未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信前瞻

屠子謙

摘 要：隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，世界正在變的越來(lái)越小，信息的交流也變的更為順暢，同時(shí)人們對(duì)無(wú)線移動(dòng)通信的要求也越來(lái)越高。目前4G技術(shù)已逐步在世界范圍內(nèi)開始部署，這也激勵(lì)了科技工作者們繼續(xù)探索未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信的技術(shù)。未來(lái)無(wú)線通信的發(fā)展必將面臨著非常高的移動(dòng)終端密度和如何提高頻譜利用率等一系列問(wèn)題，如何克服這些問(wèn)題，將會(huì)是未來(lái)移動(dòng)通信的重點(diǎn)。要解決上述問(wèn)題，文章嘗試著從以下幾種相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)中給出答案：小基站技術(shù)、設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)技術(shù)、云端無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)接入技術(shù)。

關(guān)鍵詞：小基站技術(shù) 設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)技術(shù) 云端無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)接入技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0021-02

1 研究的背景及意義

在近20多年期間，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)依托科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，取得了非常卓越的進(jìn)步，很難想象如果現(xiàn)在沒有無(wú)線通信，我們?nèi)缃竦纳顣?huì)變成什么樣。無(wú)線通信大大的豐富了人們的生活，并對(duì)傳統(tǒng)的教育、醫(yī)療、經(jīng)濟(jì)等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，大大提高了這些產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行效率。

第一代的移動(dòng)通信主要使用的是模擬通信技術(shù)，僅僅能承載語(yǔ)音通信技術(shù)；第二代的移動(dòng)通信依托的技術(shù)從模擬通信技術(shù)轉(zhuǎn)化成了數(shù)字通信技術(shù)，承載的業(yè)務(wù)范圍也開始拓展了起來(lái)；第三代的移動(dòng)通信使用戶進(jìn)行全球漫游成為可能，同時(shí)也極大的提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率；如今第四代移動(dòng)通信已經(jīng)嵌入了長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE）帶來(lái)比第三代移動(dòng)通信更快的傳輸速率。人們不再僅僅滿足于用移動(dòng)終端進(jìn)行語(yǔ)音通信和數(shù)據(jù)傳輸，而是渴望能用移動(dòng)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像和高分辨率視頻的傳輸，這就意味著需要有更快的傳輸速率，更高的帶寬。然而，目前的技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸速率這塊還是存在著瓶頸的，亟需面臨一個(gè)問(wèn)題就是如何利用已剩余不多的頻譜來(lái)開發(fā)下一代的移動(dòng)通信技術(shù)。所以，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的追求，必須有新的技術(shù)來(lái)提高用戶的體驗(yàn)。文章下面的章節(jié)將闡述未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)采用的一些新型的理念和技術(shù)。

2 小基站技術(shù)

由貝爾實(shí)驗(yàn)室兩位科研人員于1947年提出的蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)的理念，是以蜂窩網(wǎng)小區(qū)為設(shè)計(jì)中心而構(gòu)建出的一套理論架構(gòu)。蜂窩網(wǎng)架構(gòu)從第一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)就開始投入實(shí)際運(yùn)用，并一直沿用到如今的第四代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，例如液體小區(qū)和幽靈小區(qū)這樣新的無(wú)線接入架構(gòu)的提出，未來(lái)的無(wú)線移動(dòng)通信也許會(huì)有一個(gè)巨大的變革，從而采用一個(gè)與以往不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這個(gè)架構(gòu)中移動(dòng)終端和基站之間數(shù)據(jù)和信令的傳輸相互獨(dú)立。用戶終端將會(huì)同時(shí)與兩種類型的基站保持連接，一種是宏基站，另外一種是小基站。宏基站采用低頻波段為移動(dòng)終端提供連接服務(wù)，而小基站則使用高頻波段與移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸[1]。

當(dāng)移動(dòng)終端要求的數(shù)據(jù)量較大，或者當(dāng)前連接的小基站負(fù)荷比較重的時(shí)候，移動(dòng)終端還能立即連接上另外一個(gè)小基站，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省．?dāng)小基站與移動(dòng)終端沒有數(shù)據(jù)進(jìn)行交互的時(shí)候，移動(dòng)終端只需要和宏基站保持連接，小基站完全可以與用戶終端斷開連接，并進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)約能耗，從而避免了傳統(tǒng)基站無(wú)論基站和移動(dòng)終端之間有無(wú)數(shù)據(jù)傳輸都必須保持連接的這一狀態(tài)，降低相鄰小區(qū)之間的干擾。另外，宏基站與移動(dòng)終端之間信令的傳輸還可以根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類別以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率從現(xiàn)有的純面向連接的信令傳輸機(jī)制，改為動(dòng)態(tài)的面向連接與無(wú)連接兩種類型并存的傳輸機(jī)制，減少開銷，降低宏基站負(fù)荷。

3 設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)技術(shù)

隨著無(wú)線傳輸速率的提高，在未來(lái)，人們不得不面對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)資源匱乏這一現(xiàn)實(shí)。如何提高通信系統(tǒng)頻譜的利用率，這將會(huì)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。在以往的傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信中，設(shè)備只能通過(guò)基站才與其他設(shè)備進(jìn)行通信，設(shè)備和設(shè)備之間是不允許直接進(jìn)行通信連接的，這樣就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻譜利用率降低。在未來(lái)，人們也許可以通過(guò)協(xié)同通信來(lái)提高一個(gè)區(qū)間內(nèi)的頻譜利用率。移動(dòng)終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)相互中繼信息的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頻譜利用率的有效提高。設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)技術(shù)是協(xié)調(diào)通信中最有前景的一個(gè)，此技術(shù)允許兩個(gè)臨近的設(shè)備不需要通過(guò)基站就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這項(xiàng)通信技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以復(fù)用頻譜，并通過(guò)減少傳輸時(shí)延和降低移動(dòng)終端的耗電量來(lái)提高用戶的體驗(yàn)質(zhì)量[2]。

設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)技術(shù)大致可以分為以下三種類型。

第一種類型是設(shè)備與設(shè)備間的直接通信：當(dāng)兩個(gè)終端打算進(jìn)行通信，通過(guò)GPS定位得知兩個(gè)終端之間的距離較近，而且基站的負(fù)荷比較大，那么設(shè)備A就直接的或在基站的幫助下間接的與設(shè)備B建立連接，之后進(jìn)行兩個(gè)終端間數(shù)據(jù)的傳輸（圖1（a）所示）。

第二種類型是設(shè)備與設(shè)備間的中繼通信：當(dāng)設(shè)備A想要與設(shè)備B進(jìn)行通信，通過(guò)GPS定位得知設(shè)備B與設(shè)備A的距離比較遠(yuǎn)沒有辦法進(jìn)行設(shè)備與設(shè)備間的直接通信，在這種情況下，就可以直接或者在基站的幫助下把設(shè)備A與設(shè)備B之間的其他設(shè)備作為中繼節(jié)點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。在傳輸方式上可以根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的多少作出一定的判定，判斷是否向多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼：如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不多，那么所有的數(shù)據(jù)可以從源終端中繼到下一個(gè)移動(dòng)終端，再由下一個(gè)移動(dòng)終端中繼到再下一個(gè)終端中繼，不斷中繼直到目的終端。而如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較多，源終端則可以向多個(gè)移動(dòng)終端同時(shí)中繼數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率（圖1（b）所示）。

第三種類型是設(shè)備與基站間的中繼通信：當(dāng)設(shè)備A想要與設(shè)備C進(jìn)行通信，通過(guò)GPS定位得知設(shè)備C與設(shè)備A相當(dāng)遙遠(yuǎn)，設(shè)備與設(shè)備間的中繼通信中繼通信滿足不了設(shè)備A與設(shè)備C進(jìn)行通信的需求，同時(shí)又由于設(shè)備A處的地理位置問(wèn)題，不能直接與基站進(jìn)行連接，在此時(shí)設(shè)備A可以通過(guò)D2D連接，連接上其附近的設(shè)備，并由其附近的設(shè)備作為中繼，連接上基站，通過(guò)基站與設(shè)備C進(jìn)行連接并建立通信（圖1（c）所示）。

4 云端無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在目前，“垂直解決方案”被大多數(shù)基站廣泛采取：其原理是采用專門一套基站對(duì)某一特定的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，不同的網(wǎng)絡(luò)需要部署不同類型的基站，而就目前移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，各種新型的通信技術(shù)層出不窮，與此對(duì)應(yīng)也就有了很多不同類型的網(wǎng)絡(luò)，如果未來(lái)還是以目前使用的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，那么所需建設(shè)的基站的數(shù)目將會(huì)變的十分龐大，由此帶來(lái)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本也是十分巨大的。同時(shí)，也為了提高無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的效率，降低潮汐效應(yīng)所帶來(lái)的影響，一種新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是云端無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[3]。endprint

云端無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)由支持多種無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的遠(yuǎn)端射頻單元、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)和中央基帶處理池構(gòu)成。遠(yuǎn)端射頻單元在其所在的地理區(qū)域內(nèi)與移動(dòng)終端建立連接，當(dāng)移動(dòng)終端需要與其他終端建立通信時(shí)，由中央基帶處理池將帶寬經(jīng)過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)分配給遠(yuǎn)端射頻單元，并由遠(yuǎn)端射頻單元根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況動(dòng)態(tài)的分配給移動(dòng)終端，這樣一來(lái)就大大提升了資源的利用率，降低了成本。

5 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)接入技術(shù)

未來(lái)的無(wú)線通信除了無(wú)線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的革新，同時(shí)也應(yīng)該變的更加智能，能夠根據(jù)用戶的一些相關(guān)信息為用戶提供最合適的接入網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮以下幾方面內(nèi)容。

（1）用戶終端的信息：移動(dòng)終端的操縱系統(tǒng)，電池容量，設(shè)備實(shí)時(shí)耗能情況等信息。

（2）應(yīng)用程序的信息：用戶當(dāng)前正在使用哪種應(yīng)用程序，是在網(wǎng)絡(luò)上玩游戲，還是進(jìn)行語(yǔ)音通話，或是在進(jìn)行視頻通信，抑或是瀏覽網(wǎng)頁(yè)、播放視頻。不同的應(yīng)用對(duì)QoS有不同的需求，有的應(yīng)用對(duì)帶寬比較敏感，而有些應(yīng)用則需要相當(dāng)?shù)偷臅r(shí)延。

（3）用戶的信息：由于用戶個(gè)體間存在著文化、教育以及社會(huì)地位的差異性，所以不同的用戶之間對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入的偏好也會(huì)有所不同。

（4）環(huán)境的信息：移動(dòng)終端在何種情況下進(jìn)行使用，用戶在使用終端的時(shí)候是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是移動(dòng)狀態(tài)，周邊是否存在其他設(shè)備。

（5）網(wǎng)絡(luò)的信息：例如網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載率，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，以及是否有可供選擇的其它網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)的一些信息。

未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)必須能綜合上述的信息，智能的為用戶選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)，讓移動(dòng)終端用戶得到最優(yōu)的用戶體驗(yàn)[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信將會(huì)采用的一些新型的理念和技術(shù)進(jìn)行了描述，雖然到目前為止對(duì)未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu)的發(fā)展方向還不是特別明朗，但是有理由相信，隨著移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和新技術(shù)前沿的不斷推進(jìn)，社會(huì)產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)被不斷完善，并帶來(lái)很多新的就業(yè)機(jī)會(huì)，多種無(wú)線通信技術(shù)的融合所構(gòu)成的未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必將把人類社會(huì)推上一個(gè)新的高度。

參考文獻(xiàn)

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