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(多图) 无线城市关键技术及发展策略分析

中国网通集团研究院 李建宇?? 2009年01月09日 ?? 收藏0

  1 引言

  无线城市的概念源于WiFi技术(802.11b),初衷是作为有线的延伸,实现固定的无线互联网接入,随着无线接入技术的不断发展和人们对城市信息化的认识的不断深入,无线城市已经发展到以宽带移动互联网为基础通信介质,结合用户的基本属性(身份、习惯、喜好等),为随时随地为市政服务、医疗、旅游、个人生活等方面提供多种增殖服务。

  在现实世界中,无线城市的概念方兴未艾,但是实际部署却差强人意,2007年,美国各大城市开展的无线城市计划在仅仅风靡了2年后沦为鸡肋,美国多个城市宣布取消或者暂停该计划。到底是什么原因造成了技术先进、关注度高、应用前景美好的无线城市遭遇冷落?本文试图从驱动技术的关键需求出发,结合关键技术的发展,给出解释,并在此技术上,对于无线城市未来的发展,给出自己的观点。

  2 无线城市关键技术分析

  随着WiFi无线局域网的诞生,尤其是802.11b系列的通信芯片植入Intel的 CPU中,使得无线上网成为可能,也催生了“无线城市”的需求。人们已经不满足与固定场所的办公上网、分享信息,政府部门也希望能更有效的组织信息资源,更好的服务于广大市民。于是,以IT界主导的无线接入技术逐渐由无线局域网向各个层面扩展,向上扩展到无线局域网、无线城域网、无线广域网,向下还有无线个域网,同时,积极吸纳CT行业的先进技术和经验,增强了网络的可运营可调度的能力,全方位、多层次的覆盖各类通信需求。

  可以说,无线城市中的技术是源于IT界,以WiFi,WiMAX等技术为代表,并吸取了CT界以IMT-2000,IMT-Advanced为代表的成熟经验和技术的基础上,IT与CT融合的产物,下面就有针对的选取主要关键技术点进行论述。

  关键技术点

无线城市中的关键技术点

图1 无线城市中的关键技术点

  为了便于阐述,下面就自下而上按照物理层、MAC层和网络层选取部分关键技术进行论述。

  1) 物理层

  OFDM:正交频分复用,是一种调制技术,其核心是通过将较宽的信号带宽划分成若干正交的自信道,并使自信道的带宽小于信道的相关带宽,并通过引入定时偏差(频域的CP)使得信号在保护时间间隔内变化而不致引起子载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)从而有效对抗多径效应,使得非视距传输大容量信号成为可能。

  OFDMA:基于OFDM调制的多址方式,可用于下行。通过对OFDM调制信号进行灵活的子载波分配(如:相邻子载波分配和分布式子载波分配)满足不同的应用场景的需求,如,在固定或游牧的应用场景下,采用乡里子载波分配方式可以使得个别子信道具备较高的信噪比;而分布式子载波分配方式可以使得子载波分散在整个频带,虽然不会出现非常好或非常差的信道环境,但是比较适用与具备一定移动性的应用场景。根据子载波的信噪比,在不同子载波上采用不同的调制编码方式,可以尽可能提高信道的利用率。

  GMC:即广义多载波,是针对上行接入的多址方案,可以与OFDMA结合应用。采用逆滤波器组变换(IFBT)实现频分复用和频分多址的方式,与 OFDMA该方式具有较低的峰均比,并且能更有效的抵御上行用户间的定时和频率同步误差导致的多址干扰。其关键技术点如下:

  l 复滤波器组变换理论及快速算法

  l 基于DFT扩频的GMC多址方案

  l 信号峰均比抑制方法

  l 同步定时方法:频域保护子带和时域循环前缀

  l 信道估计与均衡方法

  2) MAC层

MIMO基本原理图

图2 MIMO基本原理图

  MIMO:即多入多出,是利用多组分立的发射、接收天线的空间分集作用,将通信链路分解成为许多并行的子信道,以提高容量。从信息论的理论分析可知:在功率带宽受限的无线信道中,当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时,MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能,从而显著改善系统容量。当前业界MIMO的流行模式是2×2MIMO,MIMO的原理如上图2所示。

  通过与OFDMA、智能天线(波束赋形)等关键技术相结合,能够最大限度的改善系统的容量和覆盖范围。

无线Mesh组网方式示意图

图3 无线Mesh组网方式示意图

  Mesh:无线Mesh网络是一种高容量高速率的多点对多点网络,采用类似移动自组织网络(AdHoc)的多跳网络拓扑,通过引入中继站来扩展城域网基站的无线覆盖范围和增强局域网接入点的热点覆盖功能。其组网方式如上图3所示,其中的AdHoc网络和无线感知网络相当于分布式的无线Mesh网络。与物理层的OFDM、OFDMA、GMC等关键技术相结合,使得在非视距的无线传播环境下也能进行高速分组数据传输。MAC层采用集中式控制与分布式控制相结合的方式,以实现充分利用带宽和物理层先进技术的灵活高效的无线资源分配机制。


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无线城市? WiFi? WiMAX? OFDM?

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