Cómo lograr una transmisión de multiplexación espacial de intensidad de señal en el sistema de comunicaciones móviles de próxima generación
Una breve introducción al 4G En el campo de las comunicaciones móviles, cada 10 años se producen cambios revolucionarios. El sistema de comunicación móvil analógico de primera generación en la década de 1980 y el sistema de comunicación móvil celular de segunda generación en la década de 1990 se utilizaron principalmente para servicios de voz y servicios de conmutación de circuitos. Las velocidades de interfaz aérea de estas dos generaciones de sistemas eran sólo de unos pocos cientos. kbit/s. El sistema 3G IMT-2000, que se pondrá en uso a principios del siglo XXI, puede proporcionar una velocidad de 2 Mbit/s en un entorno interior y una velocidad de al menos 144 kbit/s en un entorno de vehículos. Las comunicaciones móviles se han convertido en una tecnología de moda con el mayor potencial de desarrollo y las más amplias perspectivas de mercado en el campo de las comunicaciones contemporáneas. Los sistemas de comunicaciones móviles actuales se están desarrollando hacia altas velocidades de datos, alta movilidad y amplia cobertura. Aunque los estándares de los sistemas 3G son más potentes que las tecnologías inalámbricas existentes, también enfrentarán problemas como la competencia y la incompatibilidad de estándares. La gente pide la unificación de los estándares de comunicaciones móviles y espera resolver los problemas de compatibilidad mediante la formulación de estándares de comunicaciones móviles de cuarta generación. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) ha comenzado a estudiar y formular estándares para sistemas 4G, combinando sistemas de comunicaciones móviles con otros sistemas (como redes de área local inalámbricas, WLAN) para producir tecnología 4G, cuya velocidad de transmisión de datos alcanzará los 100 Mbit/s en 2010. . Proporcione servicios múltiples más efectivos para lograr una conexión perfecta y compatibilidad mutua de redes inalámbricas comerciales, redes de área local, Bluetooth, radio, comunicaciones por satélite de televisión, etc. 4G debería tener mayores velocidades de datos y utilización del espectro, mayor seguridad, inteligencia y flexibilidad, mayor calidad de transmisión y calidad de servicio (QoS). El sistema 4G debería reflejar la tendencia de desarrollo de la integración continua de redes de acceso móviles e inalámbricas y redes IP. Por tanto, el sistema 4G debería ser una red totalmente IP. 2. Características técnicas de 4G 4G es un sistema de comunicación móvil de banda ancha integrado multifuncional, que está más cerca de la comunicación personal que 3G. Sus principales características son: (1) Alta velocidad. La velocidad de transmisión de información de 4G es un nivel superior a la de 3G, aumentando de 2 Mbit/s a 10 Mbit/s. (2) Fuerte flexibilidad. 4G planea utilizar tecnología inteligente para asignar recursos de forma adaptativa. La tecnología de procesamiento de señales inteligente se utiliza para enviar y recibir señales normalmente en diversos entornos complejos con diferentes condiciones de canal. Tener gran inteligencia, adaptabilidad y flexibilidad. (3) Buena compatibilidad. Actualmente, existen tres ramas principales de estándares de comunicaciones móviles reconocidas por la UIT: GSM, CDMA y TDMA. Los problemas de compatibilidad pueden resolverse mediante la formulación de estándares 4G. (4) Supervivencia del usuario. 4G puede realizar un procesamiento adaptativo basado en las condiciones de la red y las condiciones del canal, permitiendo que los usuarios de baja y alta velocidad y diversos equipos de usuario coexistan e interoperen para satisfacer las necesidades de múltiples tipos de usuarios. (5) Diversidad empresarial. Lo que se necesita en las comunicaciones del futuro son las comunicaciones multimedia: las comunicaciones personales, los sistemas de información, la radiodifusión y el entretenimiento se combinarán en una sola entidad. 4G puede proporcionar servicios de comunicación de varios estándares para satisfacer las necesidades de banda ancha y servicios múltiples integrales. (6) Buena base técnica. 4G se basará en varias tecnologías innovadoras, como OFDM, acceso inalámbrico, radio por software, etc., que pueden mejorar en gran medida la eficiencia del uso de frecuencias y la viabilidad del sistema. (7) Acceso móvil en cualquier momento y lugar. 4G utiliza tecnología de acceso inalámbrico para brindar acceso a servicios multimedia como voz, servicios de información de alta velocidad, transmisión y entretenimiento. Los usuarios pueden acceder al sistema en cualquier momento y en cualquier lugar. (8) Estructura de la red autónoma. La red 4G será una red completamente autónoma y adaptativa. Puede gestionar automáticamente y cambiar dinámicamente su estructura para cumplir con los requisitos de los cambios y el desarrollo del sistema. 3. Estructura de la red 4G El sistema 4G es un sistema de acceso para diversos servicios y está conectado a la red central basada en IP a través de acceso multimedia. La estructura de red basada en tecnología IP permite a los usuarios moverse sin problemas entre redes 3G, 4G, WLAN y fijas. La estructura de la red 4G se puede dividir en tres capas: capa de red física, capa de entorno intermedio y capa de red de aplicaciones. La capa de red física proporciona funciones de acceso y enrutamiento, y las funciones de la capa de entorno intermedio incluyen mapeo de calidad del servicio de red, transformación de direcciones y gestión de integridad. La interfaz entre la capa de red física y la capa de entorno intermedio y su entorno de aplicación es abierta, lo que facilita el desarrollo y la prestación de nuevos servicios, proporciona servicios inalámbricos de alta velocidad de datos sin interrupciones y opera en múltiples bandas de frecuencia. El servicio puede adaptarse a múltiples redes inalámbricas. estándares y terminales multimodo, abarcan múltiples operadores y proveedores de servicios y brindan una gama más amplia de servicios.
La red 4G tiene las siguientes características: (1) Una infraestructura que admite el acceso universal a los sistemas existentes y futuros (2) Está integrada y unificada con Internet, y la red de comunicaciones móviles solo sirve como una red de acceso inalámbrico (; 3) Es una estructura abierta y flexible, fácil de expandir; (4) Es una red adaptable, autoorganizada y reconfigurable; (5) El entorno inteligente, las comunicaciones personales, los sistemas de información, la radiodifusión, el entretenimiento y otros servicios están perfectamente conectados; en conjunto, Satisfacer las diversas necesidades de los usuarios (6) Los usuarios pueden acceder al sistema a pedido mientras se mueven a alta velocidad y cambiar sin problemas entre diferentes sistemas para transmitir datos de servicios multimedia de alta velocidad (7) Apoyar el desarrollo independiente del acceso; Tecnología y tecnología de redes. Cuatro tecnologías clave del sistema de comunicación 4G 4.1 Tecnología de modulación OFDM Los futuros servicios multimedia inalámbricos requieren una alta velocidad de transmisión de datos y una calidad de transmisión garantizada. Esto requiere que la tecnología de modulación y demodulación utilizada tenga una alta velocidad de celda y una alta calidad de transmisión. períodos, y la tecnología OFDM está satisfaciendo esta necesidad. OFDM es una tecnología de transmisión de alta velocidad en un entorno inalámbrico. La mayoría de las curvas de respuesta de frecuencia de los canales inalámbricos no son planas. La idea principal de la tecnología OFDM es dividir un canal determinado en muchos subcanales ortogonales en el dominio de la frecuencia y utilizar una subportadora para la modulación en cada subcanal. canal, y cada subportadora se transmite en paralelo, por lo que aunque el canal general no es plano, cada subcanal es relativamente plano. Además, la transmisión de banda estrecha se realiza en cada subcanal y el ancho de banda de la señal es menor que el ancho de banda del canal, lo que elimina en gran medida la interferencia entre las formas de onda de la señal. La mayor ventaja de la tecnología OFDM es que puede resistir el desvanecimiento selectivo de frecuencia y la interferencia de banda estrecha, reduciendo así la interferencia mutua entre subportadoras y mejorando la utilización del espectro. 4.2 Software Radio Software Radio es una tecnología de estructura abierta que integra unidades funcionales de hardware modulares y estandarizadas a través de una plataforma de hardware común y utiliza métodos de carga de software para implementar varios sistemas de comunicación por radio. A través de diferentes programas de software, se realiza roaming utilizando un único terminal en diferentes sistemas en la plataforma de hardware. La idea central es utilizar convertidores A/D y D/A de banda ancha lo más cerca posible de la antena, utilizando software para definir la mayor cantidad posible de funcionalidad inalámbrica. Su sistema de software incluye varias reglas de señalización inalámbrica y software de procesamiento, software de transformación de flujo de señal, software de algoritmo de modulación y demodulación, software de codificación de corrección de errores de canal, software de codificación de fuente, etc. La tecnología de radio de software implica principalmente hardware de procesamiento de señales digitales (DSPH), dispositivos programables de campo (FPGA), procesamiento de señales digitales (DSP), etc. 4.3 Antena Inteligente (SA) La antena inteligente tiene funciones tales como supresión de interferencias de señal, seguimiento automático y ajuste del haz digital, y se considera una tecnología clave para las futuras comunicaciones móviles. Los haces con forma de antena inteligente pueden suprimir las interferencias cruzadas en el dominio espacial y mejorar las señales deseadas en rangos específicos, mejorando la calidad de la señal y aumentando la capacidad de transmisión. El principio básico es utilizar conjuntos de antenas y transceptores inalámbricos coherentes en la estación base inalámbrica para transmitir y recibir señales de radiofrecuencia. Al mismo tiempo, a través del procesador de señales digitales de banda base, las señales recibidas en cada enlace de antena se combinan de acuerdo con un determinado. algoritmo para lograr la formación de haces de enlace ascendente. En la actualidad, los métodos de trabajo de las antenas inteligentes incluyen principalmente el modo totalmente adaptativo y el modo de conmutación de haz basado en pre-multihaz. Aunque en teoría las antenas inteligentes totalmente adaptables pueden lograr resultados óptimos, varios algoritmos requieren una cantidad relativamente grande de datos, una gran cantidad de cálculos, un modelo de canal simple y una velocidad de convergencia lenta. Convergencia incorrecta En condiciones reales del canal, cuando hay mucha interferencia, múltiples rutas graves y especialmente cuando el canal cambia rápidamente, es difícil rastrear a un usuario en tiempo real. En el modo de trabajo de haz de conmutación basado en pre-multihaz, todo el espacio aéreo está cubierto por algunas divisiones de haz precalculadas. Los haces correspondientes a cada grupo de pesos tienen diferentes direcciones de lóbulos principales. Generalmente hay cierta superposición entre los lóbulos principales adyacentes. Haces. La tarea principal al recibir es seleccionar uno como modo de trabajo. En comparación con el método adaptativo, es obviamente más fácil de implementar y es la dirección del desarrollo futuro de la tecnología de antenas inteligentes. 4.4 Tecnología MIMO La tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIM0) se refiere a múltiples antenas en estaciones base y terminales móviles. La tecnología MIM0 proporciona ganancia de multiplexación espacial y ganancia de diversidad espacial para el sistema. La multiplexación espacial es el uso de múltiples antenas en el extremo receptor y transmisor, aprovechando al máximo los componentes de trayectorias múltiples en la propagación espacial y usando múltiples subcanales para transmitir señales en la misma banda de frecuencia, de modo que la capacidad aumenta linealmente con la Aumento del número de antenas. Hay dos tipos de diversidad espacial: diversidad de transmisión y diversidad de recepción.
Los códigos espacio-temporales basados en tecnología de diversidad y tecnología de codificación de canales pueden lograr altas ganancias de codificación y diversidad, y se han convertido en un punto de investigación en este campo. La tecnología MIM0 puede proporcionar una alta utilización del espectro y su diversidad espacial puede mejorar significativamente el rendimiento de los canales inalámbricos y aumentar la capacidad y cobertura de los sistemas inalámbricos. 5. Tendencia de desarrollo de 4G Desde la perspectiva de las perspectivas de desarrollo de 4G, además de tecnologías centrales como 0FDM y antenas inteligentes, también incluye algunas tecnologías relacionadas. (1) Supresión interactiva de interferencias e identificación multiusuario: la tecnología de supresión interactiva de interferencias e identificación multiusuario que se desarrollará debe convertirse en una parte integral de 4G. Se introducen en estaciones base y sistemas de telefonía móvil en forma de supresión de interferencias interactivas para eliminar interferencias interactivas innecesarias de usuarios de canales directos y adyacentes para garantizar la recepción de señales de alta calidad. Esta combinación logrará una mayor capacidad y cobertura de usuarios, reducirá en gran medida el despliegue de infraestructura de red y garantizará la calidad del servicio. (2) Red reconfigurable de autorreparación: se utilizarán procesadores inteligentes en redes inalámbricas 4G para manejar fallas de nodos o sobrecargas de estaciones base. Los dispositivos de solución basados en el conocimiento se utilizan en cada parte de la red para corregir fallas de la red. (3) Receptor de radio Pico: Otro foco de investigación en el futuro 4G es la radio integrada. Con esta tecnología, el consumo de energía es de 1/10 a 1/100 de la tecnología existente. (4) Red de acceso por radio (RAN): el sistema 4G tiene alta velocidad, gran capacidad y bajo costo de bits. La tendencia de desarrollo de la RAN del sistema 4G es que la conmutación de circuitos se está desarrollando hacia la conmutación de paquetes basada en IP, y la diversidad de dispositivos se está desarrollando hacia la diversidad de redes. Esta arquitectura de red basada en tecnología IP permite la itinerancia entre 3G, 4G, W-LAN y redes fijas, y es compatible con la próxima generación de Internet. Conclusión 4G es el sistema tecnológico más complejo de la historia de la humanidad. Para implementar las comunicaciones 4G de manera fluida y completa, encontraremos algunas dificultades y su desarrollo enfrentará una gran presión del mercado. Actualmente, los países desarrollados de todo el mundo están investigando y formulando activamente especificaciones técnicas 4G, estudiando planes de implementación de sistemas en entornos móviles, incluida la estructura de la red, la conmutación de usuarios y la itinerancia, con el fin de lograr una movilidad de los usuarios a gran escala.