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无线通信最关键技术有哪些?无线通信技术应用介绍?
作者:admin 发布日期:2024/6/28 14:54:51

西安无线通信技术未来发展方向分析,本文主要介绍了未来无线通信领域的几项关键技术创新。随着无线服务的扩展,对高数据速率通信的需求将不可避免地导致能够提供高频谱效率的新调制和编码技术。我们讨论了满足此条件的三种物理层技术:OFDM、UWB 传输和空时调制/编码。此外,由于室内接入正在成为无线通信的前沿,本文还讨论了宽带局域网(WLAN)和临时(Ad hoc)网络的应用。

一、概述

用户和路由设备可以在网络中随机移动的 Ad hoc 网络已成为一个重要的研究领域,这项新兴技术有望扩展便携式访问并实现紧急情况下的通信。在传统的无线网络中,网络接入点固定连接到宽带骨干网,对数据速率的要求越来越高,例如IEEE 802.11a/g要求的数据速率为54Mbps。许多新技术应运而生,将对无线通信领域产生重大影响。超宽带(UWB)技术利用极短的脉冲信号传输信息,脉冲占用的带宽高达数GHz。与传统的无线通信系统将基带信号上变频为射频信号不同,UWB可以认为是基带传输,但恰好是在射频上。它可以在室内以极低的功率谱密度提供高达 100Mbps 的数据速率。另一种高效技术是正交频分复用 (OFDM)。它提供了以往调制方式所不具备的多址接入和信号处理方式,使无线网络能够在更窄的频段内获得更高的频谱效率。 20世纪90年代的研究表明,在发射端和接收端使用多个天线可以获得高功率效率和频谱效率。进一步研究表明,该系统在独立的瑞利散射通道中获得的理论数据速率与天线数量成正比,接近最大香农容量。量的 90%。朗讯V-BLAST实验室系统模型在室内环境下可实现20-40bps/Hz的频谱效率,平均信噪比为24-34dB,收发信机使用16根天线时,平均可获得60个30dB的信噪比。 -70bps/Hz 的频偏效率。

下面,我们将详细介绍上述技术及其在未来无线通信领域的应用。

西安无线通信

二、无线通信在室内接入中的应用

传统上,人们只有在相对静止的时候才会使用宽带资源,而这些活动往往发生在室内。众所周知,无线通信技术的诞生最初是为了提供移动语音服务,为路上的人们提供通信服务。

因特网的快速发展使其适合于由因特网服务提供商 (ISP) 提供的固定室内连接,这些提供商通常与本地有线电视运营商相同。与此形成鲜明对比的是,在无线通信领域,运营商为了购买带宽资源的使用权,建设室外移动覆盖,投入了大量资金。所以他们一直难以涉足室内领域。此外,所有现有的第二代数字无线通信系统都主要集中于提供基于语音的服务。这将过去几年的室内数据通信业务交给了有线通信系统。

未来十年,室内无线接入提供宽带数据服务将成为无线通信领域最重要的课题。蜂窝和个人通信的发展要求第三代无线设备能够为室内用户提供类似互联网的网络服务为核心。大多数运营商没有现有系统来提供这种室内覆盖。这为可以提供低成本设备的基于无线局域网 (WLAN) 的新竞争对手提供了切入点。

使用建筑物或校园中现有的有线以太网基础设施,WLAN 可以快速且廉价地使用,并且可以实现比昂贵的 3G 蜂窝设备更高的数据速率。随着VoIP技术的发展,相信WLAN可以进一步提供手机和互联网接入。不使用蜂窝结构的移动/便携式无线服务。

我们正在努力将2.5G和3G蜂窝技术与WLAN技术相结合,生产出能够完成各种室内链接和服务的无线设备,例如手机。

在室内无线接入方面,WLAN 和现有并广泛采用的基于 IP 的有线网络架构将成为以无线电波为中心的蜂窝/个人移动通信系统的有力竞争者,后者正试图扩大其影响范围 从室外扩展到室内。同时WLAN也将涉足户外,如观光景点和机场。

3. 无线通信数据率

未来十年,高速无线数据业务将更加成熟。实现这一目标的关键在于提高频段利用率。在物理层,三种技术将在这方面发挥关键作用:正交频分复用(OFDM)、空时架构和超宽带通信技术。

1. 正交频分复用(OFDM)与多载波通信

正交频分复用 (OFDM) 是多载波传输的一种特殊情况。使用多个低速子载波传输高速数据流。由于超大规模集成(VLSI)的进步,高速、大规模的快速傅里叶变换(FFT)芯片成为可能,OFDM技术也成为商用高速宽带无线通信技术的主要候选。此外,OFDM技术还有许多独特的特性,使其颇具吸引力:由于低速并行子载波上符号率的提高,OFDM技术可以抵抗多径衰落和符号间干扰。 (对于给定的延迟扩展,OFDM 接收器的复杂性远低于单载波情况下使用的均衡技术。); OFDM技术通过在子载波上使用自适应调制和功率分配技术,有效地利用无线电频带资源,这些可以通过可编程数字信号处理器来实现;由于窄带干扰只能作用于一小部分子载波,OFDM技术具有抗窄带干扰的能力;与其他宽带接入技术不同,OFDM技术不需要连续的带宽资源; OFDM 使单频网络成为可能,这非常适合广播应用。

对于频率偏移和相位位噪声非常敏感。由于无线信道的时变性,无线信号在传输过程中的频偏或发射端本机振荡器与接收端的频偏会破坏OFDM系统子载波间的正交性,导致Inter - 副载波干扰 (ICI),除非采用适当的补偿技术,否则将大大降低系统性能。

以上问题影响了OFDM技术的广泛应用。如ETSI的HIPERLAN/1标准在1996年就考虑过OFDM技术,但最后放弃了。此后,许多研究多载波通信的高校和实验室开始考虑如何解决上述两个问题。由于其采用自适应调制和子载波间功率分配的固有便利性,OFDM技术在未来的宽带无线领域仍然是一种优秀的调制技术。 OFDM技术将软件无线电技术和智能天线技术与之相结合,将获得更大的性能提升。越来越多的新的多载波通信思想结合了OFDM技术和扩频技术等单载波系统的优点。

2、超宽带(UWB)技术

超宽带(UWB)调制技术采用上升和下降时间非常快的基带脉冲整形,使脉冲占用的带宽高达数GHz,因此最高数据传输速率可达数百Mbps。这避免了传统窄带调制技术所需的上变频过程。此外,由于发射机的脉冲整形直接用于天线,无需上变频,UWB技术可以利用低成本的宽带传输设备。

除了大带宽和高通信速率外,超宽带技术还有许多其他优势。首先,UWB通信的保密性好,其系统传输的功率谱密度很低,有用的信息完全淹没在噪声中,被发现的概率很低。其次,UWB可以抗多径衰落,因为UWB系统每次的脉冲发射时间很短,在反射波到达之前,直达波的发射和接收已经完成,所以UWB系统适合用在高速移动环境。而且UWB通信被称为无载波基带通信,几乎是全数字通信系统,需要的射频和微波器件很少,所以这降低了系统的复杂性。可以说,超宽带通信是一种成本低、功耗低、速度快、简单有效的优良无线通信方式。

超短脉冲使基于 UWB 的雷达具有高分辨率,而宽带宽则为下一代无线局域网提供高信号速率。

3.时空处理

随着业务的扩展,由于有限的频谱资源,无线服务提供商必须改进技术以扩展蜂窝系统的容量。可以通过小区分裂来增加容量,但是以增加基站为代价。然而,空时技术和多输入多输出(MIMO)天线结构,通过使用天线和差错控制码,充分利用小尺度时间和空间分集,极大地提高了频谱效率,并以更低的成本增强了覆盖范围。细胞分裂。时空技术既可以应用于蜂窝系统,也可以应用于临时(Ad hoc)网络结构。

多径是影响无线链路可靠性的主要因素。分集技术是降低深度衰落影响的有效技术。过去的分集多是基于接收端,主要是移动台到基站的上行链路。最近,更多的研究集中在基站和移动站的空间分集上。原因之一是开发了以更高频率运行的新系统。例如,载波频率高达 2.4 GHz 或 5 GHz 的无线设备需要不会显着增加移动终端尺寸的天线阵列间距。 3GPP 和 3GPP2 已经使用双发射分集来提高下行链路信道的数据速率,因为未来的无线多媒体服务需要比上行链路速率高得多的下行链路速率。

通过合理的编码选择,可以实现时域的分集;在发射器和接收器上使用多个天线提供了空间分集。这大大提高了频谱效率,并以较低的复杂度实现了分集增益和编码增益(所有发送端的编码和接收端的处理都可以用线性处理来实现)。研究结果表明,多发多收天线结构采用最大可能检波器信号,单发双收结构采用最大比合路结构,得到相同的结果。这样,分集的负担就转移到了传输上,而不会影响性能结尾。

在闭环发射分集技术中,接收机将当前信号的特性通过反馈消息提供给发射机,从而通过信号选择或预失真来补偿当前信道特性的影响。显然闭环发射分集技术优于简单的“盲发射”STBC。除了STBC,“盲发射”分集还可以通过延迟分集结构来实现,即不同发射天线上的信号具有不同的延迟,从而避免了频率选择性信道。接收端的均衡器利用训练序列来补偿信道失真,通过合并不同时延的信号可以获得分集增益。这种方法的缺点是信道之间的差异不是符号周期的整数倍,会受到符号间干扰的影响。在这种情况下,需要接收端的反馈来调整延迟。

许多无线通信系统已经规划了空时码。例如,宽带固定无线接入标准IEEE 802.16.3将空时码视为内码,将Reed-Solomon码视为外码。欧洲 WIND-FLEX 项目正在为高达 100Mbps 的室内应用自适应调制解调器选择最佳数量的发射和接收天线。第四代蜂窝移动通信标准计划在每个小区中实现 20 的频谱效率,提供高达 20Mbps 的数据速率。空时编码就是能够满足这一要求的技术之一。

4。结论

本文介绍了未来十年西安无线通信领域可能蓬勃发展的一些新技术。相信互联网和无线通信很快就会融合。对高数据速率的需求将不可避免地导致能够提供高频谱效率的新调制和编码技术。我们讨论了满足此条件的三种物理层技术:OFDM、UWB 传输和空时调制/编码。我们相信,无线技术将为未来的通信行业做出更加卓越的贡献。

此文关键字: 西安无线通信  
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