1移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

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

2當(dāng)前WIFI技術(shù)簡介

在本節(jié)中，我們將對WIFI技術(shù)的物理層和MAC層技術(shù)進行簡介，并闡述當(dāng)前WIFI技術(shù)在移動通信網(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，從而達到高數(shù)據(jù)量傳輸。當(dāng)前的WIFI標準主要工作在兩個頻段：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個頻段可供利用，單個設(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個頻段可供利用，單個設(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，越來越多的WIFI設(shè)備開始工作在5GHZ頻段。WIFI技術(shù)的MAC層采用CSMA技術(shù)來為多用戶提供接入。CSMA技術(shù)的工作原理為：任何一臺設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須先對當(dāng)前頻譜進行探測，若當(dāng)前頻譜為空閑狀態(tài)則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則進入等待模式并在等待結(jié)束后開始下一次探測。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜時，MAC層還將應(yīng)用RTS/CTS技術(shù)。

1移動IP的原理

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，任何移動節(jié)點都可以與IP核心網(wǎng)進行無縫的連接，從而形成無線網(wǎng)絡(luò)。就目前來看，數(shù)據(jù)連接的方法多種多樣，如：WLAN、藍牙和GSM等。其中在移動無線網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)過程中，移動IP技術(shù)最為關(guān)鍵。移動IP一般包括移動節(jié)點、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。移動節(jié)點（mobilenode）指的是在移動環(huán)境下工作的一些安有移動信息接收和無線網(wǎng)卡的計算機通訊設(shè)備，由此這些設(shè)備具備了移動通訊和無線通訊的功能。簡單點的說，就是這些設(shè)備具有了長久IP地址的移動終端。歸屬（homeagent）又稱作本地，也就是說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IP的原理如下：首先移動節(jié)點歸屬是信息的入口，相比較而言，外埠就是信息的出口。一般先經(jīng)過歸屬進行數(shù)據(jù)包的封裝，然后傳達給外埠。當(dāng)外埠接收到數(shù)據(jù)包之后，進行數(shù)據(jù)的解開并將其傳遞給移動節(jié)點。一般來說，數(shù)據(jù)包在隧道內(nèi)時，路由環(huán)會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的報頭。一旦歸屬將廣播包傳遞到了移動節(jié)點那里，就需要對其進行重新封裝。值得注意的是，歸屬向移動節(jié)點進行傳送時的本地地址是里層隧道，相反的，歸屬往移動節(jié)點轉(zhuǎn)交時的地址是外層隧道。當(dāng)解封的IP報頭獲得得到了數(shù)據(jù)之后，就會報告移動節(jié)點，綜上，這就是節(jié)點向移動節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的全過程。

2移動通訊中移動IP節(jié)點技術(shù)的實現(xiàn)

2.1移動IP節(jié)點的關(guān)鍵技術(shù)

在移動通訊中，移動IP節(jié)點技術(shù)實現(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現(xiàn)隧道所需要的額外字節(jié)數(shù)，這個過程需要去掉IP的IP封裝中的內(nèi)層IP報頭和外層IP的報頭的冗余部分才能實現(xiàn)。

2.2移動IP節(jié)點的工作過程

【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世紀世界經(jīng)濟的火車頭，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通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后展望了未來移動通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。

【論文關(guān)鍵詞】移動通信;3G;發(fā)展;展望

伴隨著移動通信市場的快速發(fā)展，用戶對更高性能的移動通信系統(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)。第二代移動通信運營商發(fā)展速度趨于緩和而競爭越加激烈，為尋找新的增長點，通過發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來提高自身的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)類型，需要3G的支持。同時由于第二代移動通信無線頻率資源日趨緊張，已不能滿足長期的通信需求發(fā)展需要。

1移動通信的發(fā)展歷程

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

第二代移動通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標準協(xié)會在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴展和改進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)用移動網(wǎng)絡(luò)增強邏輯)，SO(支持最佳路由)、立即計費，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型話音編解碼技術(shù)，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進；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與計算機通信/Internet有機相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達115/384kbit/s，從而使GSM功能得到不斷增強，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)模的不斷擴大，頻率資源己接近枯竭，語音質(zhì)量不能達到用戶滿意的標準，數(shù)據(jù)通信速率太低，無法在真正意義上滿足移動多媒體業(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世紀世界經(jīng)濟的火車頭，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通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后展望了未來移動通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。

【論文關(guān)鍵詞】移動通信;3G;發(fā)展;展望

伴隨著移動通信市場的快速發(fā)展，用戶對更高性能的移動通信系統(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)。第二代移動通信運營商發(fā)展速度趨于緩和而競爭越加激烈，為尋找新的增長點，通過發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來提高自身的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)類型，需要3G的支持。同時由于第二代移動通信無線頻率資源日趨緊張，已不能滿足長期的通信需求發(fā)展需要。

1移動通信的發(fā)展歷程

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

第二代移動通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標準協(xié)會在1996年提出了GSMPhase2+，目的在于擴展和改進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)用移動網(wǎng)絡(luò)增強邏輯)，SO(支持最佳路由)、立即計費，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型話音編解碼技術(shù)，使得話音質(zhì)量得到了質(zhì)的改進；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與計算機通信/Internet有機相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達115/384kbit/s，從而使GSM功能得到不斷增強，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)模的不斷擴大，頻率資源己接近枯竭，語音質(zhì)量不能達到用戶滿意的標準，數(shù)據(jù)通信速率太低，無法在真正意義上滿足移動多媒體業(yè)務(wù)的需求。

1技術(shù)原理

處理數(shù)字信號的過程中，通常情況下都需要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在處理信號之前，首先需要采集和量化。采集定理又名奈奎斯特采樣定理，是美國電信工程師奈奎斯特于1928年提出的，通過采集定理可知，想要在離散信號中恢復(fù)出無失真的原始信號，那么采樣率至少要達到原始信號的2倍。此后在2004年，華裔科學(xué)家T.Tao以及D.Donoho、E.Candes等人通過對比逼近理論和信號稀疏理論的分析，初步提出了壓縮感知理論，通過壓縮感知理論可知，如果將壓縮感知技術(shù)用于移動通信系統(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)出無失真的原始信號。壓縮感知理論的基本思想是：如果信號某個變換域是稀疏的，或者信號是可以壓縮的，那么通過與變換基不相關(guān)的觀測矩陣，能夠?qū)⒆儞Q得到的高維信號投影到低維空間，之后求解最優(yōu)化問題，就能夠在少量投影中重構(gòu)原始信號。在壓縮感知理論框架下，采樣率不決定于原始信號帶寬，而是重要新信息在信號中的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)決定的，測量值不是信號本身，是高維到低維的投影值，每一個測量值中，都包含著全部樣本信號的部分信息，在恢復(fù)信號過程中，所用的測量值數(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N×1維信號s，s包含非零元素K個，s可以通過轉(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，就可以計算出M×1維測量信號y，其計算公式如下：y=準x=準覫s=Θs式中：準代表M×N維測量矩陣，也可稱之為隨機采樣矩陣或者投影矩陣，在上述環(huán)節(jié)中，覫和準的設(shè)計十分重要，對壓縮感知技術(shù)的實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，覫）Klog（N）式中：u2（準，覫）代表矩陣覫和準相關(guān)性。此外信號重構(gòu)是壓縮感知技術(shù)的核心，在取得觀測值y的條件下，獲取最稀疏解s的過程即為信號重構(gòu)，為了描述壓縮感知理論的信號重構(gòu)問題，需要運用矩陣理論中的范數(shù)知識。

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，可以求出向量Z的0-范數(shù)，用以表示Z中非零元素的個數(shù)。一般情況下，非稀疏信號x通過稀疏轉(zhuǎn)換可得出s，此時壓縮感知理論中信號恢復(fù)問題就可以轉(zhuǎn)化為線性約束下最小0-范數(shù)問題，具體表達式如下：s^=argmin0，s.t.y=準x=準覫s=Θs上述0-范數(shù)優(yōu)化問題屬于非凸優(yōu)化問題，換言之，在多項式內(nèi)不能夠進行求解，也無法驗證解是否有效，這樣一來，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)化問題可通過求解簡單的1-范數(shù)來解決，所以壓縮感知理論一般采用如下公式：s=argmin1，s.t.y=準x=準覫s=Θs這樣一來，就可以運用線性規(guī)劃算法等方法來進行處理，在實際工作中，算法有很多中，可以根據(jù)具體需要來選擇快捷的方法。

2實際應(yīng)用

分析在實際應(yīng)用過程中，壓縮感知技術(shù)有以下幾方面特性：

（1）觀測信號沒有稀疏性，比如OFDM系統(tǒng)頻域信道響應(yīng)等等。