移动信息论文范文

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2车载式移动医疗通信网络系统设计

2.1业务需求分析

围绕医疗通讯车设置“帐篷医疗点”，帐篷相当于科室，内设医疗设备和电脑等，设备需要通过本地无线网络，访问车内数据中心的医院信息系统、实验室信息系统和影像归档及传输系统。同时，本地桌面会诊、远程医疗及物资管理信息等也需要通过无线网络进行通信。

2.2带宽设计

根据现场救援环境需要，本网络按可承受全网80台业务访问终端进行设计。其中带宽需求最大的是PACS传输、远程视频及本地桌面会诊3个业务；HIS、LIS访问及语音通信等业务带宽需求较小。文件传输保留1.2Mbps带宽，桌面共享平均每方60K。由于终端的局限性，本研究设计语音按8并发、2路视频并发、1路文件传输及5路桌面共享计算，共需带宽设计为4种。

2.3传输距离设计

通常帐篷医疗点围绕在通讯车220m范围以内，相互间距＜60m。在特殊地形地貌的救援现场，系统应能支持扩展1倍的距离，提供400m左右的通信能力。为进一步发挥移动医疗通信车的作用，如与离开一定距离的医护人员进行通信、从山上对山沟下需要救助人员进行现场环境采集等，系统若能提供千米(km)级的无线通信能力则更好，如支持4km长距离的通信，能够使医疗通信系统适应各种救援现场环境下的灵活部署。

3基于LTE和WLAN的无线通信技术

LTE技术，即3.9G无线宽带技术(准4G)，是未来的通信发展趋势和发展目标。基于LTE的无线宽带专网集群系统作为新一代宽带无线移动通讯技术，具备同时传输大容量的下行和上行数据的能力。单站情况下，单小区的下行峰值速率可达到90Mbps，上行峰值速率可达到40Mbps。在4km超长距离下，系统认可提供0.9Mbps的通信带宽。通过强大的宽带数据接入功能，现场人员可以通过无线网络实现远端数据快速查询、现场采集信息便捷上报以及工作电子流现场处理等业务，极大的提高应急救援人员的工作效率。单个CPE的WiFi可覆盖40～90m的范围，＜60m范围的WiFi信号衰减较弱，不影响通信带宽，相邻数个CPE同时存在时WiFi设备可以接入信号最强的CPE中。为保障系统能够提供WLAN无线定位功能，本研究在系统设计时将LTE网络上叠加WLAN网络，形成LTE和WLAN的本地无线网络。AP通过CPE提供的LAN接口接入到网络中，以LTE为管道承载数据通信业务，AP由AC集中管控，上电后可自动部署。采用LTE通信技术能够同时提供基于LTE的集群通信功能，实现清晰、易于操作的语音通话以及语音对讲功能。

4LTE和WLAN安全性分析

医疗信息涉及个人隐私，属于保密信息，故整个系统建设需要充分考虑信息安全。LTE高安全加密集群通信和WLAN无线信号支持WIDS/WIPS无线攻击检测；MAC/802.1x接入认证等保障无线网络安全，能够满足一般民用设计的要求。

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同时，与世界经济下滑和发展放缓的趋势相反，我国的经济仍表现出持续增长的发展势头，移动通信仍然保持持续高速增长的态势，今年上半年的增长超过去年同期的增长水平。截止到2001年10月，我国的移动通信用户数已经达到1．3亿，超过美国，成为世界第一大移动通信网络。与发达国家的话音业务趋于饱和相比，我国移动通信仅就话音业务的市场空间而言，仍然十分巨大

标准版本多、更新快是3G延迟的重要原因

现在业界普遍认为，3G的向后延迟已成定局。欧洲市场UMTS商用时间表向后推迟半年到一年，而有专家称中国的3G商用则要等到2004年之后。之所以会有这种现象，除了整个宏观环境出现不景气以外，从技术来看也有其原因，其中主要是由于3G的标准版本多、更新快，弄得厂商无所适从。

摩托罗拉亚太区电信运营方案策略技术市场部总经理庄靖说，在UMTS规范中，WCDMA标准不断有新的版本出现，变化多而快，这使其显得稳定性不足。在这种情况下，制造商就较难选定其中的一种版本来生产设备和终端设备。例如，在2001年3月的R99版本中尚有五百多个更改要求尚待解决，估计到明年中后期R99将可进入成熟稳定的商用。与此形成对比的是，在cdma2000方面从1x走向1xEV－DV的演进则相对较为平滑。cdma20001x在向前延伸的过程中，无线子系统只要在软硬件方面作部分的变动，相对来说要平稳一些。

曹淑敏副所长也认为，3G标准版本的更新是困扰运营商和厂家的一大难题，也是影响3G商用化进程的一个重要的、根本性的问题之一。虽然业界普遍认为R99是一个成熟、稳定、将被大规模商用的版本，但对采用R99哪个月的版本仍没有统一的说法，并对2001年3月或6月版本以及在3月基础上增加部分6月的更改比较看好。可是9月底刚刚在北京召开的3GPP会议通过了R99最新版本（2001年9月版本），与6月版本相比，又通过了266个新的更改。令人欣喜的是，此次会议特别强调不应对R99版本的实质内容再进行修改，否则将严重影响3G产品的商用化时间。

以应用内容为主导的移动数据业务升温

移动通信的发展面临诸多挑战，而3G的延迟又成为定局，在这种情况下，当前移动领域内的热点在哪里？

摩托罗拉全球电信运营方案部中国区市场与工程总经理吴达光认为，当前移动领域内的热点在于2．5G／2．75G，而由当前的2G开始的移动互联演进应首先启动移动数据业务。具体来说，国内的移动运营商中国移动、中国联通在保持用户数持续增长的同时，却面临着APRU值（每用户平均每月话费）不断降低的压力，而目前收入的主要来源话音业务的潜力已经被挖掘得差不多了，同时移动宽带技术如GPRS、cdma20001x日趋成熟，这样一来，用移动数据业务来提高APRU值就成为每个移动运营商关注的焦点。

如何启动移动数据业务呢？吴达光认为，首先，要开发出能够吸引用户的应用和内容，让移动通信用户能简便、快捷地享受到移动互联的魅力。其次，在于设计出利益均沾的移动互联的盈利模式，如日本NTTDoCoMo的i－mode计划吸引了大约五万个内容开发商，在其中让大量的内容提供商能够有利可图，这样才能激发他们进一步参与的积极性，进而拉动产业链的良性循环。这方面，国内已经起步，如中国移动的“移动梦网”计划和中国联通的“联通在信”。第三，从承载网络的实现能力方面，也要不断加以完善。也就是说，要将目前如GPRS、cdma20001x这样的基础平台技术不断加以升级提高。如摩托罗拉近期将推出GPRS的CS－3和CS－4编码方式，通过软件升级，在支持1＋4信道模式的手机上可将目前GPRS网络中20kbit／s～30kbit／s的速率提高到70kbit／s左右，基本能满足宽带上网管道速率的要求。?

大力优化2G网络已成为刻不容缓的日常工作

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通常监控系统的通信方式有两种，分别是集中式和分布式。集中式具有成本低、结构简单的优点，但它的不足在于信号电缆的长度过长，信号易受到干扰，致使信号失去真实性，由于在采集数据时通道数太多以及数据储存量的不断增加，造成监测难度很大，这种通信方式只适合相对比较集中的场合；分布式的监控方式，易于扩展、可靠性高，比较适合监测点相对分散、规模比较大的场合。从移动通信网络的分布特点来看，如果要想实现对任意点的通信质量进行监测，那么采用的监控系统就只能是分布式的，本文就主要针对分布式的监控系统进行分析和探索。从体系结构来看，自动监控系统包括三个层次：（1）数据采集层，主要是对数据进行智能收集与上传；（2）网络通信层，主要是把采集终端收集的数据传输给检测中心；（3）监控中心层，管理人员最终实现管理与调度，由计算机集中完成监测任务。

1.2系统的结构终端监测仪具有离散性的分布特点

可以对移动通信网络实现分布式的监控，整个监测系统主要有通信网络、监控中心和终端监测仪组成，运用短信方式进行数据交换，终端监测仪可以在任意测试点进行分布，对所要监测的内容进行监控，同时把收集到的数据以短消息的方式传输到监控中心，对于通信质量的相关参数也发送到监控中心，这主要是借助于单片机来实现传输工作的；在移动短消息服务中心，主要完成监控中心与终端监测仪之间的短消息互发功能；控制中心，通过数据的交换，来获取监测仪的工作参数，并对所采集的数据进行控制。

2终端监测仪的功能

自动监控系统可以自动完成监控和其他一些相关的任务，终端监测仪的功能主要有：（1）采集通信质量的相关参数，为了保证通信质量，移动通信网络对某一位置的通信质量的参数实施监控，通过代码来确定所监测的网络区域，对所在位置的掉话率与通话质量进行测试；（2）送达通信质量参数，在移动通信网络中，自动监控系统的一个关键环节就是送达通信质量参数，为了网络通信质量可以准确地反映出来，并且要尽可能地减少系统的通信压力，系统使用的送达方式也不一样。

3监控中心的功能

根据通信协议可以看出，监控中心可以通过发送的短消息的内容，对终端监测仪的工作参数进行控制。在借助于群发功能，分区管理自动监测仪，或者进行一对一管理，监控中心主要功能有：（1）对终端监测仪的工作参数进行修改；（2）只要打开终端监测仪就可以自动开启数据的采集功能；（3）终端监测仪关闭后，也会自动发送采集数据功能；（4）对通话质量给予等级测试；（5）测试拨打电话的掉话频率；（6）对于上传的控制中心号码进行自动修改。

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1移动移动通信信道模拟器研制背景

移动通信是近年来发展十分迅速的通信方式，在陆地移动通信系统中，由于移动台所处区域地形复杂，加上移动台本身的运动，使接收到的信号其包络和相位随机变化。

为了评价移动通信设备的性能，需要在实际通信环境中进行反复实验，这必将耗费大量人力物力。为了缩短研制周期，节省研制费用，在移动通信设备的研制过程中，广泛采用了各种信道模拟器。

本文介绍了一种针对信号频率为70MHz、基站天线高度为18m的移动通信信道的模拟器。该模拟器可以模拟移动通信信道的主要特点，如瑞利衰落（Rayleighfading）、多径传播、电池传播路径损耗、多普勒频移等。

2移动通信信道模拟器的研制依据

2.1瑞利衰落

陆地移动通信由于受地形、环境等因素的影响，其衰落机理是非常复杂的。但在移动通信信道模拟器模拟的众多信道参数中，呈频率选择性的瑞利衰落占主要地位。即实现信号包络的瑞利分布和相位的均匀分布是信道模拟的核心。

2.1.1实现瑞利衰落的数学原理

设一个随机过程ξ(t)可以表示为：

式（1）中ξc(t)与ξs(t)分别为ξ(t)的同相分量和正交分量。

可以证明：一个均值为零的窄带平稳高斯过程，其同相分量ξc(t)和正交分量ξs(t)同样是平稳高斯过程，且均值都为零，方差也相同。另外，在同一时刻得到的ξc(t)与ξs(t)是不相关或统计独立。还可以证明：一个均值为零，方差为σ2ξ的平稳高斯窄带过程，其包络的一维分布服从瑞利分布，其相位的一维分布服从均匀分布，并且就一维分布而言，两者是统计独立的。

综上所述，一个均值为零的平稳高斯窄带过程，其包络的一维分布服从瑞利分布，其相位服从均匀分布，且两者是统计独立的。同时，一个均值为零的窄带平稳高斯过程也可由两个同为平稳高斯过程的同相分量和正交分量合成。

2.1.2单径瑞利衰落

设单径衰落信道输入为：

式（2）中A(t)和θ(t)分别为频率ωc的载波信号的实际幅度调制和相位调制。用X(t)和Y(t)两个相互独立而分布相同的高斯随机变量调制，输出信号So(t)可以表示为：

于是随机包络R(t)是瑞利分布，随机相位φ(t)在0～2л范围内均匀分布。

由上面的推导可以看出：对输入信号进行正交调制，即为单径无频率选择性瑞利衰落模拟，可实现输入信号的振幅和相位按要求随机干扰，从而实现（3）式所示的数学模型。

2.1.3多径瑞利衰落

为了简化分析，设输入为一单频正弦信号

经多径传输，输出为：

式（7）中：αi为幅主加权系数，τi是时延，φi是随机相位，N是径数。

在仅有二径的情况下，输出幅度为：

即二径存在时延差，τ≠0，合成信号场强随频率ω变化。在实际移动通信信道中，由于多径传输，各径时延不同，相对时延差也就不同，从而造成频率选择性衰落。

2.2多径传播

2.2.1多径传播径数选择

在移动通信中，存在两个以上的散射体时，接收信号必存在频率选择性衰落。本模拟器使用三径，即能产生三路互相独立的衰落，以便较真实地模拟实际通信环境。

2.2.2多径传播时延值的确定

典型的实测多径时延最大值为20μs[1]，国内测试结果为15μs，而均方根时延在10μs左右[1，2，3]。本方案采用多种延时灵活选择以便接受实际信道的均方根时延。总延时最小为0.2μs，最大为10.2μs，且包含一直达通路（延时为0）。

2.3电波传播路径损耗的确定

目前人们对陆地移动通信传播路径损耗预测一般都使用奥村经验模型。但是奥村模型适用范围为：频率100MHz～1500MHz，基站天线高度30m～200m，移动台天线高度1m～10m，传输距离1km～20km。而研制的模拟器所针对信号频率为70MHz，基站天线高度为18m。这与奥村模型适用范围不符，故该模型不能直接应用于本方案。

美籍华裔通信专家李建业先生提出了电波传播预测的Lee模型。该模型不对基站天线高度作具体限制，其思路是先求得区域与区域之间的信号传输损耗，再求得具体地点点到点之间的传输损耗。

由于本模拟器模拟的是一般环境下的典型路径损耗，不需精确模拟特定到某地区的点到点传输。所以Lee模型的区-区电波损耗计算适用于模拟方案，不需再作误差修正。

用Lee模型计算传播损耗需预先知道各环境下传播距离1英里（或1km）处的确定损耗值。而模拟器模拟的是一般环境，不必一一实地测量，故先用奥村模型计算一般环境下传达室播距离1km处的典型值，再转换运用于Lee模型中。也就是说，所研制的模拟器综合运用奥村模型和Lee模型计算电波传播损耗。

具体传播损耗量如表1所示。

表1电波传播的路径损耗

传播距离

1km8km15km25km

传播损耗直线路径69dB87dB91dB93dB

城市环境98dB134dB145dB154dB

准郊区环境91dB127dB138dB147dB

开阔地环境75dB111dB122dB131dB

2.4多普勒频移

在移动通信中，多普勒频移是普遍存在的现象，

fd=v/λ(9)

式（9）中v是移动台速度，λ为信号的波长。对于一个信道路径在方位上均匀分布的实际信道而言，射频率谱的形状为：

式（10）中ωd是移动台运动产生的最大多普勒频移对应的角频率，即：

为了产生这个频谱，用来调制的高斯噪声必须有低通频谱，如式（12）所示：

3信道模拟器的实现方法

由前面的论述可知，本移动通信信道模拟器的主要功能是瑞利衰落、多径传播、电波传播路径损耗、多普勒频移等。

3.1瑞利衰落的实现方法

根据式（1）可知，瑞利衰落的实现方法是将输入信号用两种不相关的低频高斯噪声正交调制模拟包络呈瑞利分布、相位呈均匀分布的瑞利衰落，输出信号的功能谱由低频高斯噪声的频谱决定。多径瑞利衰落可以由单径瑞利衰落经延时后合成。

3.1.1低频高斯噪声的产生

由式（10）确定的带通高斯过程频谱如图1所示。

对应的低通高斯过程频谱如图2所示。

考虑到式（12）表示的滤波器频响不是有理分式，无法直接构造，只能采用数字逼近的方法。由参考文献[2]可知，所需滤波器的频响应为：

H(s)=1/[(0.897s2+0.31s+1)(0.897s2+0.31s+1)(0.31s+1)]

图3显示了H(s)的频响与理想滤波器的频响区别。

将上述模拟滤波器进行交换，得到对应的FIR滤波器抽头系数。

使用MATLAB软件生成高斯白噪声，将这个白噪声输入上面FIR滤波器，滤波器输出即为所需要的窄带高斯过程。

将该窄带高斯过程输出置DA，经平没滤波、放大、阻抗匹配，输入下一级处理。

3.1.2正交调制的实现

实现正交调制的方法有多种，本移动信道模拟器实现正交调制方法采Mini公司的I/Q调制器。其结构如图4所示。

3.2多径传播的实现

为了实现对多径传播的模拟，采用了Mini公司的功率分配器（简称功分器），将输入信号进行分路。首先对输入信号进行二路功率分配：一路模拟直达通道；另一路再进行三路功率分配，经这不同延时及窄带高斯正交调制，再进行功率合成，输出信号模拟多径传播。

在本信道模拟器中，传播路径的选择、延时选择通过控制模拟开关进行。

3.3模拟路径损耗的实现

为了模拟传播的路径损耗，本信道模拟器选用固定衰减器与数控衰减器进行组合控制实现。实现衰减量控制的依据是表1。

3.5多普勒频移的实现方法

由3.1的结论可知，多普勒频移可以通过控制窄带高斯过程的频谱实现。在本模拟器中，通过改变窄带高斯过程的DA转换速率可以实现对窄带高斯过程的频谱控制，从而实现多普勒频移的模拟。

3.6系统控制及人机界面的实现

系统控制采用基于单片机AT89C52的嵌入式操作系统，可实现对数据控衰减器、模拟开关等的控制，通过对键盘、液晶习实现良好的人机界面。

4结论

4.1总体介绍

本信道模拟器的总体结构如图5所示。

信号输入后，分成两路：一路作为直达支路；另一路经延时后，又被分成两路，其中一路用I/Q调制器调制上两路相经独立的低频高斯噪声，其输出的信号包络呈瑞利分布，相位呈均匀分布，由此实现了单径无频率选择性的瑞利衰落；另一路送到下一个延时单元，重要上述过程。各种I/Q调制器输出在合路器相加，其输出信号幅度包络呈瑞利分布，相位呈均匀分布。加上最初的直达信号，还可模拟莱斯信道。模拟实际路径损耗通过控制数控衰减器实现。在直达和延时路径中，分别叠加上可调白噪声，以实现输出信噪比可调。

4.2功能指标

4.3主要指标测试方法说明

4.3.1瑞利衰落测试方法

用TEKTRONIX示波器TDS3052观察模拟器输出波形，如图6所示，可见其包络呈瑞利分布。

4.3.2衰落波形相位分布测试方法