论文读书笔记

一、想研究基于离散小波变换的OFDM，必须先知道移动通信技术的历史及发展趋势一、移动通信技术的发展历程在过去的10年中，世界电信发生了巨大的变化，移动通信特别是蜂窝小区的迅速发展，使用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移动性、可靠的传输手段和接续方式。进入21世纪，移动通信将逐渐演变成社会发展和进步的必不可少的工具。第一代移动通信系统(1G)是在20世纪80年代初提出的，它完成于20世纪90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入运营。第一代移动通信系统是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约2.4kbit/s。不同国家采用不同的工作系统。第二代移动通信系统(2G)起源于90年代初期。欧洲电信标准协会在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于扩展和改进GSMPhase1及Phase2中原定的业务和性能。它主要包括CMAEL(客户化应用移动网络增强逻辑)，SO(支持最佳路由)、立即计费，GSM900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速立即计费，GSM900/1800双频段工作等内容，也包含了与全速率完全兼容的增强型话音编解码技术，使得话音质量得到了质的改进；半速率编解码器可使GSM系统的容量提高近一倍。在GSMPhase2+阶段中，采用更密集的频率复用、多复用、多重复用结构技术，引入智能天线技术、双频段等技术，有效地克服了随着业务量剧增所引发的GSM系统容量不足的缺陷；自适应语音编码(AMR)技术的应用，极大提高了系统通话质量；GPRS/EDGE技术的引入，使GSM与计算机通信/Internet有机相结合，数据传送速率可达115/384kbit/s，从而使GSM功能得到不断增强，初步具备了支持多媒体业务的能力。尽管2G技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源己接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。第三代移动通信系统(3G)，也称IMT2000，是正在全力开发的系统，其最基本的特征是智能信号处理技术，智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供前两代产品不能提供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等。如WCDMA的传输速率在用户静止时最大为2Mbps，在用户高速移动时最大支持144Kbps，所占频带宽度5MHz左右。但是，第三代移动通信系统的通信标准共有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，共同组成一个IMT2000家庭，成员间存在相互兼容的问题，因此已有的移动通信系统不是真正意义上的个人通信和全球通信；再者，3G的频谱利用率还比较低，不能充分地利用宝贵的频谱资源；第三，3G支持的速率还不够高，如单载波只支持最大2Mbps的业务，等等。这些不足点远远不能适应未来移动通信发展的需要，因此寻求一种既能解决现有问题，又能适应未来移动通信的需求的新技术(即新一代移动信:nextgenerationmobilecommunication)是必要的。二、第四代移动通信系统的概念4G也称为广带接入和分布网络,具有超过2Mb/s的非对称数据传输能力,对高速移动用户能提供150Mb/s的高质量的影像服务,并首次实现三维图像的高质量传输.它包括广带无线固定接入、广带无线局域网,移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统),是集多种无线技术和无线LAN系统为一体的综合系统,也是宽带IP接入系统.在这个系统上,移动用户可以实现全球无缝漫游.为了进一步提高其利用率,满足高速率、大容量的业务需求,同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落和多径干扰等众多优势。三、第四代移动通信系统的关键技术4G系统中有两个基本目标：一是实现无线通信全球覆盖；二是提供无缝的高质量无线业务.为了达到这个目标,,需要在下列几个方面做出努力:频谱的高效使用、带宽的动态分配、安全的无线应用、更高的服务质量、高性能的信号调制传输技术。为此，4G系统使用了许多新技术，其中关键技术介绍如下：3.1正交频分复用技术第3代移动通信主要采用以码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAddress,CDMA)技术,而正交频分复OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionModulation,OFDM)技术因具有频谱利用率高、抗多径衰落能力强等优点,受到越来越广泛的关注.并已成功地应用到高速率数字用户线(HDSL)、不对称数字用户线(ADSL)、高清晰度数字电视(HDTV)、无线局域网网标准802.11a、数字视频广播(DVB2T)以及固定本地无线接入系统中.可以预见4G中将采用OFDM技术作为主要的传输方式OFDM技术实际上是多载波调制MCM(Multi2CarrierMul-tiplexing,MCM)的一种,其主要原理是:将待传输的高速串行数据经串/并变换,变成在N个子信道上并行传输的低速数据流,再用N个相互正交的载波进行调制,然后叠加一起发送.接收端用相干载波进行相干接收,再经并/串变换恢复为原高速数据.图1是OFDM系统基本框图.OFDM技术的主要优点有:(1)抗衰落和码间干扰能力强.OFDM通过串/并变换,扩展了每个子载波上的数据符号的脉冲宽度,降低了子信道的信息速率,使得对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗能力更强;并且采用插入循环前缀技术.若循环前缀长度大于信道扩展长度,则能有效地保持载波间的正交性,进而抑制了符号间干扰ISI(Inter2symbolInterference,ISI).(2)实现容易.对OFDM的N个正交子载波进行调制与解调,可以通过快速傅立叶逆变IFFT(InverseFastFourierTransform,IFFT)和快速傅立叶变换FFT(FastFourierTransform,FFT)来实现,这在数字信号处理器DSP(DigitalSignalProcessor,DSP)上比较容易实现.(3)频谱利用率高.在传统的频分复用方法中各个子载波的频率是互不相同,为了减少各子载波之间的相互串扰,需要留出足够的频率保护带,降低了频谱利用率.同时,需要使用大量的对应各个子载波频率的发送滤波器和接收滤波器,在一定程度上增加了系统的成本.而OFDM信号的相邻子载波相互重叠中,可以最大限度地利用频谱资源.这对于稀有的无线频谱资源非常重要.3．2多输入多输出（MIMO）技术多输入多输出（MIMO）技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是下一代移动通信系统的核心技术之一。MIMO技术的基本思想就是在无线通信系统的发射和接收端都采用多天线为输入信号，为输出信号式中符号－矢量或矩阵的转置，见图2，MIMO系统原理图。MIMO系统采用空时处理技术进行信号处理，在丰富的散射环境下，空分复用MIMO系统（如BLAST结构）可以获得与天线数成正比的容量增长，从而极大地提高频谱效率，增加系统的数据传输速率。但是当散射程度欠佳时，会引起信道间的空间相关，尤其在室外环境下，由于基站的天线较高，从而角度扩展较小，其空间相关难以避免，在这种情况下MIMO不可能获得所期望的数据传输速率。研究表明，采用MIMO技术的无线局域网系统在室内环境下的频谱效率可以高达20～40bps/Hz；而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1～5bps/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10～12bps/Hz。3.3切换技术切换技术能够实现移动终端在不同小区之间跨越和在不同频率之间通信以及在信号质量降低时如何选择信道.它是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠通信的基础.主要划分为硬切换、软切换和更软切换.硬切换发生在不同频率的基站或不同系统之间.在切换过程中,移动台先中断与原基站的联系,然后调谐到新的频率上,再与新基站建立联系.其明显缺点是在通信过程会出现短时的传输中断,影响通话质量.另外,由于各种因素还会导致切换失败,引起掉话.软切换是同一频率下不同基站之间的切换.在切换过程中,移动台在中断原基站的联系之前,先用相同频率建立与新基站的业务信道,原基站和新基站同时接收移动台的信号,移动台也接收2个基站的信号,当检测到新基站的传输质量满足指标要求后,移动台才切断同原基站的链路.由于在2条链路传输的是同一个数据流,保证了通信不会发生中断,也减少了切换过程中的掉话率.软切换是指发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的切换.第4代移动通信中的切换技术正朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。3.4软件无线电技术软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新技术。通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可实现不同功能，用以实现在不同系统中利用单一的终端进行漫游，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键技术。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬(DigitalSignalProcessHardware，DSPH)、现场可编程器件(FieldProgrammableGateArray，FPGA)、数字信号处理(DigitalSignalProcessor，DSP)等。3.5IPv6协议技术3G网络采用的主要是蜂窝组网,而4G系统将是一个基于全IP的移动通信网络,可以实现不同类型的接入系统和通信网络之间的无缝互连.为了给用户提供更为广泛的业务,使运营商管理更加方便灵活,4G中将取代现有的IPv4协议,采用全分组方式传送数据的IPv6协议。IPv6协议主要有如下优点:①巨大的地址空间:地址字段采用128位,能够为所有网络设备提供一个全球唯一的地址.②地址的自动配置:IPv6支持无状态和有状态2种地址自动配置方式.③服务质量:IPv6能提供不同水平的服务.这主要是由于IPv6报头中新增加了“业务级别”字段和20位的“流标记”字段.通过这2个字段,中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流.“流标志”将用于基于服务级别的新计费系统.另外,IPv6还将支持“实时在线”连接、防止服务中断以及提高网络性能.④移动性:移动IPv6在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性.每个移动设备设有一个固定的家乡地址,这个地址与设备当前联网的位置无关.当设备在家乡以外的地方使用时,可以通过一个转交地址来提供移动节点当前的位置信息.移动设备每次改变位置,都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点.在家乡以外的地方,移动设备传送数据包时,通常在IPv6报头中将转交地址作为源地址.四、4G通信系统的主要特征目前正在构思中的4G通信具有以下特征：（1）通信速度更快人们研究4G通信的最初目的是为了提高蜂窝电话和其他移动终端访问Internet的速率，因此，4G通信最显著的特征就是它有更快的无线传输速率。据专家估计，第四代移动通信系统的传输速率速率可以达到10M~20Mbps，最高可以达到100Mbps。（2）网络频谱更宽要想使4G通信达到100Mbps的传输速率，通信运营商必须在3G网络的基础上进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网络的20倍。（3）通信更加灵活从严格意义上说，4G手机的功能已不能简单划归“电话机”的范畴，因为语音数据的传输只是4G移动电话的功能之一而已。而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。（4）智能性更高第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多目前还难以想象的功能，例如，4G手机将能根据环境、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人。（5）兼容性更平滑要使4G通信尽快地被人们接收，还应该考虑到让更多的用户在投资