【正文】 目前推出的產(chǎn)品和局部范圍內(nèi)的 4G網(wǎng)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(nèi)實行，也需要時間和經(jīng)驗的不斷積累才能實現(xiàn)突破。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。 （ 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(tǒng)容量造成的。 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(wǎng)絡互聯(lián)。網(wǎng)絡中包含的網(wǎng)元有： IPBTS，即 IP基站，負責執(zhí)行網(wǎng)絡層的大部分功能； IP服務器負責處理網(wǎng)元之間的信令交互；網(wǎng)關，負責IP接入網(wǎng)和 IP核心網(wǎng)之間的互聯(lián)。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(yōu)點 ,在移動通信領域中具有廣闊的應用前景。 MIMO 天線原理如下圖： 發(fā) 射 天 線 接 收 天 線 圖 61 MIMO 天線系統(tǒng)原理 MIMO可以抗多徑衰落，但存在頻率選擇性衰落的缺點。但是無線網(wǎng)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(xié)同工作，解決這些問題即是 4G 網(wǎng)絡的要求。 3G 網(wǎng)絡給“醫(yī)學影像遠程服務”提供高速的網(wǎng)絡多媒體傳輸，再加上分布式數(shù)據(jù)管理和集成信息平臺，為醫(yī)患之間提供高質(zhì)量的無損壞的醫(yī)學影像傳輸。影響定位精度的主要因素有： 1. 多徑傳播； 2. NLOS 傳播； 3. CDMA 多址接入干擾； 4. 參與定位的基站數(shù)； 5. 幾何精度因子。電波到達 時間定位技術通過測量目標移動節(jié)點發(fā)出的無線電波信號直線到達基站的時間，根據(jù)電磁波在空中的傳播速度可以計算出目標移動節(jié)點與基站之間的距離，即移動節(jié)點位于以基站為圓心的傳播距離為半徑的圓上，根據(jù)至少三個基站的園的交點，就能定位移動節(jié)點的物理位置。其精度的局限性主要由于受到天線的安裝可能傾斜、基站的扇形特性、無線電系統(tǒng)的變化以及物理環(huán)境、車輛等諸多因素的影響，很難建立精確反映服務范圍內(nèi)無線電波的傳播模型造成的。 4. 同步 技術。如圖 2 為 TDSCDMA 的靈活分配正反向話務信道的示例圖。 MN 發(fā)送的分組數(shù)據(jù)直接根據(jù)標準的 IP 路由，不需要經(jīng)過 HA。 CDMA2020 概述與移動 IP 技術 CDMA2020 是一種兼容 IS95 的寬帶 CDMA 技術。語音通訊系統(tǒng)通常采用功率控制技術以抵消信道衰弱對于通訊速率的影響，以保證穩(wěn)定的速率。這無法與 CDMA2020 1X EVDO 的 的峰 值速率和300kbps~500kbps 寬帶服務的平均下載速率相媲美。這三種技術都采用的 CDMA 技術，各有優(yōu)劣，總體水平相當。 2. 高頻譜效率。在防盜監(jiān)控方面，系統(tǒng)主要是通過本身集成的重力加速度傳感器來獲取設備受到加速度的變化，并通過一系列的算法，來判斷設備是否被盜，一旦檢測到目標有被移動的行為，立即向用戶通過 GPRS 發(fā)送被盜警報，提醒用戶作出下一步行動。采用掉線參照機制，可以選擇 GPRS 網(wǎng)絡內(nèi)部的網(wǎng)關或路由器作為無線參照點，測試時使用 ICMP 協(xié)議中的 PING 操作。在實際應用中，可以使用公網(wǎng)靜態(tài) m、動態(tài)域名解析、 SMS 通訊、 APN 專線接入等組網(wǎng)方案。 GSM RF Um 接口的物理層為射頻接口部分，而邏輯鏈路層則負責提供空中接口的各種邏 輯信道。 對 BSSGP 進行了規(guī)范。 邏輯鏈路控制（ LLC） LLC 是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程 HDLC 的無線鏈路協(xié)議，能夠提供高可靠的加密邏輯鏈路。 UDP 提供防護 GTP PDU 受到破壞的 功能。如圖 42 所示。 1993年 7 月， TIA 批準了 CDMA IS95 標準。最后再經(jīng)過射頻濾波器送至天線發(fā)射出去。 交織實際上是把一個消息塊原來連續(xù)的比特按一定規(guī)則分開發(fā)送傳輸，即在傳送過程中原來的連續(xù)塊變成不連續(xù)，然后形成一組交織后的發(fā)送消息塊，在接收端對這種交織信息塊復原（解交織）成原來的信息塊。 4 GMSK 調(diào)制 GMSK 是一種特殊的數(shù)字 FM 調(diào)制方式。所有頻段相鄰兩頻道的間隔都為 200kHz，并且采用等間隔頻道配置方法。由于FDMA 技術的每信道占用一個載頻，相對寬帶較窄，故通常在窄帶系統(tǒng)中實現(xiàn)；系統(tǒng)中激戰(zhàn)復雜龐大，易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾；可以用帶通濾波器來限制鄰道干擾；越區(qū)切換復雜；模擬調(diào)制，故保密性差，容易被第三方竊聽；提供業(yè)務單一，只能實現(xiàn)話務；受傳輸寬帶限制，不能進行長途漫游；傳輸速率低，只有~10kb/s。這種手機有多種制式，如 NMT、 AMPS、 TACS，但是基本上使用頻分復用方式，只能進行語音通信，收訊效果不穩(wěn)定，且保密性不足，無線寬帶利用不充分。因為在維護、重新安排或出故障時，假如一個節(jié)點從網(wǎng)絡中斷開，臨近它的節(jié)點可以迅速地重新配置它們的信息列表并重新計算路徑，以便 在網(wǎng)絡發(fā)生變化時，保持信息流量。因為網(wǎng)絡智能保留在了每一個接入點，所以不需要集中式交換機，而只需要智能計入點和 網(wǎng)絡處理器、交換能力和系統(tǒng)軟件。 （ BTS） 基站是無線網(wǎng)絡中重要組成部分。 2. 時分多址接入（ TDMA） 時分多址技術與頻分多址很相似，它是把發(fā)送的時間按照一定的時間間隔劃分成多 個區(qū)域，每個設備分配一個固定的時間片，所有設備進行輪轉發(fā)送數(shù)據(jù)。每一個小區(qū)擁有一個基站，這個基站負責接受和傳輸在它覆蓋范圍內(nèi)的移動站點的信號。滿足多 媒體業(yè)務的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟、內(nèi)容更豐富的無線通信服務。它是2G 邁向 3G 的銜接性技術。第一代移動通信技術存在著很多不足之處，比如容量小，制式太多并且互不兼容，保密性不夠好，通話質(zhì)量差，無法提供數(shù)據(jù)業(yè)務，無法漫游等。為了更有效地利用有限的頻譜資源，美國貝爾實驗室提出了在移動通信發(fā)展史上具有里程 碑意義的 AMPS， 它為移動通信系統(tǒng)在全球的廣泛應用開辟了新的道路。最初美國Purdue 大學學生發(fā)明 了工作頻率為 2MHz 的無線電接收機，并很快在底特律的警察局的車載無線電系統(tǒng)中投入使用，這成為了世界上首個可以有效工作的移動通信系統(tǒng)； 20 世紀 30 年代初，第一部調(diào)幅制式的雙向移動通信系統(tǒng)在美國新澤西的警察局投入使用； 20 世紀 30 年代末，第一部調(diào)頻制式的移動通信系統(tǒng)誕生，實驗表明調(diào)頻制式的移動通信系統(tǒng)要比調(diào)幅制式的移動通信系統(tǒng)更加有效?？紤]到使用WiFi 熱點接入到因特網(wǎng)中的距離等因素的限制，于是人們把目光投向了蜂窩網(wǎng)絡。 由于蜂窩電話在世界范圍內(nèi)很多領域得到應用，研究人員就提出新的想法。在隨后的 10 幾年間，調(diào)頻制式的移動通信系統(tǒng)占據(jù)主導地位，也是在這個時期中，通信實驗和電磁波傳輸?shù)膶嶒灥裙ぷ魍瓿闪?，在短波波段上實現(xiàn)了小容量專用移動通信系統(tǒng)。 沖 80 年代中期開始，移動通信蓬勃發(fā)展，走向成熟，開發(fā)了新一代的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。 第二代移動通信技術（ 2G） 第二代的移動通信技術比第一代在性能方面有很大的提 升，采用了數(shù)字時分多址（ TDMA）技術和碼分多址（ CDMA）技術。 HSCSD， WAP， EDGE，藍牙， EPOC 等技術都是 技術。但第三代移動通信仍是基于地面、標準不同的區(qū)域性通信系統(tǒng)。而基站覆蓋小區(qū)的面積考慮了很多因素，例如基站傳輸能力，移動站點傳輸能力，小區(qū)中建筑的構成，以及基站天線高度等。 3. 碼分多址接入（ CDMA） 通過擴頻技術，碼分多址接入將調(diào)制和多址接入結合在一起，以此來獲得一定程度的信息效率和保護。一方面，基站通過空中接口提供了與移動設備的物理連接；另一方面，基站通過有線的鏈接擴展到更加廣闊的區(qū)域中去。 網(wǎng)絡在蜂窩結構中相互連接時，首先，節(jié)點的自我發(fā)現(xiàn)功能必須確定它們是作為無線設備的接入點來服務，還是作為來自另一節(jié)點的信息量的骨干網(wǎng)來服務，或者兩項功能都具備。這種自我恢復的特性或糾錯能力，是蜂窩結構與集線器輻射網(wǎng)絡的區(qū)別所在。此類手機的通話是鎖定在一定頻率內(nèi)的，所以使用可調(diào)電臺就可以竊聽通話。 所以，第一代移動通信技術作為 20 世紀 80 年代到 90 年代初的產(chǎn)物已經(jīng)完成了任務推出了歷史舞臺。 2 頻率復用 目前， GSM 網(wǎng)絡的覆蓋方式采用小區(qū)制，即蜂窩系統(tǒng)，它把整個 GSM 網(wǎng)絡服務區(qū)分成若干個小區(qū)，每個小區(qū)設置一個基站，負責本小區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制，同時又在 MSC 的統(tǒng)一控制下實現(xiàn)小區(qū)間移動用戶的通信以及與市話用戶間的通信。調(diào)制速率為 千波特。采用 交織技術后，如果傳送過程中某塊消息丟失，在恢復后實際上只丟失每個信息塊的一部分，而不至于全部丟失，采用編碼技術后就很容易恢復那些被丟失的消息。接收機根據(jù)跳頻同步信號和跳頻序列確定接收頻率，把相應的跳頻后信號接收下來，進行解調(diào)。 IS95 主要是一個無線接口標準，基于IS95 無線接口標準的蜂窩網(wǎng)絡可以使用像 DAMPS 之 類的網(wǎng)絡標準，這在 IS95網(wǎng)絡中是很普通的，需要強調(diào)的是 IS95 可以同樣用于像 GSM 一樣的網(wǎng)絡，所不同的僅僅是無線接口不一樣。 GPRS 隧道協(xié)議（ GTP） GPRS 骨干網(wǎng)中 GSN 間的用戶數(shù)據(jù)和信令 利用 GTP 進行隧道傳輸。 9 圖 42 GPRS 傳輸協(xié)議平臺 IP 這是 GPRS 骨干網(wǎng)絡協(xié)議，用以用戶數(shù)據(jù)和控制信令的選路。 LLC 層負責從高層 SNDC 層的 SNDC 數(shù)據(jù)單元上形成 LLC 地址、幀字段，從而生成完整的 LLC 幀。 10 網(wǎng)絡服務（ NS） 這個層傳輸 BSSGP PDU。 GSM 空中接口的載頻帶寬為 200 kHz，一個載頻分為 8 個物理信道。根據(jù)用戶需求和應用環(huán)境的不同，可以選擇合適的方案進行組網(wǎng)和規(guī)劃。啟用掉線參照設置，模塊上線后，會自行依照設定的周期 PING參照點，并通過測試結果確定是否進行掉線復位處理。追蹤定位功能則是指用戶在得知設備被盜后，通常來不及做出及時的制止，在設備被挪動到另外一個地方的時候，啟動系統(tǒng)所具有的 GPS 功能，對被盜的設備進行追蹤定位，以便于用戶找回被盜設備。 3. 高保密性、低成本、低功耗和小體積。 WCDMA、 CDMA2020 和 TDSCDMA三大技術標準的比較如表 51 所示。 HSDPA（高速下行分組接入）技術提高了 WCDMA 網(wǎng)絡的下行數(shù)據(jù)傳輸速率，其理論最大值為 。 HSDPA 不是去14 改善信道狀況，而是根據(jù)信道的情況動態(tài)調(diào)整通訊速率。在從 IS95 向 CDMA2020 過度是采用碼聚集技術，由原來的一個用戶分配單碼道變成一個用戶分配多個碼道（多達 8 個碼道）以提高傳輸速率并實現(xiàn)上下行的不對稱數(shù)據(jù)傳輸。在 HA與處于外地網(wǎng) 的 MN通訊時，可以不通過 FA 也可以通過 FA。 15 ↑↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑1 上 行 / 6 下 行（ 文 件 下 載 、I n t e r n e t 瀏 覽 等 ）對 稱 結 構 （ 語音 呼 叫 等 ）6 上 行 / 1 下 行（ 上 傳 文 件 等 ）5 m s5 m s5 m s 圖 52 話務信道分配示例 中國的頻率分配與 TDSCDMA 的可用頻段如圖 53 所示： 4 0M H z6 0 M H z3 0M H z1 5M H z8 5 M H z 6 0 M H z1 8 8 0 1 9 2 0 1 9 8 0 2 0 1 0 2 0 2 5 2 1 1 0 2 1 7 0T D D F D D 衛(wèi) 星 T D D 空 F D D圖 53 TDSCDMA 的可 用頻段 其中，頻段 A： 18801920MHz，按照每波道 可提供 25 個頻道；頻段B： 20202025MHz，按照每波道 可提供 9 個頻道。實現(xiàn)可靠的幀同步、符號同步、擾碼同步和 PN 碼同步。 2. 基于電波到達入射角（ AOA）的定位技術； AOA 技術的實現(xiàn)主要依賴與陣列天線的使用。但是，這種技術要求基站知道移動節(jié)點發(fā)送信號的時間，并且要求基站與移動節(jié)點有非常精確的時鐘與時鐘同步技術。 基于 3G 的安防系統(tǒng) 在安防系統(tǒng)中引入 3G 技術，能夠大大方便和有效的幫助我們對家庭或者企業(yè)進行安全監(jiān)控。只要在有 3G 網(wǎng)絡覆蓋的城鄉(xiāng)或農(nóng)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(yī)生更能通過患者實時視頻來做出更精確的診斷。 4G 通信網(wǎng)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(wǎng)絡最終 采用的技術。如果在 OFDM的基礎上合理開發(fā)空間資源，也就是 MIMO+OFDM，就可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。 全 IP（ AllIP）網(wǎng)絡 全 IP移動通信網(wǎng) (A11． p Mobile Network)是因特網(wǎng)