无线通信技术热点及其发展趋势(2)

无线通信技术热点及其发展趋势1（4）WiMaxWiMax的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，又称为802.16无线城域网，是一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，在国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMax正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。WiMax构建于高级无线技术，正交频分多访问(OFDMA)和多个输入/多个输出(MIMO)智能天线技术这两个关键高级无线技术加入WiMax标准后，有效地提高了吞吐量和覆盖范围。尤其是MIMO技术在高干扰环境中的应用，如中心城市等。2.4.2UWBUWB(Ultra-Wideband)超宽带，此技术可追溯至19世纪，一开始使用的是脉冲无线电技术。后来由Intel等大公司提出了应用了UWB的MB-OFDM技术方案，由于两种方案的截然不同，而且各自都有强大的阵营支持，制定UWB标准的802.15.3a工作组没能在两者中决出最终的标准方案，于是将其交由市场解决。至今UWB还在争论之中。UWB具有以下特点：抗干扰性能强。UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。传输速率高。UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。带宽极宽。UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。消耗电能小。通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。保密性好。UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时，才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度无线通信技术热点及其发展趋势2极低，用传统的接收机无法接收。2.4.3RFIDRFID(RadioFrequencyIdentification)，即射频识别，俗称电子标签。这是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。最基本的RFID系统由三部分组成：（1）标签（Tag，即射频卡）：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。（2）阅读器：读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的设备。（3）天线：在标签和读取器间传递射频信号[7]。目前，RFID在中国的很多领域都得到实际应用，包括物流、烟草、医药、身份证、奥运门票、宠物管理等等，但就我们日常生活感受而言，好像RFID还是离我们很远。除了二代身份证，我们还很难经常感受到RFID在我们生活中的存在。其实原因很简单，尽管RFID正快速在各个领域得到实际应用，但相对于我们国家的经济规模，其应用范围还远未达到广泛的程度，即便在RFID应用比较多的交通物流产业，也还处于点分布的状态，而没能达到面的状态。另外，很重要的一点是RFID还是物联网的核心技术，未来的发展应用不可限量。物联网（InternetofThings），指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）、二维码、全球定位系统等与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，方便识别和管理。2.3.4Wi-FiWi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)所持有，目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。Wi-Fi可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问Wi-Fi网络的地方被称为热点，Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频无线通信技术热点及其发展趋势3段工作，所支持的速度最高达54Mbps。另外还有两种802.11空间的协议，包括(a)和(b)。它们也是公开使用的，但802.11G在世界上最为常用。Wi-Fi有如下突出优势：其一，无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi的半径可达300英尺左右，约合100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺(接近100米)的通信距离扩大到4英里(约6.5公里)。其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能也要比蓝牙差一些，传输质量也还有待改进，但是，它传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径几十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA等其他手持终端拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。2.4.5TD-LTE-AdvancedTD-LTE-Advanced技术是我国具有自主知识产权的国际4G标准之一，由TD-SCDMA技术经过长期演进而来，采用了OFDM和MIMO作为基本技术，还大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念。相比于3G技术，TD-LTE-Advanced通信速率有了更大的提高，同时提高的还有频谱效率，加上QoS的保证，还有TD-LTE-Advanced严格合理的系统设计，来保证实时业务(如VoIP)的服务质量的，降低了无线网络时延，并且能向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。下一章我们将会有关于TD-LTE-Advanced的更加详细的介绍。无线通信技术热点及其发展趋势4第三章TD-LTE-Advanced的产生历程及特点下面主要针对我国具有自主知识产权的TD-LTE-Advanced技术的产生及其特点进行简要的分析。3.1TD-LTE-Advanced的概念TD-LTE-Advanced技术就是4G标准LTE-Advanced中的一种，TD-LTE-Advanced也被称作LTE-Advanced的TDD（即时分双工TimeDivisionDuplexing，区别于FDD频分双工FrequencyDivisionDuplexing）制式。它吸纳了3G标准TD-SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。相比于之前的3G技术，TD-LTE-Advanced（1）容量提升峰值速率：在20MHz频率上，下行100Mbps，上行50Mbps频谱效率：下行是HSDPA的3-4倍，上行是HSUPA的2-3倍（2）覆盖增强提高“小区边缘比特率”，5km满足最优容量，30km轻微下降，并支持100km的覆盖半径（3）移动性提高0~15km/h性能最优，15~120km/h高性能，支持120~350km/h，甚至在某些频段支持500km/h（4）质量优化时延：用户面小于5ms，控制面小于100ms（5）服务内容综合多样化高性能的广播业务，提高实时业务支持能力（6）运维成本降低扁平、简化的网络架构，降低运营商网络的运营维护成本3.2TD-LTE-Advanced的产生过程说到TD-LTE-Advanced的产生，还得从我国的3G技术标准TD-SCDMA还在日趋完善且未商用的时候说起。2004年，中国在标准化组织3GPP的会议上提议要开始研究第三代移动通信无线通信技术热点及其发展趋势5TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE项目，提出以OFDM/SC-FDMA（Single-carrierFrequency-DivisionMultipleAccess，单载波分频多工）和MIMO技术为核心、灵活支持1.4~20MHz系统带宽的、采用扁平网络结构的3G长期演进系统，并命名为LTE（长期演进）。之后世界各主要的运营商和设备厂家通过多次会议、邮件讨论等方式，开始逐渐形成对LTE系统的初步需求。2005年6月在法国召开的3GPP会议上，我国以大唐移动为龙头，联合国内厂家，提出了基于OFDM的TDD演进模式的方案。在同年11月，在汉城举行的3GPP工作组会议上通过了大唐移动主导的针对TD-SCDMA后续演进的LTE-TDD技术提案[8]。2006年6月，LTE的可行性研究阶段基本结束，规范制定阶段开始启动。2007年，按照“新一代宽带无线移动通信网”重大专项的要求，中国政府面向国内组织开展了4G技术方案征集遴选。国内积极响应，累计提交相关技术提案近600篇。10月，中国企业联合主流的国内外设备商、运营商以及研究机构，在3GPPRAN1第51次小组会上，提议并通过了统一的TDD制式的帧结构，并将LTETDD正式命名为TD-LTE，为TD-SCDMA等TDD技术的进一步发展演进奠定了基础。又经过2年多的攻关研究，国内对多种技术方案进行分析评估和试验验证，最终中国产业界达成共识，在TD-LTE基础上形成了TD-LTE-Advanced技术方案[9]。2010年6月，完成核心规范第一个完整版本的我国自主知识产权的TD-LTE入围4G国际标准候选。2010年11月2日，工信部产业政策司在官网上宣布，国际电信联盟已确定了新一代移动通信（4G）的国际标准，我国提交的TD-LTE-Advanced标准成为了4G国际标准之一。国际电信联盟将于2011年底前完成4G国际标准建议书编制工作，2012年初正式批准发布，相信今后有关4G的商用也会逐步展开。3.3TD-LTE-Advanced的技术特点3.3.1多址方式TD-LTE采用OFDM（正交频分复用）技术为基础，该技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波无线通信技术热点及其发展趋势6进行调制，并且各子载波并行传输，因此可以大大消除信号波形间的干扰[10]。根据上、下行链路各自的特点，分别采用单载波DFT-SOFDM（离散傅立叶变换扩展正交频分复用）和OFDMA（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess正交频分多址）作为两个方向上多址方式的（如下图3-1所示）。图3-1TD-LTE上行多址方式（DFT-SCDM）具体实现根据OFDM技术采用子载波分配的特点，系统采用15KHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各种不同的系统带宽。在LTE-Advanced中，还可通过载波聚合的方式，聚合5个20MHz的单元载波，实现100MHz的全系统带宽（如下图3-2所示）。图3-2载波聚合方式3.3.2帧结构LTE分两种不同的双工方式，这个不同最直接的就是对于空中接口无线帧结构的影响，因为FDD采用频率来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是连无线通信技术热点及其发展趋势7续的；而TDD则采用时间来区分上、下行，其单方向的资源在时间上是不连续的，而且需要保护时间间隔，来避免两个方向之间的收发干扰，所以LTE分别为FDD和TDD设计了各自的帧结构。（1）TD-LTE针对TDD模式中上、下行时间转换