(yīng)急可視信息采集、視頻監(jiān)控、移動(dòng)中繼、鏈路備份等。
總體上看,我國衛(wèi)星多媒體業(yè)務(wù)還是以衛(wèi)星廣播和直播業(yè)務(wù)為主,其他衛(wèi)星多媒體應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較小,大多集中在特定行業(yè)內(nèi),并未形成大規(guī)模普及應(yīng)用。
未來走向何方?
從國際衛(wèi)星通信發(fā)展來看,Ka頻段衛(wèi)星通信已成為下一代寬帶多媒體衛(wèi)星通信發(fā)展的主要方向。Ka衛(wèi)星通信系統(tǒng)將發(fā)展成遠(yuǎn)程空間寬帶信息傳輸?shù)闹饕问?,其與地面無線寬帶通信、地面有線寬帶通信共同構(gòu)成覆蓋全球的信息高速公路網(wǎng)。預(yù)計(jì)5年后,Ka新星數(shù)量將為現(xiàn)在5倍以上,單顆Ka星的容量可高達(dá)幾百Gbps,Ka資源將占固定軌道衛(wèi)星資源的80%以上。目前,我國衛(wèi)星多媒體業(yè)務(wù)基本上還是承載在Ku頻段和c頻段上,由于這些頻段已屬于過度開發(fā),擁擠不堪,嚴(yán)重制約我國衛(wèi)星寬帶多媒體的進(jìn)一步發(fā)展。所以,全面開發(fā)Ka頻段多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)迫在眉睫。
完整的衛(wèi)星寬帶多媒體系統(tǒng)包括空間段、地面段和用戶段三部分,其中空間段由一顆或多顆專用寬帶多媒體衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成,地面段由網(wǎng)絡(luò)管理中心以及多個(gè)衛(wèi)星信關(guān)站組成.用戶段由多種形態(tài)的多媒體業(yè)務(wù)終端組成。從空間段上看,我國尚缺乏自主研制的Ka頻段多媒體衛(wèi)星,擁有專用的寬帶多媒體衛(wèi)星是地面應(yīng)用規(guī)模開展的前提。目前,國外運(yùn)營的寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)主要有低軌道、中高軌道和同步軌道三種類型。其中,同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)具有單顆星覆蓋面廣,技術(shù)相對(duì)成熟、研制成本和后續(xù)運(yùn)營成本低等優(yōu)點(diǎn),更適合我國在發(fā)展Ka寬帶多媒體衛(wèi)星初期采用。同時(shí),我國應(yīng)開展星上處理和交換技術(shù)的研制和應(yīng)用,逐步轉(zhuǎn)變衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)的角色,實(shí)現(xiàn)真正的“空中網(wǎng)絡(luò)交換”。
【關(guān)鍵詞】 4G 移動(dòng)通信技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)
隨著我國通信業(yè)的發(fā)展,3G通信技術(shù)的發(fā)展給用戶帶來了前所未有的體驗(yàn),也給用戶帶來了豐富的應(yīng)用,但3G通信系統(tǒng)的無線傳輸模式的傳輸速率和數(shù)據(jù)格式的限制制約了無線通信技術(shù)的發(fā)展,不能滿足人們對(duì)無線通信的需求,因此人們提出了4G無線通信技術(shù)。4G技術(shù)是對(duì)當(dāng)前3G技術(shù)的一次全新的革新和發(fā)展,它融合了3G通信技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn),同時(shí)提供了更為高速的信息傳輸速度,為用戶的多媒體業(yè)務(wù)提供了工作平臺(tái),同時(shí)具有更好的安全性和保密性,因此,在通信業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
一、4G移動(dòng)通信技術(shù)的定義
目前,在通信行業(yè)內(nèi)對(duì)4G移動(dòng)通信技術(shù)沒有統(tǒng)一的科學(xué)定義,一般依靠功能性描述作為4G移動(dòng)通信技術(shù)的界定。 4G移動(dòng)通信技術(shù)首先具有在任何地點(diǎn)和時(shí)間以可能的方式無障礙地接入通信網(wǎng)絡(luò)。其次,4G移動(dòng)通信用戶具有選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的自由。第三, 4G移動(dòng)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電子商務(wù)的綜合性業(yè)務(wù)。最后,4G移動(dòng)通信技術(shù)可以適應(yīng)其它網(wǎng)絡(luò)、體系和系統(tǒng),開展物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)。
二、4G移動(dòng)通信技術(shù)的特征
目前,4G 通信會(huì)使我們可以更加自由自在的溝通信息,改變我們現(xiàn)在的生活方式和工作方式。4G通信將具有下面的特征。
2.1 通信速度較快
4G通信給人印象最深刻的特征應(yīng)該是它具有比3G快得多的無線通信速度。3G數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mbps,而4G數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到10Mbps至20Mbps,甚至最高可以達(dá)到每秒高達(dá)100Mbps速度傳輸無線信息。在需要傳送海量數(shù)據(jù)時(shí),4G通信可以迅速完成,不需要用戶長時(shí)間等待。
2.2 更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜
為了取得更快的數(shù)據(jù)傳輸速度,通信營運(yùn)商必須在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行大幅度的改進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬。未來的每個(gè)4G信道將占有100MHz的頻譜,比3G的帶寬增加20 倍。
2.3 具有靈活的通信方式及兼容性
目前,4G 通信將使我們不僅可以隨時(shí)隨地通信,雙向下載傳遞資料、圖畫、影像,還可以像信用卡一樣用于購物和提取現(xiàn)金。另外,4G移動(dòng)通信技術(shù)的兼容性更好,不但具備全球漫游、接口開放的功能,還具有向下兼容各網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的特點(diǎn)。
2.4 提供各種增值服務(wù)
3G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以CDMA為核心技術(shù),而4G移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)則以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)和核心,利用OFDM人們可以實(shí)現(xiàn)例如無線區(qū)域環(huán)路(WLL)、數(shù)字音訊廣播(DAB)等方面的無線通信增值服務(wù)。
2.5 實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的多媒體通信
4G通信能滿足高速數(shù)據(jù)和高分辨率多媒體服務(wù)的需要,它包括語音、數(shù)據(jù)、影像等大量信息透過寬頻的信道傳送出去,是一種真正意義上的“多媒體移動(dòng)通信”。3D視頻技術(shù)也將會(huì)應(yīng)用到4G通信上,可以在 4G手機(jī)上看立體的視頻。
三、4G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
4G系統(tǒng)針對(duì)各種不同業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng),通過多媒體接入連接到基于IP的核心網(wǎng)中?;贗P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用戶可實(shí)現(xiàn)在 3G、4G、WLAN及固定網(wǎng)間無縫漫游。4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層:物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。其中,物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能;中間環(huán)境層的功能有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量映射、地址變換和完全性管理等;而應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層是直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的。其作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程相互通信的同時(shí),完成一系列業(yè)務(wù)處理所需的服務(wù)。
四、4G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)
4.1 正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)
OFDM 技術(shù)是將信道分成若干正交子信道,將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。OFDM 技術(shù)具有頻譜利用率高的優(yōu)點(diǎn),其頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍;OFDM技術(shù)抗衰落能力強(qiáng),OFDM通過多子載波傳輸提高了對(duì)脈沖噪聲的抵抗和降低了通信信道快衰落的可能;OFDM技術(shù)適合高速數(shù)據(jù)傳輸,采用自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使變化調(diào)制方式、信道和加載算法,提高信息傳送的速率;OFDM 技術(shù)抗碼間干擾能力強(qiáng),用循環(huán)前綴的方式對(duì)抗碼間的干擾。
4.2 智能天線技術(shù)(SA)
SA技術(shù)為波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能,被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。SA技術(shù)成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾,增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號(hào),既能改善信號(hào)質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的收發(fā),同時(shí),通過基帶數(shù)字信號(hào)處理器,對(duì)各天線鏈路上接收到的信號(hào)按一定算法進(jìn)行合并,實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。
4.3 軟件無線電技術(shù)(SDR)
軟件無線電是4G移動(dòng)通信技術(shù)的微電子技術(shù)基礎(chǔ),以開放性的平臺(tái),方便的升級(jí)和重配置構(gòu)造一個(gè)具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái),允許多方運(yùn)營的介入。
4.4 IPv6 技術(shù)
IPv6具有巨大的網(wǎng)絡(luò)地址的空間方便為通信網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址; IPv6 方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置, 獲得一個(gè)全球惟一的路由地址; IPv6服務(wù)質(zhì)量高于傳統(tǒng)的IPv4, 便于形成基于服務(wù)級(jí)別的系統(tǒng); IPv6具有移動(dòng)性, 移動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)用 IPv6 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)位置變化時(shí)通信質(zhì)量不變。
4.5 多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)
MIMO技術(shù)是指在基站和移動(dòng)終端都有多個(gè)天線。MIMO技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益??臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線,充分利用空間傳播中的多徑分量,在同一頻帶上使用多個(gè)子信道發(fā)射信號(hào),使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加??臻g分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?;诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時(shí)碼可獲得高的編碼增益和分集增益,已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。MIMO技術(shù)可提供很高的頻譜利用率,且其空間分集可顯著改善無線信道的性能,提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。
五、4G 移動(dòng)通信技術(shù)的展望
據(jù)統(tǒng)計(jì),全球的移動(dòng)通信用戶終端數(shù)量高達(dá)45億,占地球上總?cè)丝诘乃姆种?,移?dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人與人的互聯(lián),未來的4G 移動(dòng)通信技術(shù)將實(shí)現(xiàn)人與互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)3G移動(dòng)通信技術(shù)推動(dòng)了智能手機(jī)和掌上電腦的發(fā)展,應(yīng)用手機(jī)和PDA等終端設(shè)備上網(wǎng)已經(jīng)成為用戶的基本需求,而未來的4G移動(dòng)通信技術(shù)將改變現(xiàn)狀用計(jì)算機(jī)上網(wǎng)的習(xí)慣,基于4G網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)傳輸效率,未來的移動(dòng)通信中可視化多媒體化將成為趨勢(shì),更豐富的4G移動(dòng)通信應(yīng)用將改變未來人與人、人與物、人與網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)通關(guān)系,人類將真正進(jìn)入無線互聯(lián)時(shí)代。
六、結(jié)語
綜上所述,4G移動(dòng)通信技術(shù)作為不遠(yuǎn)的未來移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì),必然成為影響人們生活的又一重大變革,將對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此我們應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn),爭(zhēng)取在4G移動(dòng)通信領(lǐng)域掌握先機(jī),專研和開發(fā)4G移動(dòng)通信技術(shù),為未來4G 移動(dòng)通信的發(fā)展和推廣作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
參 考 文 獻(xiàn)
信息時(shí)代科技日新月異,移動(dòng)通信作為新技術(shù)之一,近年來不斷深入地改變著人們的工作和生活,人們一直在追求更高性能、更快速的移動(dòng)通信技術(shù)?,F(xiàn)在4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建網(wǎng)上市,在市場(chǎng)需求和技術(shù)推進(jìn)的雙重驅(qū)動(dòng)下,大批技術(shù)人員已經(jīng)開始啟動(dòng)了對(duì)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)的研究。由于5G技術(shù)過于新穎,目前還未對(duì)5G的概念有一個(gè)清晰的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的定義。
2第五代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展方向
第五代移動(dòng)通信技術(shù)目前有五大應(yīng)用的場(chǎng)景,分別是支持大規(guī)模人群、超高速數(shù)據(jù)連接、可靠的實(shí)時(shí)通信、實(shí)時(shí)的多媒體通信、高品質(zhì)的最佳體驗(yàn)。第五代移動(dòng)通信技術(shù)想要達(dá)到這五個(gè)性能目標(biāo),必須要努力做到:信息傳輸速率要達(dá)到10GB/s左右,信號(hào)頻譜利用率要提高到以前的10倍,通信業(yè)務(wù)時(shí)延要做到小于5m/s,通信網(wǎng)絡(luò)容量要提升到四代的1000倍左右,信號(hào)能量效率要提升到之前的10倍。達(dá)到此要求的第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將不再是簡(jiǎn)單的容量增大和速率提升,而是能夠提供更多的移動(dòng)終端應(yīng)用和良好的用戶體驗(yàn)。
3第五代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)探討
上節(jié)對(duì)5G的發(fā)展需求與方向作了總體性的概括,為了滿足這些需求,現(xiàn)在通信領(lǐng)域可行的網(wǎng)絡(luò)、物理層關(guān)鍵技術(shù)主要有超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)部署和大規(guī)模天線陣列等。
3.1超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)
在未來的5G通信中,無線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及,數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長。未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū),這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋,大幅度提升系統(tǒng)容量,并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流,具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來,面向高頻段大帶寬,將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案,部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。在超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中,下面幾個(gè)應(yīng)該是主要關(guān)注點(diǎn):①密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)下的干擾協(xié)調(diào)。3GPPRel-12提出密集小小區(qū)部署的場(chǎng)景。未來的5G發(fā)展,小區(qū)將進(jìn)一步分裂,甚至出現(xiàn)多重覆蓋的場(chǎng)景。在這種情況下,干擾環(huán)境將更加復(fù)雜,傳統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)方法及其增強(qiáng),如頻率、時(shí)間的復(fù)用,功率控制等,在更密集網(wǎng)絡(luò)下的效果將比較有限。因此,密集網(wǎng)絡(luò)下的干擾管理,尤其是同部署的干擾協(xié)調(diào)方案,將是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要重點(diǎn)考慮的方向。②密集網(wǎng)絡(luò)下的資源管理。密集網(wǎng)絡(luò)的部署能夠帶來一定程度系統(tǒng)性能的提高,但是在現(xiàn)有技術(shù)條件下,系統(tǒng)性能的提升并不能與部署的密集程度成正比。因此密集網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景下資源的有效利用、進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源的復(fù)用應(yīng)該是達(dá)到5G網(wǎng)絡(luò)性能要求的重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。③基站間通信效率。由于基站之間的非理想反饋回路,不能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的信令交互,因此很多方案無法達(dá)到預(yù)期的效果,成為制約網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素。尤其是密集網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景下,需要更多的交互信令、更加有效的無線環(huán)境、信道測(cè)量與估計(jì),因此基站間通信效率也將是支持未來5G支持密集網(wǎng)絡(luò)部署的關(guān)鍵技術(shù)之一。
3.2大規(guī)模MIMO
多天線技術(shù)(MIMO)作為近年來備受關(guān)注的技術(shù)之一,經(jīng)歷了從無源到有源,從二維到三維,從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展,將有望實(shí)現(xiàn)將信號(hào)頻譜效率提升到之前的數(shù)十倍甚至更高,是當(dāng)前5G技術(shù)重要的研究方向之一。在LTE-A系統(tǒng)中最大支持8*8的天線陣列,但是仍有很大發(fā)展空間。MIMO技術(shù)引入有源天線陣列,可使基站側(cè)支持的天線協(xié)作數(shù)有望達(dá)到128個(gè)。此外,原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列,形成新穎的3D-MIMO技術(shù),支持多用戶波束智能賦型,減少用戶間干擾,結(jié)合高頻段毫米波的技術(shù),將進(jìn)一步改善無線信號(hào)覆蓋性能。大規(guī)模MIMO的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①大規(guī)模MIMO的空間分辨率顯著增強(qiáng),能深度挖掘空間維度資源,使得移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)用戶可以在同一時(shí)頻資源上利用大規(guī)模MIMO提供的空間自由度與基站同時(shí)進(jìn)行通信,從而在不需要增加帶寬和基站覆蓋率的情況下實(shí)現(xiàn)頻譜效率的大幅度提高。②大規(guī)模MIMO可將波束集中在很窄的范圍內(nèi),從而大幅度降低無線信道干擾。③大規(guī)模MIMO可大幅度降低天線的發(fā)射功率,從而提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率效率。④當(dāng)天線數(shù)量足夠多時(shí),最簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼和線性檢測(cè)器趨于最優(yōu),并且信道噪聲和干擾都可忽略不計(jì)。
4結(jié)語
【關(guān)鍵詞】高職;移動(dòng)通信技術(shù);專業(yè)課程;教學(xué)改革
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和信息產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大,通信領(lǐng)域的人才缺口逐年增大。3G時(shí)代的技術(shù)革命使通信企業(yè)對(duì)高職通信專業(yè)的培養(yǎng)的人才提出了更高的專業(yè)要求。學(xué)生除了掌握基本通信、電子理論知識(shí)和具備基礎(chǔ)實(shí)踐動(dòng)手能力的情況下,通信企業(yè)對(duì)高職移動(dòng)通信專業(yè)學(xué)生的崗位適應(yīng)性和擴(kuò)展性,新技術(shù)、新科技認(rèn)知度,綜合能力素質(zhì)方面均提出了更高的要求。
一、漳州城市職業(yè)學(xué)院移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與特點(diǎn)
(1)漳州城市職業(yè)學(xué)院移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。堅(jiān)持“以就業(yè)為導(dǎo)向,以職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)為本位”的指導(dǎo)思想,通過本專業(yè)的學(xué)習(xí),使學(xué)生能夠進(jìn)行移動(dòng)通信基站建設(shè)與維護(hù)、3G移動(dòng)通信產(chǎn)品生產(chǎn)與檢修、3G移動(dòng)通信增值業(yè)務(wù)開發(fā),掌握現(xiàn)代通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù),熟悉常用移動(dòng)通信系統(tǒng)及3G網(wǎng)絡(luò)、智能天線等的工作原理,能勝任通信產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的電子工程師、電子技術(shù)員工作,能在通信產(chǎn)品銷售和客服等企業(yè)擔(dān)任移動(dòng)通信終端的硬件維修和刷機(jī)等軟件維修、通信產(chǎn)品銷售工作,并具備一定的可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技能型專門人才。(2)漳州城市職業(yè)學(xué)院移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)主要課程。電路基礎(chǔ)、電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)、Protel、通信基礎(chǔ)理論、C及C++程序設(shè)計(jì)、光纖通信技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、移動(dòng)通信原理與系統(tǒng)、移動(dòng)通信設(shè)備、數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)通信終端設(shè)備維修、現(xiàn)代交換技術(shù)、3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、帶接入技術(shù)、信息安全等。(3)漳州城市職業(yè)學(xué)院移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)特色。立足行業(yè)優(yōu)勢(shì),培育緊缺人才。2012年2月14日,總投資108億元的漳州聯(lián)想科技城項(xiàng)目在漳州正式簽約。該項(xiàng)目集科技產(chǎn)業(yè)、數(shù)字商業(yè)、智能生活為一體,包括云計(jì)算中心、物聯(lián)網(wǎng)中心、移動(dòng)互聯(lián)中心、綜合購物娛樂中心、智能化住宅等項(xiàng)目。凸顯實(shí)踐教學(xué),提高綜合素質(zhì)。通過各種對(duì)接崗位的“項(xiàng)目化”實(shí)踐教學(xué),有效拓展學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、形成綜合能力,順利完成從學(xué)校到崗位的對(duì)接。校企深度融合,創(chuàng)新培養(yǎng)模式。與漳州漳州八達(dá)電子有限公司共建校企合作,采用產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng),校企融合,崗課一體“三位一體”的人才培養(yǎng)模式。
二、高職移動(dòng)通信技術(shù)課程教學(xué)存在的主要問題
(1)傳統(tǒng)的課程體系沒有密切關(guān)注通信技術(shù)和市場(chǎng)的革命性改變。一般地講,3G是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng),未來的3G必將與社區(qū)網(wǎng)站進(jìn)行結(jié)合,WAP與WEB的結(jié)合是一種趨勢(shì),如時(shí)下流行的微博客網(wǎng)站:大圍脖、新浪微博等就已經(jīng)將此應(yīng)用加入進(jìn)來。而傳統(tǒng)的高職移動(dòng)通信專業(yè)課程體系仍沿用傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品制作實(shí)踐體系,基礎(chǔ)電子、通信理論體系,與信息市場(chǎng)發(fā)展和通信市場(chǎng)技術(shù)更新沒有密切關(guān)注。導(dǎo)致高職學(xué)生學(xué)習(xí)后沒有辦法對(duì)最新移動(dòng)通信系統(tǒng)形成系統(tǒng)的理論認(rèn)知,對(duì)通信新設(shè)備、新工藝沒有較好的實(shí)踐動(dòng)手能力,與通信用人單位的要求有較大差距。(2)傳統(tǒng)的課程體系中的教學(xué)模式?jīng)]有根據(jù)學(xué)生的興趣出發(fā)。“多媒體+板書”的教學(xué)模式目前在漳州城市職業(yè)學(xué)院的日常教學(xué)中已得到了較為廣泛的應(yīng)用,高職學(xué)生利用多媒體課件,在信號(hào)變化及流向和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造與運(yùn)行等方面可以得到更加直觀的認(rèn)知,同時(shí)也有利于其加深對(duì)移動(dòng)通信的理解。但移動(dòng)通信課程所涵蓋的內(nèi)容范圍很廣,從網(wǎng)絡(luò)組建到網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識(shí)、從網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理到網(wǎng)絡(luò)測(cè)試,其中不乏一些相對(duì)難以理解的內(nèi)容,單靠多媒體課件及一些演示動(dòng)畫,很難使高職學(xué)生理解透徹,提高實(shí)踐能力。在整個(gè)教學(xué)過程中,高職學(xué)生僅僅扮演著知識(shí)接收者的被動(dòng)角色,很難融入專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)過程。因此,學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)積極性不高,并導(dǎo)致專業(yè)課堂教學(xué)效果下降。(3)傳統(tǒng)的課程體系中的教材嚴(yán)重偏離教學(xué)實(shí)際內(nèi)容。高職學(xué)生除了應(yīng)具有一定的理論知識(shí)外, 還應(yīng)具有較強(qiáng)的分析實(shí)際問題、解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。其教學(xué)內(nèi)容不僅包括需要基本的移動(dòng)理論知識(shí), 還需要有學(xué)生開展大量的實(shí)踐過程。而現(xiàn)有的移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)教材大致分兩類: 實(shí)踐性教材和理論性教材,比較少有適合當(dāng)前高職教育特色的專業(yè)教材,而且通信技術(shù)教材的教學(xué)內(nèi)容一般落后于現(xiàn)在通信技術(shù)行業(yè)應(yīng)用技術(shù)。這樣在高職專業(yè)學(xué)生畢業(yè)時(shí),自身的專業(yè)技能嚴(yán)重滯后于行業(yè)需求,從而形成學(xué)生畢業(yè)困難。
三、漳州城市職業(yè)學(xué)院移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)課程改革方案的實(shí)施
(1)定期組織培訓(xùn)加強(qiáng)專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)。隨著科技更新,移動(dòng)通信技術(shù)也跟著更新,那么我們教師也要跟著更新自己傳授的知識(shí)。而作為應(yīng)用電子技術(shù)教學(xué)中作為傳授者的教師,教學(xué)水平高低不一,接受新我們要有針對(duì)性的組織教師進(jìn)行學(xué)習(xí),對(duì)于有較高水平的教師更要定期組織培訓(xùn);并且在教學(xué)中多運(yùn)用現(xiàn)代化多媒體手段進(jìn)行教學(xué),讓學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)因“興趣”而學(xué),不是因?yàn)椤皩W(xué)”而學(xué)。漳州城市職業(yè)學(xué)院電子信息工程系現(xiàn)有教職工26人,其中,教授1人,副高職稱7人。博士1人,研究生11人,雙師素質(zhì)教師占58%,專業(yè)教師隊(duì)伍具有較高的業(yè)務(wù)素質(zhì)和良好的專業(yè)知識(shí),學(xué)歷、年齡、職稱結(jié)構(gòu)合理。同時(shí)充分發(fā)揮系內(nèi)高級(jí)職稱教師傳、幫、帶作用,認(rèn)真落實(shí)“青年教師導(dǎo)師制”,制定了結(jié)對(duì)幫助的辦法,安排每位高職稱教師指導(dǎo)幫助2-3名青年教師的教學(xué)和科研工作,促使青年教師早日成熟。此外,還有校企合作單位一批高級(jí)技師作為專業(yè)實(shí)訓(xùn)全程指導(dǎo)教師。(2)及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,緊跟社會(huì)發(fā)展步伐。由于漳州城市職業(yè)學(xué)院移動(dòng)通信技術(shù)專業(yè)采用的是“3+2+1”的培養(yǎng)模式,學(xué)生在校學(xué)習(xí)時(shí)間只有前5個(gè)學(xué)期,且在第5個(gè)學(xué)期的中旬漳州城市職業(yè)學(xué)院會(huì)召開大型招聘會(huì),招聘會(huì)結(jié)束后很多同學(xué)就會(huì)放棄上課而選擇參加企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)。為了使這部分學(xué)生也能對(duì)專業(yè)課程的主要相關(guān)內(nèi)容有所了解,并考慮到移動(dòng)通信技術(shù)的現(xiàn)狀及未來幾年的整體發(fā)展趨勢(shì),漳州城市職業(yè)學(xué)院以關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容和共同性的基本理論為基礎(chǔ),以移動(dòng)技術(shù)典型系統(tǒng)內(nèi)容為支撐,以前沿技術(shù)內(nèi)容為向?qū)В陨鐣?huì)實(shí)際應(yīng)用需求為牽引,對(duì)移動(dòng)通信教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新。并對(duì)第二代移動(dòng)通信CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了有效整合,加重了對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的講解,相應(yīng)增加了第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介、移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用、課堂設(shè)計(jì)及專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)部分,使授課內(nèi)容可以緊跟時(shí)展步伐,從而有利培養(yǎng)高職學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。(3)堅(jiān)持不斷線的系統(tǒng)化崗位能力培養(yǎng)。從崗位技能(移動(dòng)電話機(jī)測(cè)試、焊接、組裝、維修等)培養(yǎng)來看,漳州城市職業(yè)學(xué)院通信學(xué)生從入學(xué)開始,就開始基于工學(xué)結(jié)合實(shí)現(xiàn)綜合技能、基本技能、專業(yè)技能的不斷線漸進(jìn)崗位綜合技能培養(yǎng);從企業(yè)管理能力看,基于校企深度融合實(shí)現(xiàn)通信企業(yè)運(yùn)作、通信企業(yè)文化、通信職場(chǎng)文化、通信企業(yè)管理的不斷線訓(xùn)練;從專業(yè)外語看,基于現(xiàn)網(wǎng)通信產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信、程控交換、移動(dòng)通信系統(tǒng)等通信全網(wǎng)核心模塊的系統(tǒng)訓(xùn)練。(4)采用靈活運(yùn)用多種教學(xué)模式和方法。綜合運(yùn)用板書+多媒體+網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)手段。對(duì)于基本原理和基本方法的證明和推導(dǎo),仍然采用課堂板書的授課方式;而對(duì)于需要形象理解、圖示舉例以及演示操作的知識(shí)點(diǎn),則采用多媒體課件輔助教學(xué),并充分利用圖像、聲音、視頻、flash 動(dòng)畫等多種形式進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)。建立網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái),將課件、批改作業(yè)、課后答疑、補(bǔ)充移動(dòng)通信前沿知識(shí)等環(huán)節(jié)放在教學(xué)網(wǎng)站上進(jìn)行,為師生之間提供更好的交流平臺(tái)。
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