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精品文檔信息通信新技術(shù)1.4G/5G移動通信技術(shù)2.電力通信技術(shù)3.移動互聯(lián)網(wǎng)4.自組織網(wǎng)絡(luò)5.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6.物聯(lián)網(wǎng)7.軟件定義網(wǎng)絡(luò)1.4G/5G移動通信技術(shù)4G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù) 4.1正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù) 4G移動通信系統(tǒng)主要是以O(shè)FDM為核心技術(shù)。OFDM技術(shù)實(shí)際上是多載波調(diào)制的一種，其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。 OFDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是因?yàn)镺FDM有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （1）頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近奈奎斯特極限。 （2）抗衰落能力強(qiáng)。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，這樣在每個子載波上的信號時間就相應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號時間長很多倍，從而使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。 （3）適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪聲背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時候，應(yīng)采用效率高的調(diào)制方式；而當(dāng)信道條件差的時候，則應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使得系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的信道上以高速率進(jìn)行傳送。因此，OFDM技術(shù)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸。 （4）抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)。碼間干擾是數(shù)字通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實(shí)際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用了循環(huán)前綴，故對抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。 4.2軟件無線電（SDR）技術(shù) 在4G移動通信系統(tǒng)中，若要實(shí)現(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)以任何形式接入網(wǎng)絡(luò)”的理想通信方式，則至少需要保證移動終端能夠適合各種類型的空中接口，能夠在各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無縫漫游，并可以在不同類型的業(yè)務(wù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就意味著在4G系統(tǒng)中，軟件將會變得非常復(fù)雜。為此，專家們提議引入軟件無線電技術(shù)，軟件無線電是近幾年隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展起來的新技術(shù)，它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支持。軟件無線電概念一經(jīng)提出，就受到各方的極大關(guān)注，這不僅是因?yàn)檐浖o線電概念新技術(shù)先進(jìn)、發(fā)展?jié)摿Υ?，更為重要的是它潛在的市場價值也是極具吸引力的。軟件無線電強(qiáng)調(diào)以開放性最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可升級、可重配置的不同應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計(jì)新思路。 其中心思想是：構(gòu)造一個具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺，將工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等各種功能用軟件來完成，并使寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。在4G眾多關(guān)鍵技術(shù)中，軟件無線電技術(shù)是通向未來4G的橋梁。 由于各種技術(shù)的交迭有利于減少開發(fā)風(fēng)險，所以未來4G技術(shù)需要適應(yīng)不同種類的產(chǎn)品要求，而軟件無線電技術(shù)則是適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的基礎(chǔ)，它不僅能減少開發(fā)風(fēng)險，還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而降低了運(yùn)算器件的價格，其開放的結(jié)構(gòu)也會允許多方運(yùn)營的介入。 4.3智能天線技術(shù)（SA） 智能天線定義為波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等功能，被認(rèn)為是未來移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線成形波束可在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號，既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。其基本原理是在無線基站端使用天線陣和相干無線收發(fā)信機(jī)來實(shí)現(xiàn)射頻信號的收發(fā)，同時，通過基帶數(shù)字信號處理器，對各天線鏈路上接收到的信號按一定算法進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)上行波束賦形。 4.4多輸入多輸出（MIMO）技術(shù) 多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）是指在基站和移動終端都有多個天線。MIMO技術(shù)為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益?？臻g復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個子信道發(fā)射信號，使容量隨天線數(shù)量的增加而線性增加。 空間分集有發(fā)射分集和接收分集兩類?；诜旨夹g(shù)與信道編碼技術(shù)的空時碼可獲得高的編碼增益和分集增益，已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 MIMO技術(shù)可提供很高的頻譜利用率，且其空間分集可顯著改善無線信道的性能，提高無線系統(tǒng)的容量及覆蓋范圍。 4.5基于IP的核心網(wǎng) 4G移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互聯(lián)。核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN兼容。核心網(wǎng)具有開放的結(jié)構(gòu)，能允許各種空中接口接入核心網(wǎng)；同時核心網(wǎng)能把業(yè)務(wù)、控制和傳輸?shù)确珠_。采用IP后，所采用的無線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)絡(luò)（CN）協(xié)議、鏈路層是分離獨(dú)立的。IP與多種無線接入?yún)f(xié)議相兼容，因此在設(shè)計(jì)核心網(wǎng)絡(luò)時具有很大的靈活性，不需要考慮無線接入究竟采用何種方式和協(xié)議。 在4G通信系統(tǒng)中將主要采用全分組方式IPv6技術(shù)取代IPv4，IPv6具有許多的優(yōu)點(diǎn)，如：有巨大的地址空間；支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式；能夠提供不同水平的服務(wù)質(zhì)量；更具有移動性。 4.6多用戶檢測技術(shù) 4G系統(tǒng)的終端和基站將用到多用戶檢測技術(shù)以提高系統(tǒng)的容量。多用戶檢測技術(shù)的基本思想是：把同時占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當(dāng)作有用信號，而不是作為噪聲處理，利用多個用戶的碼元、時間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個用戶的信號，即綜合利用各種信息及信號處理手段，對接收信號進(jìn)行處理，從而達(dá)到對多用戶信號的最佳聯(lián)合檢測。它在傳統(tǒng)的檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成多址干擾的所有用戶的信號進(jìn)行檢測，從而具有良好的抗干擾和抗遠(yuǎn)近效應(yīng)性能，降低了系統(tǒng)對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。2.電力通信技術(shù)在傳統(tǒng)電網(wǎng)向新型智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變，以及其中將面臨的一個主要挑戰(zhàn)是，需要一個很好的通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)時接收所有用戶信息和控制其負(fù)載。要解決這一問題，目前最被認(rèn)可且最可靠的方案是以電網(wǎng)為通信媒介的PLC(電力線載波)技術(shù)。本文介紹了PLC技術(shù)及其發(fā)展歷程，并將傳統(tǒng)的窄帶單載波FSK調(diào)制方案與基于OFDM的PRIME和G3兩種新方案進(jìn)行了對比。傳統(tǒng)的電網(wǎng)正在發(fā)生變革。在過去的一個世紀(jì)，電網(wǎng)是一個用來將由一定數(shù)量的發(fā)電站發(fā)出的電能傳輸?shù)酱罅坎煌墑e的用戶的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)和運(yùn)行電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，就是要將電能以一種有效的方式從數(shù)百個發(fā)電站傳輸?shù)綌?shù)百萬的用戶家中。這個系統(tǒng)儲存電能的功能是很有限的，所以如何預(yù)測用戶的用電量就變得至關(guān)重要。電網(wǎng)的控制是基于每日的預(yù)測來進(jìn)行，而電能是由發(fā)電站通過傳輸網(wǎng)絡(luò)輸送到配電網(wǎng)絡(luò)。大部分發(fā)電都需要由調(diào)節(jié)器來控制。而現(xiàn)在在某些國家，以及將來的更多國家，綠色能源對于電網(wǎng)的貢獻(xiàn)將會越來越大。它在電網(wǎng)中所占的比率，由原來5%的水力發(fā)電，上升到了有40%是太陽能和風(fēng)能發(fā)電。在大部分綠色電能中，調(diào)節(jié)器要進(jìn)行的控制很少。此外，電動交通工具也加入了變革的隊(duì)伍。電動交通工具的大規(guī)模推廣，將使電網(wǎng)的用電量加倍，并大規(guī)模地帶來了超大儲電能力。用電量的上升、綠色電能的推廣和不受控制的發(fā)電、電動交通工具的儲電能力被認(rèn)為是電網(wǎng)的完美風(fēng)暴。這個方案就被稱為智能電網(wǎng)。它結(jié)合了嵌入式智能技術(shù)和實(shí)時通信與控制功能，能夠隨時與任何用戶進(jìn)行實(shí)時通信并控制其負(fù)載。要實(shí)現(xiàn)這樣的通信功能，就需要采用以電網(wǎng)作為主要通信媒介的 PLC技術(shù)。PLC技術(shù)早在20多年前就被用于中壓領(lǐng)域來控制電網(wǎng)。但在低壓側(cè)大規(guī)模使用PLC則是更近才開始。PLC技術(shù)的一個典型成功案例，是意大利ENEL 供電公司采用一個基于FSK和BPSK調(diào)制的窄帶PLC系統(tǒng)為3500萬用戶構(gòu)建一個AMM(自動電表管理)系統(tǒng)。此系統(tǒng)可每2個月自動抄讀一次3500 萬臺電表。但是它的平均波特率不夠，無法支持更多的實(shí)時通信和控制，以及未來基于IPv6等通信協(xié)議的應(yīng)用。要進(jìn)行更多的實(shí)時通信和控制，以及未來基于IPv6等通信協(xié)議的應(yīng)用，就需要一種基于OFDM調(diào)制的新一代PLC技術(shù)。其中兩種主要的OFDM方案，就是現(xiàn)在的G3和PRIME技術(shù)。G3是一個由法國EDF電力公司發(fā)起，MAXIM和SAGEMCOM開發(fā)的方案。這個方案在2009年被公布，EDF計(jì)劃將在2013年試用2000 臺采用G3技術(shù)的電表。PRIME是一個由PRIME聯(lián)盟推出的一個開放式多供應(yīng)商解決方案，該聯(lián)盟包含了30多個由供電公司、表計(jì)廠家和 ADD半導(dǎo)體、FUJITSU、 STM和TI等晶片供應(yīng)商組成的成員。其中的表廠包括SAGEMCOM、ITRON、LANDIS+GYR、ISKRA-MECO、ZIV和 SOGECAM。IBERDROLA是第一家推廣此方案的供電公司，但現(xiàn)在EDP、CEZMERENI和ITRI也加入這個陣營。IBERDROLA 在2010年開始安裝10萬臺采用PRIME技術(shù)的電表。該供電公司還計(jì)劃在2010年年底發(fā)布一個需量為100萬臺電表的新標(biāo)，并于未來3-5年在西班牙完成1000萬臺電表的安裝。其它一些供電公司也開始采用PRIME技術(shù)。G3和PRIME都是OFDM方案，但發(fā)展歷史有所不同。 G3最初是采用了一塊由MAXIM設(shè)計(jì)的芯片，此芯片可提供適用于PHY層和某些現(xiàn)有軟件層的IEEE802.15.42006通信、適用于MAC層的 6LowPAN和適用于網(wǎng)絡(luò)層的IPv6通信。PRIME則是由一個供電公司、行業(yè)廠家和大學(xué)研究所構(gòu)成的聯(lián)盟，合作開發(fā)一個新型OFDM 電力線技術(shù)公開標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)物。該聯(lián)盟采用一個針對PHY層的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)流程，從滿足最基本要求開始。接下來就是從噪音等級、噪音節(jié)奏、信號減弱和阻抗模式等要素來對物理媒介進(jìn)行定義。行業(yè)廠家則開發(fā)用于這些目的的新型自動化產(chǎn)品，并和供電公司展開了多次合作。由此產(chǎn)生了一個包含了噪音等級、噪音節(jié)奏、信號減弱和阻抗模式等要素的大型數(shù)據(jù)庫，和用于電網(wǎng)的精確數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模式。第二步，他們通過模擬的方法，用這個模式來評估OFDM技術(shù)的頭實(shí)現(xiàn)、帶寬分配、子載波數(shù)量、子載波調(diào)制和誤差糾正等多個參數(shù)構(gòu)成的不同組合，并采用新設(shè)備在實(shí)地測試中來評估最好的方案。經(jīng)過多次的重復(fù)和大量的實(shí)地測試，他們根據(jù)歐洲電網(wǎng)的情況和供電公司的規(guī)格要求，選擇出最佳的參數(shù)組合。此外，MAC和上端通信層也是由一個包含了晶片供應(yīng)商、表廠和供電公司的聯(lián)盟開發(fā)出來的。經(jīng)過努力，他們開發(fā)出了PHY、MAC和集中通信層。PHY層在臨近節(jié)點(diǎn)之間收發(fā)MPDU。它采用位于CENELECA頻段高頻率的 47.363kHz頻率帶寬，平均傳輸速率為70kbps，最大速率可達(dá)120kbps。在此條件下，網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)之間可直接通信的概率為92%。其它時候，路由可以確保100%連接成功。MAC層提供了系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接創(chuàng)建/維護(hù)和拓?fù)浞直娴群诵腗AC功能。服務(wù)專用型集中層(CL)可以對信息傳輸進(jìn)行分類，將其和適合的MAC連接關(guān)聯(lián)起來。它可測定可能包含在MACSDU中的任何數(shù)據(jù)傳輸，也可具備有效負(fù)載頭壓縮功能。同時，采用多個子集中層來實(shí)現(xiàn)MACSUD中的各種不同的數(shù)據(jù)傳輸。在基本FSK或BPSK方案中，信息是以單個載波來傳輸?shù)摹鬏數(shù)牟ㄌ芈嗜Q于帶寬的大小，而噪音和選擇性減弱會限制通信。而在OFDM方案中，信息是通過多個子載波來傳輸?shù)?。傳輸?shù)牟ㄌ芈嗜Q于帶寬和DBPSK、DQPSK或D8PSK子載波調(diào)制的復(fù)雜性。通過采用多個子載波、編碼和糾錯，更好地消除了通信中的噪音和選擇性減弱。符號的大小是由采樣頻率以及子載波的數(shù)量決定的。符號越大，越能夠可靠地抑制脈沖噪音。編碼提高了穩(wěn)定性，但也增加了復(fù)雜性和功耗。子載波越多，通信穩(wěn)定性就越高，但并不意味著波特率也越高。G3技術(shù)采用36個子載波、0.735ms的分類符號、6.79ms的序和9.5ms的開頭，需要重復(fù)法和RS糾錯來提高通信穩(wěn)定性。PRIME采用了97個子載波、2.24ms的長符號、2ms的序和4.48的開頭。為了避免重復(fù)法和RS糾錯的復(fù)雜性，它采用了能效高3倍的符號來提高通信穩(wěn)定性。這是一個能夠提供穩(wěn)定性但成本更低的方案?？傊?，傳統(tǒng)電網(wǎng)在向需要更高級通信能力的智能電網(wǎng)發(fā)展。PLC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)必需功能和穩(wěn)定性的更便利的技術(shù)。PLC技術(shù)也在朝著OFDM方案變革，而G3和PRIME則是主要的2個方案。3.移動互聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)，就是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來，成為一體。是指互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、平臺、商業(yè)模式和應(yīng)用與移動通信技術(shù)結(jié)合并實(shí)踐的活動的總稱。4G時代的開啟以及移動終端設(shè)備的凸顯必將為移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入巨大的能量，2014年移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)必將帶來前所未有的飛躍。4.自組織網(wǎng)絡(luò)無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)稱為自組網(wǎng)絡(luò)，這種自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點(diǎn)AP，而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡(luò)。自組織網(wǎng)絡(luò)通常是這樣形成的：一些可移動設(shè)備發(fā)現(xiàn)在他們附近還有其他的可移動設(shè)備，并且要求和其他色別進(jìn)行通信。由于自組織網(wǎng)絡(luò)中的每一個移動臺都要參與到網(wǎng)絡(luò)中的其他移動臺的路由的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，同時由移動臺構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡茈S時間變換很快，因此傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議已經(jīng)不再適用從無線網(wǎng)絡(luò)在70年代產(chǎn)生后,它在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里日趨流行，尤其是最近十年無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更是一日千里。目前存在的無線移動網(wǎng)絡(luò)有兩種：第一種是基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用為無線局域網(wǎng)（WLAN）。第二種為無網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，一般稱之為自組織網(wǎng)（AD HOC）。這種網(wǎng)絡(luò)沒有固定的路由器，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可隨意移動并能以任意方式相互通信。5.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是移動自組織網(wǎng)絡(luò)的一個子集。它是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。他的應(yīng)用就是進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集，處理和傳輸，一般并不需要很高的帶寬，但是大部分時間必須保持低功耗，以節(jié)省電池的消耗。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的存儲容量有限，因此對協(xié)議棧的大小有嚴(yán)格的限制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。WSN的發(fā)展得益于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系統(tǒng)(System on Chip, SoC)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展。WSN廣泛應(yīng)用于軍事、智能交通、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領(lǐng)域。6.物聯(lián)網(wǎng)7.軟件定義網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，對流量的控制和轉(zhuǎn)發(fā)都依賴于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，且設(shè)備中集成了與業(yè)務(wù)特性緊耦合的操作系統(tǒng)和專用硬件，這些操作系統(tǒng)和專用硬件都是各個廠家自己開發(fā)和設(shè)計(jì)的。SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的設(shè)計(jì)理念是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，從而通過集中的控制器中的軟件平臺去實(shí)現(xiàn)可編程化控制底層硬件，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源靈活的按需調(diào)配。在SDN網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可以采用通用的硬件;