移动通信技术基础范文

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引言

在近些年的发展过程中，世界的电信领域发生了很大的变化，尤其是在移动通信的快速发展背景下，对用户在终端设备的应用上得到了摆脱，从而能够通过移动设备来进行连接无线网络以及移动网络，这对人们的生活提供了很大的便捷。通过从理论层面对移动通信技术和其发展情况进行详细研究，就对移动通信技术的发展有着实质性意义。

1.移动通信技术的发展历程以及主要的技术分析

1.1移动通信技术的发展历程分析

移动通信技术的发展经历了几个重要的阶段，尤其在近几年的时间内，移动通信的技术有着日新月异的变化，在技术的应用水平上得到了大幅度的提升。在移动通信技术刚开始发展的时候是在上世纪八十年代，这是第一代的移动通信系统，也就是1G时代，这一技术在九十年代得到了广泛应用[1]。在这一技术的应用下主要就是基于模拟传输的，所以其自身的特征就是在业务量上相对比较小，在安全性方面也比较差，在传输的速度上相对比较低等。这一技术主要是蜂窝结构组网，是通过模拟语音调制技术加以应用的，在工作系统方面有着不同。技术的进一步发展下，移动通信就到了第二阶段，在这一阶段的2G时代就来临了。这一技术的发展是在前者基础上进行发展的，在技术上有着很大的改进，增加了和全速率兼容的增强型话音编解码技术，这样在话音的质量上就得到了有效提升[2]。并且在GSMPhase2+阶段中，所使用的是多复用以及更为密集化的频率复用结构技术，同时也对智能天线技术得到了相应的引进，以及对双频段的技术也得到了有效的应用等，对系统容量不足的弊端也得到了有效克服，这对系统通话质量也有了很大程度的提升。在不断的技术优化下，移动通信技术就进入到了3G时代，这一技术的实际应用中，在已有的移动通信系统还并非是个人通信以及全球通信，在频谱的使用率还没有得到有效提升，对频谱资源的充分利用效率还没有达到预期，再有就是对支持的速率方面还不是很高。这些方面的技术不足的问题，就需要有更为先进的技术来加以支持。所以在4G技术的出现后，就对这些问题都得到了有效解决，这一技术也是广带接入以及分布网络，在数据的传输能力上比较强，并且还能有效实现三维图像高质量传输。这一技术将无线技术和无线LAN系统进行了整合，从而就形成了全球无缝漫游。

1.2移动通信主要的技术分析

新的技术的不断发展应用下，对这些技术的进一步优化就显得比较重要。在4G移动通信技术的发展应用过程中，就有着诸多的技术，4G的系统应用最为基础的目标就是能有效实现无线通信的全球化覆盖，以及对无缝高质量无线业务进行提供。这就要能在技术上不断的优化，才能真正的实现实际的目标[3]。在其中的关键技术中的正交频分复用技术方面的应用就比较重要。从三代通信技术的技术上，主要是对码分多址技术的应用，在正交频分复技术方面，则有着更大的优势，主要是有着频谱利用率高以及对多径衰落能力比较强的优点，这些技术就逐渐在高速率的数字用户线上得到了广泛应用。正交频分复技术主要是通过多载波调制MCM其中的一种，最为主要的原理就是将待传输的高速串行数据经串并转换，编程在N个子信道上并行传输的低速数据流，通过N个相互正交的载波实施调制，最后就是进行叠加发送。接收端用相干载波进行相干接收,再经并/串变换恢复为原高速数据。在这一技术的应用过程中，有着比较多的优势，首先就是在抗衰落以及码间的干扰能力相对比较强，在对这一技术的实现上相对比较容易以及在频谱的利用效率相对比较高。从移动通信的关键技术层面来看，在多输入多输出的技术方面也比较重要，在这一技术方面主要是通过对无线移动通信领域智能天线技术的一个突破。还有就是切换技术的应用，这一技术的应用能够对移动终端在不同小区间的跨越目标能得以实现。除此之外，在移动通信的关键技术方面也有着软件无线电技术以及IPv6协议技术等[4]。对于4G通信的系统技术最为主要的特征就是在通信的速度上相对比较迅速，以及在网络的频谱方面得到了增宽，通信更加的灵活化等。所以在当前这一技术的应用相对比较广泛。

2.移动通信技术的发展前景探究

移动通信技术的进一步发展过程中，随着技术的优化，在技术应用也会更加的广泛。在未来的发展过程中，移动通信技术就会在传输的宽带化目标上得以实现。不管是频分以及时分还是码分，无线技术的发展核心就是对频谱的效率以及数据传输能力比较重视，所以传输的宽带化目标的实现就显得比较重要。在不断的发展过程中，移动通信技术的发展在体制并存化的目标上也会得到有效实现。在早期无线通信的体制上相对比较单一化，但是近些年这一领域的技术发展比较迅速，这就使得在通信体制方面也会多样化，在未来无线通信体制的多样化是一种发展趋势[5]。再有就是移动通信技术的业务多样化的目标也是比较重要的发展趋势。以及在网络的泛在化方面的发展也会成为重要的趋势。

3.结语

总而言之，对移动通信技术的研究就要能结合实际的情况，对其主要的技术以及发展的理论进行深究，这样才能有利于移动通信技术在实际中的发展。通过此次理论研究，就能从理论上对移动通信技术的发展提供支持，从而促进其进一步发展。

参考文献：

[1]宋君飞.电子通信技术发展[J].黑龙江科技信息.2014(26)

[2]余建平.4G移动通信技术初探[J].技术与市场.2014(03)

[3]谭永前,严峥晖,罗文兴,曾凡菊.移动通信技术发展研究[J].电子制作.2014(02)

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1．1网络设计

首先将数据服务器与交换控制中心在逻辑上分离开，改变原有的数据存储方式。各级交换控制中心不再配备私有的数据服务器，树形的业务网络拓扑结构不变，故除数据存储查询以外的其他业务将不受影响。然后将所有的数据服务器组成一个分布式存储系统，它对用户虚拟成一个统一的存储设备，系统中所有的存储与查询操作都将对这个虚拟存储设备进行。设计中所有的存储节点地位相同，没有使用负责资源定位的中心服务器。这种结构就称为结构化P2P网络，使用DHT(分布式哈希表)的方式进行资源定位，具体算法将在下一节介绍。同样以图1中G节点查询D节点数据为例，因为所有的数据都存储在结构化P2P网络构成的分布式存储系统中，所有只要知道需要查询的数据特征就可以直接从节点G连接到存储网络中，再根据资源定位的算法找到该数据在P2P网络中的存储位置，从而获取数据。这样就带来几个好处:

(1)数据存储摆脱了层级化的结构，使得在查询或读取某个数据时不必要通过该数据所属交换控制中心，数据传输时也不必要通过高层级节点进行转发，这大大缓解了高层级节点的压力，解决了负载不均带来的访问热点问题，同时也使得可靠性大大提高了;

(2)使用分布式存储方式还大大提高了数据的容灾能力。只要设计一个合理的数据备份恢复机制，即使个别存储节点无法接入网络，也丝毫不会影响系统的业务进行。

1．2算法实现

分布式存储的核心问题就是资源定位问题，这里准备使用一种经典的Chord算法来实现其功能。

1．2．1Chord算法原理

文献4中提出了Chord算法，它是由MIT于2001年提出的分布式查找算法。数据对象的存取原则为:将所有节点的nodeID(节点属性信息经过散列函数得到的hash值)从小到大(取模2m，m为hash值的位数)按顺时针方向排列在一个Chord环上。dataID(数据对象属性信息经过散列函数得到的hash值)为k的数据对象就存储在nodeID为k或者Chord环上k之后最近的一个节点上，这个节点称为k的后继节点，用successor(k)表示。如图3所示，这是一个m=4的Chord环，ID的值域范围为［0，16］。环上分布有6个节点，分别为N1、N3、N6、N9、N11、N13。假如要存储一个数据对象K，K的dataID=12，先找nodeID=12的节点，如果没有就找它后边最近的节点，这里后继节点是N13，所以数据就保存在N13上。

1．2．2Chord的路由

有了上述的后继关系后，所有的资源分布与定位问题都得以解决，但这样一个一个节点的找过去效率无疑是无法保证的。故此Chord中就引入了扩展查询算法。高级的交换控制中心(进行业务控制、终端管理、数据交换等工作)，根据隶属关系逐级向下有多级交换控制中心，每个交换控制中心配有一个私有数据服务器用于存储所属的各类数据。每一个交换控制中心负责维护存有它所有子节点路由的路由表，查找某节点时需逐级查找。例如G节点需要D节点上的数据，就需要先向D节点发送请求，经过路由为G－C－A－B－D，随后D节点在自己的数据服务器上找到数据，再原路发回节点G。由上例可见，越高层级的节点所要承受的压力越大。在传统的集群通信系统中因为没有大数据量的业务，所以这种数据查询与传输的方式并不会对系统性能有较大的影响。但是在引入了新业务后，这种数据存储方式就会产生很多的问题:(1)负载不均衡，高层级节点压力过大。首先高层级节点上的数据被查询和存储的概率远大于低层级节点，高层级节点被访问的概率就很高。其次，处于不同分支的节点进行数据传输时都要经过高层每个节点负责维护一张路由表，通常称为指针表(fingertable)。如果ID长度是m个bit，那么指针表中就最多含有m个表项。节点n的指针表的第i项是Chord环上ID等于或者大于n+2i－1的第一个节点(取模2m)。如图2所示，节点N3的指针表，(3+20)mod24=4之后的第一个节点为N6，所以第一个表项的指针是N6。同理第二个表项的指针也是N6，第三个表项的指针是N9，最后一个表项的指针是N11。扩展查询的过程如图3所示，假设从N3节点发起查询，查询数据对象K的dataID=12，就可以根据N3上的指针表找到N11节点，再根据N11节点的指针表找到数据对象K的存储位置节点N13，这样就完成一次查询过程。

2实验结果及分析

本文使用OMNeT++进行仿真，选取了传统集群通信系统(DTMCS)与使用chord算法的结构化P2P网络改进后的系统进行比较，节点数设为781个(根据传统集群通信系统实际组网情况采用深度为5的树形结构，除第5层节点外，所有节点的子节点数均为5)，随机选择请求发起节点与目标节点，发起查询请求并接受目标节点返回的数据信息(设返回数据包长为2k字节)。以在同一时段网络中发起的查询数作为变量，平均查询时延作为性能评估参数，对两种存储查询系统的性能进行评估。平均查询时延delay计算公式如下:delay=∑ni=1(receive_time－send_time)/n(1)式中，send_time为发送查询请求时间;receive_time为查询节点接收到返回数据的时间;n为同一时刻发起请求的数量;delay的单位为ms。使用chord算法的结构化P2P系统的平均查询时延受查询数量变化的影响并不大，随着查询请求数量增加缓慢变化;而传统的集群通信系统在查询请求较少时表现尚可，一旦请求数量较大时性能与可靠性将急速下降，甚至网络瘫痪出现大量丢包的情况。通过比较可以看出，改进后的存储查询系统在性能上有了很大的改进，可以很好的解决负载不均和可靠性低的问题。

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一、语音编码技术的类别

在现代数字移动通信系统中，传输的信号都是数字信号，而我们通信的主要业务――语音是模拟信号，其带宽为300~3400KHz。要想在数字通信的网络中传输，必须进行信号的模数转换，将模拟信号转换为数字信号（即1和0的组合）。语音编码技术主要包括：波形编码、参量编码以及混合编码这些种类。

1、波形编码

波形编码主要就模拟语音信号的波形进行取样及其量化，还要实施编码，然后产生数字话语信号。波形编码的实质是以尽最大能力重构话音为目的进行相关的数据压缩。为了保证解码后的话音质量，波形编码的编码速率较高（一般在16~64kbps）。波形编码的优点在于它具有很宽范围的语音特性、抗干扰能力强、实现所需的技术复杂度低而费用、话音质量高，适用于高清高真音乐和语音。但其所占用的频带较宽，多用于有线通信，而对于无线通信就不合适了。

主要波形编码技术通常包括：脉冲编码调制-简称PCM，增量调制-简称M，还有许多改进型，一般有：差分脉冲编码调制（DPCM）以及自适应差分脉冲编码调制（ADPCM），还有自适应变换编码（ATC）以及连续可变斜率增量调制（CVSDM），也有子带编码（SBC）以及自适应预测编码（APC）这些。

2、参量编码

对于参量编码，其主要在人类语言，包括喉咙、嘴或者舌组合这些发声机理的前提之下，按照人们的发声机理，寻求出来表征语音的特征参量（语音信号），就特征参量实施编码（就是变为数字信号）的一类方法。接收端要针对收到的语音特征参量信息，将原先的语音恢复出。参量编码因为仅仅传输语音特征参数，语音质量要求较低，所以低速的语音编码能实现，往往处于1.2~4.8kbps。多用于窄带信道，常用于移动、卫星、军事通信中。常见的参量编码为线性预测编码（LPC）及其它各种改进型。

3、混合编码

所谓混合编码，即同时使用两种或两种以上的编码方法有机结合的过程。把波形编码和参量编码结合在一起，则可得到两者编码的优势的。即保持了参数编码的低速率，又有波形编码的高质量，从而取得了比较好的效果。混合编码的比特率一般在4 -16Kbit/s之间。

二、语音处理技术的应用

1、LPC_LTP_RPE编码器的应用

声码器编码具有非常低的速率（有时比5kb／s还低），对语音的可懂性没有影响，然而语音存在非常大的失真，谁在讲话较难分辨出来。波形编码器具有比较高的语音质量，而要求比较高的比特速率。所以GSM系统语音编码器使用声码器以及波形编码器色混合物，也就是混合编码器，全称就是线性预测编码――长期预测编码――规则脉冲激励编码器（LPC_LTP_RPE编码器），如图所示：

LPC+LTP属于声码器，RPE属于波形编码器，然后利用复用器混合将模拟话音信号的数字编码顺利完成。LTP把当前段和前一段实施对比，对应的差值经过低通滤波之后，实施波形编码。所以LPC十LTP参数以及RPE参数分别是3.6 kbit/s、9.4kbit/s；所以话音编码器具有13kbit/s的输出比特速率。

2、AMR语音编码技术的应用

WCDMA和TD-SCDMA的信源编码采用AMR语音编码技术，具有多速率（8种编码速率）、自动调整语音速率减少切换和掉话、调整部分功率，容纳更多用户等特点。它遵循的原则为以较低的编码速率获得较好的话语质量。其AMR的作用是在不同的无线条件下获得较恒定上网语音质量。

3、EVRC和QCELP应用

EVRC为增强型变速率编解码，是一种对话音进行分析和合成的编、译码器。它对语音信号进行变速率编码，在保证语音通话质量的前提下节约带宽。EVRC的编码速率有三种：全速率，1/2速率，1/8速率。噪声用1/8速率，语音用全速率或1/2速率。采用EVRC技术，可以在同等通信质量的前提下大大提高通信容量。常用于CDMA移动通信系统。

QCELP 称为码激励线性预测，是Qualcomm公司提出的可变速率CELP，话音压缩编码算法有8 kbps和13 kbps两种。QCELP主要特点是可变数率及话音激活检测技术，它能根据信号的大小和背景噪声的动态来调整编码速率，在话音间隙期，可根据不同的背景噪声分别选择全速率、1/2速率、1/4速率或1/8速率传输，能有效地降低数据的平均速率。在CDMA移动通信系统也常被采用。

另外，CDMA系统了其它一些技术。这些技术能更好的确保语音通话质量，同时可使语音容量有效地提高。如声码器速率的自适应门限， 3GPP2选用的可变模式的声码器。

总之，语音编码技术是移动通信中节约频率资源的一种方法。不同的电信运营商和不同的移动发展阶段采用的语音编码技术各有不同。语音编码技术随着新技术的发展不断更新。

参考文献：

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一、楼宇高层移动网络覆盖概述

移动通信网络信号覆盖优化的主要目的就是解决建筑高层用户通话质量差、网络信号弱覆盖杂乱，频繁切换等问题，切实有效地提高移动通信用户的使用体验，目前主流的高层建筑移动网络覆盖技术包括分布系统、直放站结合以及改造基站子系统等等。与普通建筑的移动通信网络信号覆盖相比高层建筑覆盖技术难度系数更大，通信质量问题出现的几率也更高。目前城市中的高层楼宇普遍采用钢筋混凝土结构，移动通信的TD-LTE无线高频信号在这种厚度较大的钢混楼板中衰减较大，如果采用传统的基站覆盖技术，将直接导致高层建筑内部的电梯、通道以及地下室等区域成为信号盲区，楼宇外部基站的移动网络信号根本无法覆盖到。

二、楼宇高层移动网络信号覆盖方案

2.1室内覆盖方案

信号源以及信号分布系统是建筑高层网络信号覆盖系统的主要组成部分，由于楼宇高层自身建筑性质以及对移动网络信号要求的特殊性一般采用直放站或者是微蜂窝作为高层覆盖系统的信号源，微蜂窝的成本较高但是网络容量更大，通信质量更高，适用于大范围的高层建筑的网络信号覆盖，直放站则用于小范围的楼宇高层网络信号覆盖或者是室内覆盖盲区的信号引入。移动通信的高层网络信号覆盖广泛应用的室内分布系统主要有有源分布系统、无源天馈分布系统、泄漏电缆分布系统以及光纤分布系统四种。不同的分布系统以及建筑具体状况对于天线的要求也会存在差别，单根天线、全向天线、并线双付天线等都有所应用。

2.2 室外覆盖方案

楼宇高层通过分布系统方案可以有效提高信号覆盖的成效以及用户的通信质量，但是室内分布系统的成本较高针对一些高层住宅区的局部信号弱的情况如果采用分布系统则会造成资源的浪费，这是便可以与室外覆盖方案配合使用。室外信号基站的设置对于高层楼宇的室外信号覆盖优化来说至关重要，主要方式就是室外架设重发特形天线，从而使得外部的无线网络信号可以穿过墙体实现房屋内部的信号覆盖，在室外覆盖方案中天线类型的选择是极其重要的部分，需要综合考虑基站分布情况、建筑结构以及移动网络信号要求等多种要素。

三、移动网络信号高层覆盖系统设计

1、信号覆盖测试。信号优化覆盖方案必须要有针对性其成效才有保证，因而在确立好高层覆盖模型之后首先需要进行信号覆盖的测试，确定出当前高层信号覆盖存在的问题。一般来说室内分布系统一般是采用微蜂窝作为信号源因而需要确定不同频段的信号，为了使信号源发射频率以及室内天线频率设置更加准确相关技术人员需要到不同的楼层进行信号的测试和收集，并根据各个楼层的强信电平计算出最小电平，从而使得设计中微蜂窝的载干比更加准确，提高设计的合理性。

2、路径损耗测试。泄漏电缆以及光纤分布系统都会产生一定的路径损耗，尤其是泄漏电缆。高层建筑构造、墙体材质以及内部的摆设等都会使得网络信号在传输的过程中产生一定的损耗，路径损耗测试方式议案是利用移动终端在高层建筑的各个点测试发射机信号的电平，并通过计算得出发射机的有效辐射功率，用EIRP来表示。

3、下行功率计算。通过下行功率的预算可以确定出信号源的信号强度，从而指导天线的铺设设计。在进行上下行功率计算式需要将移动网络信号传输过程中在各个阶段所产生的损耗都需要计算在内，因此在实际测试过程中各器件的损耗都要涉及到，计算时发射机的有效辐射功率就等于基站发射功率与天线增益之和减去在各个器件处产生的损耗，包括耦合器损耗、馈线损耗以及功分器损耗等等。

4、系统设计。进行高层移动网络信号覆盖系统设计的主要环节包括功率计算、系统连接图确定、问题阐述以及解决措施等等，为了确保信号源以及天线末端的信号损耗不至于过高，保证建筑内部的信号天平必须要进行对信号覆盖情况、路径损耗以及上下行功率等进行测试和计算，并根据计算的结果选择恰当的线缆，包括光纤以及同轴电缆。

四、结束语

综上所述，楼宇高层移动网络覆盖技术较为复杂，且信号容易受到环境等多方面因素的影响，为此必须要通过技术的革新加设方案的完善等优化移动通信网络信号楼宇高层覆盖，从而促进我国通信行业的进步和发展。