新一代移动通信系统的关键技术

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摘　要：
随着无线通信技术的进步和网络技术的高速发展，对发展中的移动通信系统提出了新的要求，新一代移动通信系统将实现不同通信技术及通信体制间的“无缝”连接，提供更具个性化和更高质量的个人服务业务。
一、引 言
近十几年来，第二代移动系统得到了迅猛发展，通信主要采用GSM、CDMA、cdmaOne等体制，实现语音通信和低速率数据传输，并取得了巨大的商业成功，同时也推动了第三代移动通信技术的发展和应用。当前第三带移动通信技术主要解决和实现高速数据传输，主要采用的技术包括GPRS、IMT-2000、Bluetooth、WLAN等。由于以上技术是由不同的组织、公司和部门针对移动通信中不同的应用对象、传输速率及用户独立开发的，缺乏统一的技术标准和无线接口，新一代移动通信技术研究和应用中应摆脱现有具体技术和体制的束缚，结合新业务的需求和技术突破领域的方向，分析当前系统向新一带移动通信系统过渡中存在的问题和技术“瓶颈”，提出和把握技术发展的方向和重点。
新一代移动通信系统主要解决系统应用中的便易性、多媒体业务、个性化、综合服务等问题，使用户能够在任何地点、任何时间使用移动终端，在不同无线网络系统间实现个人通信；在具备传统的语音服务外，应提供基于高速数据传输能力的多媒体服务业务；能够为不同职业、不同环境和消费层次的用户提供满足需求的个性化服务，获取所需的任何公开信息。
新一代移动通信系统的关键技术发展重点涉及到移动通信终端、网络系统、工作模式、业务服务和系统安全等领域，本文将分别讨论。
二、新一代移动通信系统的关键技术
1. 移动终端的设计
现阶段的移动通信终端多为单模式，不同的移动终端设备适用于与之相适应的通信网络系统。为满足在不同通信网络系统中的工作要求并能处理多种不同业务，新一代的移动通信终端设备应能够在不同的无线通信网络中使用，实现的方法是在设计移动终端设备时采用软件无线电技术。终端设备模拟信号的接收单元包括天线、带通滤波器（BPF）和低噪声放大器（LNA）；接收的模拟信号通过模/数转换器（ADC）变为高速基带数字信号，数字信号的后续处理通过可编程数字信号处理器（DSP）实现。目前的软件无线电技术还无法满足新一代移动通信系统的要求。首先是单一的天线和低噪声放大器无法与多种无线通信网络的信号速率和信号带宽项匹配，采用多天线及低噪声放大器方式将造成系统设计、终端尺寸、电磁兼容特性等问题。其二是模/数转换器的精度和速度达不到要求，如：采用软件无线电技术实现GSM 和UMTS系统的采样，就需要至少17位精度，超过100 Msample/s的采样速率。三是使用单一的数字信号处理器实时完成频率变换、数字滤波、解/压缩、数据恢复等功能几乎是不可能的，多个并行处理器方式势必造成电路复杂、功耗增加等问题。
2. 网络系统的搜寻及确认
新一代的移动通信终端设备应能够在不同的无线通信网络中使用，多模式的移动终端应能够自行选择所需的通信网络，由于通信网络系统不同，采用的通信技术和接入协议不同，使得终端的网络搜寻和确定的算法更加复杂。在GSM系统中，移动基站通过定期广播发送信息，确保与被服务的移动台保持通信联系，而多模式的终端采用软件无线电的硬件结构，在通信网络的搜寻和确定时必须从存储介质中调用和装载配套的处理软件来更新系统程序，满足通信技术和接入协议的要求。由于无线通信网络的分布环境不同，终端的可移动性，可能造成移动终端频繁地在不同的通信系统间切换，反复进行软件的调用、载入和程序更新。另外，有的加载软件和程序需通过空中接口（OTA）获得，长时间的数据下载和低速下载信道，严重时将造成通信质量下降和中断。同样，不同的无线网络系统根据其系统自身的数据速率、通信费用、服务质量（QoS）等差异，分别提供最理想的服务方式和数据源应用。多模式移动终端在进行语音、数据等多媒体数据通信时，应能根据通信服务的内容灵活、及时地选择所需服务的无线网络系统。
3. 用户移动性要求
为了在任何时间和位置提供无线网络的系统服务，新一代移动通信系统必须解决移动终端的移动性，确保移动终端保持通信的条件下，在不同的无线网络系统间漫游和接换。移动终端漫游包括定位处理和切换处理，在定位处理过程中，无线网络系统应能对移动终端进行跟踪和定位，保存和处理移动终端的授权位置、工作区域及服务质量等信息。切换处理主要解决移动终端在小区间漫游时的连续通信。传统的解决方式是在移动终端产生“小区”切换时，通过变换更新原始工作和当前工作小区信息的方式实现，移动IPv6（MIPv6）采取此种方式。新一代移动通信系统要实现移动漫游，还需解决许多技术问题，首先移动切换方式包括2种方式，一种是在相同无线通信网络系统中，移动终端在不同的小区间的切换；二是移动终端在不同的无线通信网络之间切换。由于新一代通信系统支持多网络系统、不同移动设备的实时多媒体业务，处理两种漫游切换，将严重影响通信的效率和服务质量；其次，不同的无线通信网络，移动切换的时机、切换时间和切换的处理方式均不同，实现不同体制系统间的移动切换，必须提出新的切换策略和切换算法以满足新一代通信系统的要求。
4. 网络业务服务
现阶段的无线通信系统有2种模式：非IP技术体制和IP技术体制。通常基于IP技术体制的通信系统适合进行高速数据通信，非IP体制更适合话音通信。新一代的移动通信系统应能够在两种技术体制下实现低延时、高速率的多媒体信息通信，同时确保满足通信业务的服务质量要求。通信服务质量是新一代移动通信系统要解决的关键技术，当前解决移动通信系统服务质量的技术措施仅仅是针对特定的无线通信体制，根据其信号控制类型、无线接口方式、频率分配、网络层协议等确定的，现有技术措施无法保证新一代无线通信系统中多媒体信息通信的端-端服务质量。
5. 信息安全和网络稳健性
对于新一代的移动通信系统，信息的安全性和网络的稳健性是重要的研究领域。在新的移动通信系统中，应根据不同的应用和数据源信息选择不同的数据加密等级和安全保密措施，技术的关键是解决方式的灵活性。当前移动通信网络的数据安全所采取的技术手段相对固定和独立，主要是针对语音服务系统设计的，整个网络系统加密字段的长度、加密/解密的算法无法依据通信采用的技术和设备、信道容量、系统处理延时、数据安全需求等因素进行调整，因此在技术上着重解决基于IP结构通信系统数据安全和相关算法的研究。整个新一代移动通信系统是由采用多种不同的网络技术和设备构成的，整个网络系统的稳健性是研究的课题之一。无线移动通系统多采用蜂窝模式，采用树状的拓扑结构，由移动台、小区蜂窝、移动基站和交换网络几个层次构成；树状拓扑结构中任何一层的设备和软件系统发生故障，所有该层以下的系统工作将受到影响。通常解决方法采用分层蜂窝网络（Hierarchical Network）和多机种网络（Heterogeneous Network）结构，将所有业务量都引导到中央核心的移动通信网络系统中，达到系统高度的可缩放及扩展，灵活实现新业务的接入和网络资源合理分配。

三、结束语
新一代移动通信所需解决的技术问题，主要包含在无线系统通信系统所涉及的移动通信设备、网络系统结构、信息服务等诸多领域，对技术问题的提出和研究有助于充分了解新一代移动通信系统的技术难度，为移动通信的关键技术研究提供方向。