1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)

在21世紀(jì)的前15年中，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越多地走到人們身邊，改造和影響著人們的生活。近年來(lái)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)兩個(gè)趨勢(shì)：1）移動(dòng)設(shè)備的接入量和數(shù)據(jù)流量呈爆炸式增長(zhǎng)，據(jù)美國(guó)思科公司預(yù)計(jì)，全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量在2020年將達(dá)到2010年的1000倍；2）接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備由最初單一的移動(dòng)電話向多樣化發(fā)展，譬如筆記本電腦、平板電腦、穿戴式設(shè)備等，這些設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求截然不同。如何滿足移動(dòng)設(shè)備的海量多樣化數(shù)據(jù)需求，是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重大挑戰(zhàn)。

2當(dāng)前WIFI技術(shù)簡(jiǎn)介

在本節(jié)中，我們將對(duì)WIFI技術(shù)的物理層和MAC層技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)介，并闡述當(dāng)前WIFI技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)下的局限性。

2.1WIFI技術(shù)的物理層和MAC層

WIFI技術(shù)的物理層采用OFDM技術(shù)，OFDM技術(shù)能夠最大限度地利用頻譜資源，從而達(dá)到高數(shù)據(jù)量傳輸。當(dāng)前的WIFI標(biāo)準(zhǔn)主要工作在兩個(gè)頻段：2.4GHZ頻段和5GHZ頻段。在2.4GHZ頻段下，總可用頻譜帶寬為80MHZ，共有13個(gè)頻段可供利用，單個(gè)設(shè)備最多可以使用20M帶寬。在5GHZ頻段下，總可用頻譜帶寬為325MHZ，共有20個(gè)頻段可供利用，單個(gè)設(shè)備最多可以使用80M帶寬?？芍?，在5GHZ頻段下的可用帶寬資源較為豐富，因此，越來(lái)越多的WIFI設(shè)備開(kāi)始工作在5GHZ頻段。WIFI技術(shù)的MAC層采用CSMA技術(shù)來(lái)為多用戶提供接入。CSMA技術(shù)的工作原理為：任何一臺(tái)設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須先對(duì)當(dāng)前頻譜進(jìn)行探測(cè)，若當(dāng)前頻譜為空閑狀態(tài)則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則進(jìn)入等待模式并在等待結(jié)束后開(kāi)始下一次探測(cè)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜時(shí)，MAC層還將應(yīng)用RTS/CTS技術(shù)。

1移動(dòng)IP的原理

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，任何移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都可以與IP核心網(wǎng)進(jìn)行無(wú)縫的連接，從而形成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。就目前來(lái)看，數(shù)據(jù)連接的方法多種多樣，如：WLAN、藍(lán)牙和GSM等。其中在移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，移動(dòng)IP技術(shù)最為關(guān)鍵。移動(dòng)IP一般包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、歸屬和外埠，其中歸屬和外埠又稱為本地與外地，統(tǒng)稱為移動(dòng)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（mobilenode）指的是在移動(dòng)環(huán)境下工作的一些安有移動(dòng)信息接收和無(wú)線網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備，由此這些設(shè)備具備了移動(dòng)通訊和無(wú)線通訊的功能。簡(jiǎn)單點(diǎn)的說(shuō)，就是這些設(shè)備具有了長(zhǎng)久IP地址的移動(dòng)終端。歸屬（homeagent）又稱作本地，也就是說(shuō)這是在本地鏈路上的路由器。同理，外埠（foreignagent）又稱外地，就是在外部鏈路上的路由器。移動(dòng)IP的原理如下：首先移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸屬是信息的入口，相比較而言，外埠就是信息的出口。一般先經(jīng)過(guò)歸屬進(jìn)行數(shù)據(jù)包的封裝，然后傳達(dá)給外埠。當(dāng)外埠接收到數(shù)據(jù)包之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的解開(kāi)并將其傳遞給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)包在隧道內(nèi)時(shí)，路由環(huán)會(huì)將它重新放回到隧道的入口處。由此，需要在數(shù)據(jù)包上加封IP的報(bào)頭。一旦歸屬將廣播包傳遞到了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)那里，就需要對(duì)其進(jìn)行重新封裝。值得注意的是，歸屬向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳送時(shí)的本地地址是里層隧道，相反的，歸屬往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交時(shí)的地址是外層隧道。當(dāng)解封的IP報(bào)頭獲得得到了數(shù)據(jù)之后，就會(huì)報(bào)告移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，綜上，這就是節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的全過(guò)程。

2移動(dòng)通訊中移動(dòng)IP節(jié)點(diǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1移動(dòng)IP節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)

在移動(dòng)通訊中，移動(dòng)IP節(jié)點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的需要依靠的技術(shù)有很多，其中關(guān)鍵的技術(shù)就是隧道技術(shù)（Tunneling）。隧道技術(shù)的種類包括IP的IP封裝、IP的最小封裝和通用路由封裝。RFC2004是這樣定義IP的最小封裝的：IP的最小封裝是一種可以選擇的隧道，其主要目的是為了能夠減少實(shí)現(xiàn)隧道所需要的額外字節(jié)數(shù)，這個(gè)過(guò)程需要去掉IP的IP封裝中的內(nèi)層IP報(bào)頭和外層IP的報(bào)頭的冗余部分才能實(shí)現(xiàn)。

2.2移動(dòng)IP節(jié)點(diǎn)的工作過(guò)程

【論文摘要】縱觀全球迅猛發(fā)展的高科技,電信業(yè)必將成為21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的火車(chē)頭，通信技術(shù)正發(fā)生著百年未遇的巨大變化。本文介紹了第三代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后展望了未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

【論文關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信;3G;發(fā)展;展望

伴隨著移動(dòng)通信市場(chǎng)的快速發(fā)展，用戶對(duì)更高性能的移動(dòng)通信系統(tǒng)提出了更高要求，希望享受更為豐富和高速的通信業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商發(fā)展速度趨于緩和而競(jìng)爭(zhēng)越加激烈，為尋找新的增長(zhǎng)點(diǎn)，通過(guò)發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來(lái)提高自身的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)類型，需要3G的支持。同時(shí)由于第二代移動(dòng)通信無(wú)線頻率資源日趨緊張，已不能滿足長(zhǎng)期的通信需求發(fā)展需要。

1移動(dòng)通信的發(fā)展歷程

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是在20世紀(jì)80年代初提出的，它完成于20世紀(jì)90年代初。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)?，其特點(diǎn)是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差、沒(méi)有加密和速度低。

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴(kuò)展和改進(jìn)GSMPhase1及Phase2中原定的業(yè)務(wù)和性能。它主要包括CMAEL(客戶化應(yīng)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)邏輯)，SO(支持最佳路由)、立即計(jì)費(fèi)，GSM900/1800雙頻段工作等內(nèi)容，也包含了與全速率完全兼容的增強(qiáng)型話音編解碼技術(shù)，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進(jìn)；半速率編解碼器可使GSM系統(tǒng)的容量提高近一倍。在GSMPhase2+階段中，采用更密集的頻率復(fù)用、多復(fù)用、多重復(fù)用結(jié)構(gòu)技術(shù)，引入智能天線技術(shù)、雙頻段等技術(shù)，有效地克服了隨著業(yè)務(wù)量劇增所引發(fā)的GSM系統(tǒng)容量不足的缺陷；自適應(yīng)語(yǔ)音編碼(AMR)技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了系統(tǒng)通話質(zhì)量；GPRS/EDGE技術(shù)的引入，使GSM與計(jì)算機(jī)通信/Internet有機(jī)相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)115/384kbit/s，從而使GSM功能得到不斷增強(qiáng)，初步具備了支持多媒體業(yè)務(wù)的能力。盡管2G技術(shù)在發(fā)展中不斷得到完善，但隨著用戶規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，頻率資源己接近枯竭，語(yǔ)音質(zhì)量不能達(dá)到用戶滿意的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信速率太低，無(wú)法在真正意義上滿足移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的需求。

【論文摘要】縱觀全球迅猛發(fā)展的高科技,電信業(yè)必將成為21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的火車(chē)頭，通信技術(shù)正發(fā)生著百年未遇的巨大變化。本文介紹了第三代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后展望了未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

【論文關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信;3G;發(fā)展;展望

伴隨著移動(dòng)通信市場(chǎng)的快速發(fā)展，用戶對(duì)更高性能的移動(dòng)通信系統(tǒng)提出了更高要求，希望享受更為豐富和高速的通信業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商發(fā)展速度趨于緩和而競(jìng)爭(zhēng)越加激烈，為尋找新的增長(zhǎng)點(diǎn)，通過(guò)發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來(lái)提高自身的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)類型，需要3G的支持。同時(shí)由于第二代移動(dòng)通信無(wú)線頻率資源日趨緊張，已不能滿足長(zhǎng)期的通信需求發(fā)展需要。

1移動(dòng)通信的發(fā)展歷程

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是在20世紀(jì)80年代初提出的，它完成于20世紀(jì)90年代初。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)模涮攸c(diǎn)是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、交全性差、沒(méi)有加密和速度低。

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴(kuò)展和改進(jìn)GSMPhase1及Phase2中原定的業(yè)務(wù)和性能。它主要包括CMAEL(客戶化應(yīng)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)邏輯)，SO(支持最佳路由)、立即計(jì)費(fèi)，GSM900/1800雙頻段工作等內(nèi)容，也包含了與全速率完全兼容的增強(qiáng)型話音編解碼技術(shù)，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進(jìn)；半速率編解碼器可使GSM系統(tǒng)的容量提高近一倍。在GSMPhase2+階段中，采用更密集的頻率復(fù)用、多復(fù)用、多重復(fù)用結(jié)構(gòu)技術(shù)，引入智能天線技術(shù)、雙頻段等技術(shù)，有效地克服了隨著業(yè)務(wù)量劇增所引發(fā)的GSM系統(tǒng)容量不足的缺陷；自適應(yīng)語(yǔ)音編碼(AMR)技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了系統(tǒng)通話質(zhì)量；GPRS/EDGE技術(shù)的引入，使GSM與計(jì)算機(jī)通信/Internet有機(jī)相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)115/384kbit/s，從而使GSM功能得到不斷增強(qiáng)，初步具備了支持多媒體業(yè)務(wù)的能力。盡管2G技術(shù)在發(fā)展中不斷得到完善，但隨著用戶規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，頻率資源己接近枯竭，語(yǔ)音質(zhì)量不能達(dá)到用戶滿意的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信速率太低，無(wú)法在真正意義上滿足移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的需求。

1技術(shù)原理

處理數(shù)字信號(hào)的過(guò)程中，通常情況下都需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在處理信號(hào)之前，首先需要采集和量化。采集定理又名奈奎斯特采樣定理，是美國(guó)電信工程師奈奎斯特于1928年提出的，通過(guò)采集定理可知，想要在離散信號(hào)中恢復(fù)出無(wú)失真的原始信號(hào)，那么采樣率至少要達(dá)到原始信號(hào)的2倍。此后在2004年，華裔科學(xué)家T.Tao以及D.Donoho、E.Candes等人通過(guò)對(duì)比逼近理論和信號(hào)稀疏理論的分析，初步提出了壓縮感知理論，通過(guò)壓縮感知理論可知，如果將壓縮感知技術(shù)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中，那么即使采用低于奈奎斯特采樣定理的采樣率，也可以恢復(fù)出無(wú)失真的原始信號(hào)。壓縮感知理論的基本思想是：如果信號(hào)某個(gè)變換域是稀疏的，或者信號(hào)是可以壓縮的，那么通過(guò)與變換基不相關(guān)的觀測(cè)矩陣，能夠?qū)⒆儞Q得到的高維信號(hào)投影到低維空間，之后求解最優(yōu)化問(wèn)題，就能夠在少量投影中重構(gòu)原始信號(hào)。在壓縮感知理論框架下，采樣率不決定于原始信號(hào)帶寬，而是重要新信息在信號(hào)中的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)決定的，測(cè)量值不是信號(hào)本身，是高維到低維的投影值，每一個(gè)測(cè)量值中，都包含著全部樣本信號(hào)的部分信息，在恢復(fù)信號(hào)過(guò)程中，所用的測(cè)量值數(shù)目要比奈奎斯特采樣定理要求的數(shù)目少很多。假設(shè)一個(gè)N×1維信號(hào)s，s包含非零元素K個(gè)，s可以通過(guò)轉(zhuǎn)換得出N×1維變量x，其轉(zhuǎn)換公式即為：x=覫s式中：覫代表N×N維稀疏變換矩陣，轉(zhuǎn)換得出N×1維變量x之后，就可以計(jì)算出M×1維測(cè)量信號(hào)y，其計(jì)算公式如下：y=準(zhǔn)x=準(zhǔn)覫s=Θs式中：準(zhǔn)代表M×N維測(cè)量矩陣，也可稱之為隨機(jī)采樣矩陣或者投影矩陣，在上述環(huán)節(jié)中，覫和準(zhǔn)的設(shè)計(jì)十分重要，對(duì)壓縮感知技術(shù)的實(shí)際性能具有很大影響，另外K<M<<N，其中M的取值滿足以下條件：M≥Cu2（準(zhǔn)，覫）Klog（N）式中：u2（準(zhǔn)，覫）代表矩陣覫和準(zhǔn)相關(guān)性。此外信號(hào)重構(gòu)是壓縮感知技術(shù)的核心，在取得觀測(cè)值y的條件下，獲取最稀疏解s的過(guò)程即為信號(hào)重構(gòu)，為了描述壓縮感知理論的信號(hào)重構(gòu)問(wèn)題，需要運(yùn)用矩陣?yán)碚撝械姆稊?shù)知識(shí)。

假設(shè)定義向量Z={z1,z2，…，zN}的P-范數(shù)如下：Zp=Ni=1ΣzipΣΣ1p當(dāng)P=0時(shí)，可以求出向量Z的0-范數(shù)，用以表示Z中非零元素的個(gè)數(shù)。一般情況下，非稀疏信號(hào)x通過(guò)稀疏轉(zhuǎn)換可得出s，此時(shí)壓縮感知理論中信號(hào)恢復(fù)問(wèn)題就可以轉(zhuǎn)化為線性約束下最小0-范數(shù)問(wèn)題，具體表達(dá)式如下：s^=argmin0，s.t.y=準(zhǔn)x=準(zhǔn)覫s=Θs上述0-范數(shù)優(yōu)化問(wèn)題屬于非凸優(yōu)化問(wèn)題，換言之，在多項(xiàng)式內(nèi)不能夠進(jìn)行求解，也無(wú)法驗(yàn)證解是否有效，這樣一來(lái)，就需要將其轉(zhuǎn)化為其他范數(shù)，例如2-范數(shù)或者1-范數(shù)，相關(guān)資料顯示，上述0-范數(shù)優(yōu)化問(wèn)題可通過(guò)求解簡(jiǎn)單的1-范數(shù)來(lái)解決，所以壓縮感知理論一般采用如下公式：s=argmin1，s.t.y=準(zhǔn)x=準(zhǔn)覫s=Θs這樣一來(lái)，就可以運(yùn)用線性規(guī)劃算法等方法來(lái)進(jìn)行處理，在實(shí)際工作中，算法有很多中，可以根據(jù)具體需要來(lái)選擇快捷的方法。

2實(shí)際應(yīng)用

分析在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，壓縮感知技術(shù)有以下幾方面特性：

（1）觀測(cè)信號(hào)沒(méi)有稀疏性，比如OFDM系統(tǒng)頻域信道響應(yīng)等等。