空中接口范文（精选5篇）
空中接口 第1篇
GSM系统的空中接口可以分为逻辑信道和物理信道两种, 其中逻辑信道是指物理信道上传输的信息内容。物理信道是指信息传输的媒介。GSM系统是既有TDMA又有FDMA, 在GSM系统中, 一般有3个, 4个或者7个小区构成一个区群, 在区群内使用不同的频道, 同频道保持相等距离, 这样就实现了FDMA。每个小区中含有多个载频, 而每个载频上又分成8个时隙, 每个时隙就是一个物理信道, 这样单个GSM载频就可以同时支持8个移动用户通话, 每个信道占用载频的八分之一时间, 每次通话都会占据一个时隙直到通话结束或者发生切换, 这样又实现了TDMA。GSM900系统的工作频段是分上行和下行的, 其中上行是指移动台发、基站收的频段是:890MHz~915MHz, 而下行是指基站发、移动台收的频段是:935MHz~960MHz;收、发频段的间隔是45MHz, 其中移动台的发射频段比基站的低, 这是因为移动台采用较低频段发射, 传输的损耗就比较小, 有利于补偿上行和下行的功率不平衡。在同一个区群内载频间隔是0.2MHz, 整个工作频段被分为124对载频, 频道的序号用n来表示。由于每个载频分成8个时隙, 所以GSM系统共有992个时隙。但是在我国GSM系统只用了10MHZ, 即上行的905MHz~915MHz其中905MHz~909MHz是移动使用, 909MHz~9 1 5 M H z是联通使用;下行的9 5 0 M H z~960MHz其中950MHz~954MHz是移动使用, 954MHz~960MHz是联通使用。很容易的我们知道联通有29个频点, 移动有19个频点, 但事实上移动有20个频点因为移动向下压缩了B网的一个频点。GSM使用的是高斯型最小频移键控GMSK方式, 基站的发射功率是每载波500W, 所以每时隙平均是500/8也就是62.5W。
2 GSM空中接口信道的类型及组合
数字蜂窝通信系统需要传输不同类型的多种信息, 按照逻辑功能可分为控制信息和业务信息。所以在频分复用、时分复用的物理信道上需要安排相应的逻辑信道。
GS M空中接口的信道主要分成两类, 即控制信道和业务信道。
(1) 业务信道简写TCH, 主要是用来传输数据或数字语音, 其次还有少量的随路控制信令。业务信道又分成全速率业务信道简写TCH/F和半速率业务信道TCH/H。
数据业务信道, 其作用是在半速率或全速率信道上, 通过不同的信道编码和速率适配, 提供给用户各种不同的数据业务。语音业务信道, 载有编码语音的业务信道分为半速率语音业务信道TCH/HS和全速率语音业务信道TCH/FS。此外, 在业务信道中还可以有快速辅助控制信道和慢速辅助控制信道。
(2) 控制信道的简写是CCH主要用来传送同步信号和信令。它主要分了三种。
第一种是广播信道BCH。广播信道是一种典型的, 一点对多点的单方向控制信道, 其作用于基站向移动台发送广播公用的信息。传输的主要内容是移动台呼叫和入网建立所需要的相关信息。其中又分成: (1) BCCH广播控制信道, 传输系统公用控制信息。其中包括网络相关的信息, 并且由于该信道是连续不停发射的。这样就可以提供给周围小区的移动台测量其信号强度, 而移动台就通过现在所处的小区及周围的小区的信号强度的比较, 确定是否进行切换。当MS开机但没有通话时, 会至少每30S周期性的监视广播控制信道中的信息。广播控制信道中传输的信息包括LAI——位置区识别号、本小区使用的频率列表、移动台应监视的相邻小区列表、功率控制指示、小区识别号、接入控制——呼叫阻断和紧急呼叫、小区广播信道描述、是否允许不间断的发射DTX。 (2) SCH同步信道用于传输对基站进行识别和供移动台进行同步的信息——帧同步信息, 这是由于基站识别码是在同步信道上传输的。同步信道传输的信息使MS能够同步TDMA帧, 并且能使得MS知道时隙的定时, 此外还包括BSIC基站身份识别码和帧号两种信息。MS会监视邻近小区广播控制信道中的信息, 并且存储其中信号最强的6个小区信息。这些小区同步信道中的信息也会被存储下来, 当移动台到了一个新小区时, 就可以快速的进行同步。c、FCCH频率校正信道用于传输供移动台校正其工作频率的信息所以发送的是载波同步信息。FCCH会在BCH时隙里频繁的发送, 使移动台能够同步到基站频率。
第二种是公用控制信道CCCH。CCCH是一种双向的控制信道, 它的作用是用来在MS和BTS之间传送控制信息, 完成呼叫接续阶段时候的传输链路连接所需要的控制信令的传输。它又可以分为:AGCH准许接入信道, 准许接入信道是一个下行信道作用是基站用来对移动台的入网申请作出应答;RACH随机接入信道, 随机信道是一个上行信道作用于移动台随机提出的入网申请, 也就是移动台发起呼叫请求分配一个独立专用控制信道或响应寻呼是需接入到系统;PCH寻呼信道, 寻呼信道是一个下行信道作用是传输基站寻呼移动台的信息——可以通过IMEI、TMSI、IMSI来寻呼移动台;CBCH小区广播信道该信道是用来传输需要广播到小区所有移动台的信息。
第三种是专用控制信道DCCH, 专用控制信道是载频中的一个时隙在这个时隙里传输8个SDCCH独立专用控制信道, 每个独立专用控制信道可以供一个移动台做鉴权、位置更新、呼叫建立以及点到点的短消息, 所以专用控制信道是一种点对点的双向控制信道, 它的作用是在呼叫接续阶段和通信进行当中, 在基站和移动台之间传输必要的控制信息。它又可以分成:SDCCH独立专用控制信道, 作用是在分配业务信道之前传送有关的信令;SACCH慢速辅助信道基站和移动台之间, 作用是周期性的传输一些信息——在上行方向传送链路质量报告和RSSI, 在下行方向定时信息和传送功率控制;FACCH快速辅助信道, 作用是传输和SDCCH相同的信息, 当没有分配SDCCH的时候才使用, 快速辅助控制信道在业务信道上发送。快速辅助控制信道从业务信道上“偷”一个Burst突发脉冲序列, 将Burst插入自己的信息中传输出去。快速辅助控制信道用于传输用户切换和鉴权信息。
3 结语
文章主要在GSM空中接口无线传输特征以及信道方面做了简单的介绍, 现在通信正在向3G发展而WCDMA正是GSM的延续所以对于GSM的了解还是很有必要的。
摘要：GSM——泛欧数字蜂窝通信系统, 是目前全球移动通信用户使用最多的系统。GSM数字蜂窝通信系统在整个系统中有多个接口, 其中无线接口Um, 即空中接口, 是系统最重要的接口。
关键词：GSM,Um-空中接口,系统,信道,时隙
参考文献
空中接口 第2篇
1 系统方案设计
空中鼠标系统设计分为两部分:手持端和主机端。手持端是由可充电锂电池、升压稳压电路、电容式触摸感应开关、C8051F311、MEMS传感器ADXL343和发送蓝牙模块组成。空中鼠标手持端设计框图如图1所示。
主机端是由接收蓝牙模块、UART转USB桥接电路和PC上位机组成,空中鼠标主机端设计框图如图2所示。
2 系统硬件设计
2.1 主控器与MEMS传感器
本设计采用C8051F311 单片机作为主控芯片,它具有增强型UART和增强型SPI串行接口,高速、流水线结构的8051 兼容的CIP⁃51 内核。ADXL343 是一款多功能3 轴、低功耗和具有I2C和SPI接口的数字输出低g MEMS加速度计[4]。以高分辨率(13 位)测量加速度,测量变化范围达±16 g;内置运动检测功能,可以检测到活动、静止和自由落体的运动,所有中断可独立映射至两个外部中断引脚;采用32 级FIFO缓冲器存储数据,将MCU的负荷降至最低,并降低了整体系统功耗。
2.2 锂电池充电电路设计
锂电池充电电路采用了恒定电流/恒定电压充电芯片TP4056 为充电器。空中鼠标的锂电池可用USB进行充电,通过2 管脚外接的电阻调节充电电流大小。锂电池充电电路如图3 所示,红色D1亮时表示正在充电,蓝色D2亮时表示充电完成,当欠压、电池温度过高、过低时D1,D2都熄灭[5]。
2.3 升压稳压电路设计
由可充电锂电池给系统供电,长时间使用电池电压会降低,不足以提供系统3.3 V正常工作电压。现采用BL8530 芯片将低电压(低至0.8 V)升压稳压至3.3 V电压。升压稳压电路如图4所示,BL8530只需要电感、输出电容和肖特基二极管3个外部元件就可以输出3.3 V电压。
2.4 电容式触控开关
应用电容式触控传感器技术[6],使空中鼠标更加低功耗。手接触电容式触控开关(当空中鼠标正常使用时),使系统处于导通工作状态;当手不接触电容开关时,系统处于低功耗待机状态。
2.5 蓝牙通信
无线通信采用以CC2540 为核心的低功耗蓝牙4.0系列HM⁃11 模块,支持AT指令,可更改主、从模式以及串口波特率等参数。上位机与蓝牙接收模块之间应用Silicon Labs公司的USB转UART桥接芯片CP2102,实现了MEMS三轴加速度与上位机通信。
3 系统软件设计
3.1 主程序设计
接触空中鼠标电容式触摸键,使系统上电;系统初始化、配置UART、SPI和使能中断;对ADXL343 寄存器进行参数设置,包括活动阈值(THRESH_ACT)、静止阈值(THRESH_INACT)、静止时间(TIME_INACT)、数据格式(DATA_FORMAT)以及中断使能与中断映射等;等待外部DATA_READY中断获取DATAX0,DATAX1,DATAY0,DATAY1,DATAZ0,DATAZ1 寄存器数据;通过蓝牙发送包含三轴加速度的8 个字节数据,系统主程序流程框图如图5 所示。
3.2 上位机软件设计
在VB上位机将接收到的8 B进行数据解析,如果没找见第1 个字节0x DD,返回值为1;第8 个字节是对前7 个字节CRC校验,如果校验错误,返回值为2;如果头字节与CRC校验尾字节都接收正确,返回值为0,继续读取中间6 个字节的加速度,数据格式为Data[N].ax,Da⁃ta[N].ay,Data[N].az。由于MEMS传感器安装存在方向性,利用旋转矩阵调整坐标方向,使手势运动方向与MEMS传感器坐标方向相一致。数据接收流程图见图6。
手势姿态加速度Data[0]在xy,yz,xz三个平面的投影加速度为axy,ayz,axz。由于鼠标指针在xy平面运动,所以|axy|>阈值、|ayz|<阈值、|axz|<阈值,当某个平面的投影加速度小于阈值时,表示在该平面保持静止状态。利用xy平面投影加速度axy正负控制指针移动方向、axy模大小控制指针移动速度。Data[0].ax、Data[0].ay按一定非线性对应关系得到相对位移dx和dy,驱动鼠标事件mouse_event(&H1,Int(dx),Int(dy),0,0)来控制鼠标指针移动。手势控制空中鼠标倾斜角度越大,axy模越大,指针移动速度越快。空中鼠标指针移动流程框图如图7 所示。
利用当前手势姿态加速度Data[0],解析为ax,ay,az,axy,ayz,axz,手势姿态流程框图如图8 所示,比较各个分量加速度与设定阈值的关系和手势姿态保持时间(Time)的关系,得到六种空间姿态(静态):上、下、左、右、前、后。六种姿态来驱动键盘事件(keybd_event),对键盘事件定义不同,实现不同的快捷键播放多媒体(PPT)功能,如F5,Alt+F4,Page_Up等快捷键。
通过手势动作获得N组加速度Data[N],通过数据筛选法得到x,y,z三轴加速度的最大值与最小值,对应三轴最值作差得到dx,dy,dz,记录出现最大值时三轴对应的N值ax_t1,ay_t1,az_t1和最小值时N值ax_t2,ay_t2,az_t2,当dz>dx与dz>dy时,因为双击时会出现四次极值,所以在一定时间内比较连续极值的次数,判断是否发生双击。手势动作流程框图如图9 所示,通过比较识别出七种动作(动态):向左、向后、向前、向后、向下(左击)、向上(右击)与双击。各种手势动作驱动不同事件来模拟鼠标按键和媒体播放功能。
4 实验分析
随机抽取20 个人对空中鼠标指针移动、PPT播放和鼠标单/双击功能的准确率做100 次实验数据次数统计与分析,实验测试结果如表1 所示。
实验证明本文设计的空中鼠标功能准确率在96%以上。鼠标指针移动失误源于倾斜角度过大或过小导致偏离指定目标;控制PPT播放失误源于手势姿态(静态)不够标准;鼠标单/双击操作的失误是未能向正确的方向做出对应动作(误动作),如向下动作一次是单击,实验者不是向下动作,而是向右下方动作。通过给实验者指导使用空中鼠标姿态与动作后再次实验统计,准确率高达99%以上。
5 结论
本文设计的空中鼠标在具有传统鼠标功能的基础上又融入了多媒体播放快捷键功能,更主要的是突破了传统鼠标必须放在桌面使用的限制,实现了空中无按键全手势/运动控制。实验证明:空中运动/手势控制接口技术对手势姿态与动作的识别率高,准确的控制鼠标指针移动、模拟鼠标按键功能和遥控多媒体播放。在空中运动/手势控制接口技术的基础上,为进一步开发人机体感交互设备提供参考。
参考文献
[1]DRAKE A J,KIM H,CHAE J,et al.Two-dimensional position detection system with MEMS accelerometer for MOUSE applications[C]//Proceedings of 2001 IEEE Conference on Design Automation.[S.l.]:IEEE,2001:852-857.
[2]陈建新,卜翔,王荣,等.基于MEMS加速度的三维无线鼠标设计与实现[J].无线互联科技,2011(8):22-25.
[3]陈建新,王荣,章韵.MEMS加速度传感器的距离测量性能分析[J].电脑与电信,2011(11):30-32.
[4]Analog Devices.ADXL343:3-Axis,±2 g/±4 g/±8 g/±16 g digital MEMS accelerometer datasheet[R].US:Analog Devices,2012.
[5]丁学用,王玲玲,何彦廷.便携式太阳能手机充电器设计[J].中国科技信息,2014(16):190-192.
浅析GSM中的空中接口寻呼容量 第3篇
GSM是一个面向连接 (connection-oriented) 的数字网络, 它需要建立两个独立的信道来进行信令信息的交换, 被称为下行链路和上行链路。下行信令信道是一个公用的信道, 它是通过时间复用把寻呼信息和信道分配信息从基站下传给用户。上行信令信道是利用一个随机连接建立的运算法则, 通过手机发送信道请求和位置更新信息。一个位置区域 (location area) 是一个包含了一组特定的邻小区, 它是用来跟踪手机的位置。位置区域是无线移动管理中一个最基本的单位。当手机在移动时跨越这些位置区域, 必须重新向网络登记。信道请求和寻呼时长是信令网设计时的一个关键因素。在位置区域的规划中要考虑到这个关键性的因素, 使得信道请求和寻呼时长控制在一个合理的范围内。在一个网络中, 小的位置区域设计将会有很多位置更新, 一个大的位置区域设计将会有很高的寻呼量。当位置区域越来越大, 手机所处位置的不确定性就越大。一个寻呼信息必须下发到一个位置区域的所有基站, 所以一个大的位置区将会有很高的寻呼需求量, 但同时它的位置更新请求将会减少。
2 无线口的寻呼容量-COMBINED
寻呼信息是通过CCCH块来发送的, 而CCCH块有可以分为PCH和AGCH, 寻呼信息便是通过PCH逻辑信道发送。在无线口的寻呼容量分开两个情况, 取决于SDCCH信令的设计。SDCCH可以分为SDCCH/4和SDCCH/8。如果一个小区有定义SDCCH/4也称为, 那么在广播信道的CCCH便称为combined CCCH/SDCCH/4。图1表示了combined CCCH/SDCCH/4在广播信道中的组合情况。
由于大部分的CCCH块被SDCCH和SACCH所占用, 在广播信道中的CCCH只剩下3个可用来做PCH和A G C H。一般情况会预留一个C C C H块给A G C H用。AGCH是一个下行逻辑信道, 它是用来指配SDCCH信道的。以莆田网络为例, 莆田网络中的设计是预留2个CCCH块给AGCH, 则只剩下1个CCCH块给PCH。寻呼块计算如下:
总共得CCCH块=3
预留CCCH块给AGCH=2
寻呼CCCH块=3–2=1
一个PCH块可以承载4个TMSI号, 或者2个IMSI号。如图2所示。因为有寻呼信息重传, 所以
在使用TMSI寻呼的情况下, 一个PCH块平均大概可以传送3个用户的寻呼信息。一个51帧的multi-frame的时长是235毫秒, 所以寻呼容量
如果每秒钟有超过12.8个寻呼出现, 空口将会出现寻呼阻塞情况, 寻呼阻塞可以导致寻呼时间较长或寻呼被删除, 或寻呼失败而导致呼叫失败。
3 无线口的寻呼容量-NON COMBINEDCCCH
第二种SDCCH配置设计是SDCCH/8, 也就是S D C C H信令占用一个独立的物理信道, 不需要腾出CCCH块。这样广播信道就可以有9个CCCH块可用来做AGCH和PCH。图3描述了这种配置。
非c o m b i n e d型的C C C H的空口寻呼容量会比combined型的要大很多。以莆田网络2个AGCH配置计算, 寻呼容量如下:
1个multi-frame的CCCH块=9
AGCH块占用数=2
可供PCH用CCCH块=9–2=7
在使用TMSI寻呼的情况下, 一个PCH块平均大概可以传送3个用户的寻呼信息。一个51帧的multi-frame的时长时235毫秒, 所以寻呼容量
莆田现网的基站大多数的配置是非结合性的CCCH, 寻呼容量不受限于空中接口。而是受限在A-bis接口上的信令带宽。但是仍然还有个别的小区是采用了结合性的CCCH, 也就是combined CCCH/SDCCH/4的配置。表1列出了莆田网络中SDCCH/4配置的小区。
结合型的C C C H可以节省一个物理信道, 因为SDCCH/4所占用的是CCCH所在的广播信道。而节省下来的物理信道就可以用来做话务信道, 加大话务的吸收。早期低配置的基站, 一般都会设成这种SDCCH/4的配置。但是因为随着话务量的增长, 用户数的不断增加, 寻呼数不断的增加, 这种SDCCH/4的配置导致了一定的寻呼删除。寻呼删除的后果是呼叫时长增加, 或者因为寻呼失败而导致接通失败。
接下来将结合理论与莆田网络中存在的CCCH设置小区, 分析combined CCCH/SDCCH/4小区中的寻呼情况。
4 莆田网络中SDCCH/4小区的寻呼情况分析
由于一个寻呼信息必须下发到一个位置区域的所有基站。所以就空中接口的寻呼容量计算, 如果在同一个位置区域, 有些基站配置non-combined CCCH/SDCCH, 而有一些配置成combined CCCH/SDCCH, 那么寻呼的瓶颈就会在combined CCCH/SDCCH/4的基站上面。如果在某时段内的寻呼量超过了后者容量, 寻呼信息将会被删除, 从而可能导致寻呼失败或呼叫失败。
莆田网络中有4个小区在6月9日以前是采用combined CCCH/SDCCH/4的配置, 从每天24小时的数据看, 4个小区每天都有寻呼被删除大概100多次。在6月9日把combined CCCH/SDCCH/4改为non-combined CCCH/SDCCH后, 寻呼被删除现象消失。而且这4个小区的24小时平均寻呼数跟之前一样没有什么变化, 甚至某些日子更高一些, 都没有出现寻呼被删除的现象。证明这4个小区在之前的combined CCCH/SDCCH/4设置中每天都存在空中接口的寻呼瓶颈, 而导致寻呼溢出而被删除的现象。
我们以6193小区作为例子, 看在6月6日24小时里, 每个小时的寻呼数和寻呼被删除的现象。图8中显示寻呼量越多, 寻呼被删除越多。在18:00~19:00的时候, 寻呼量达到32 300次, 非常接近理论值, 而这时候的寻呼被删除也最多。所以如果网络中有combined型的CCCH SDCCH/4的小区, 空中的寻呼容量将会大大的减少, 影响寻呼成功率和呼叫成功率。
5 总结
空中接口的寻呼容量取决于网络参数的设置。Combined CCCH/SDCCH/4的设置将会使得网络的寻呼容量大大的减少。寻呼的瓶颈很容易出现在空中接口上面而导致寻呼被删除。Non-combined CCCH/SDCCH设置可以大大的加大空中接口的寻呼容量, 避免了寻呼瓶颈出现在空中接口上面。寻呼信息需要发送到一个位置区域的所有基站, 所以在同一个位置区域的小区, 寻呼容量应该要保持一致。不应该某些基站配置比较小, 如一个载频, 而把这个小区的CCCH设置设成combined CCCH SDCCH/4。尽管这种设置可以腾空一个TCH使用, 但是后果是会导致空中接口的寻呼容量降低, 使得基站出现寻呼信息溢出, 出现寻呼信息被删除。寻呼信息被删除的后果可以使得寻呼时间过长, 寻呼失败而导致接通失败。
随着如今的网络话务和用户数都不断地在增长, 寻呼量也不断增加, 建议以后不管基站配置大小, 统一配置non-combined CCCH/SDCCH, 避免使用combined型的CCCH/SDCCH/4设置。
参考文献
[1]GSM specification04.08
[2]GSM specification05.08
空中接口 第4篇
近几年,作为第四代移动通信关键技术的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)的理论研究日趋成熟,已经在地面移动通信领域获得商业应用。 由于卫星通信覆盖面大、不受地理条件的限制、通信频带宽、容量大、机动灵活,对通信距离不敏感等特点,在民用和军事通信中得到广泛的应用。而为了真正的实现全球无缝漫游的移动通信,卫星通信更是必不可少的。
将卫星通信与地面移动通信融合从而实现真正的全球无缝覆盖的移动通信一直是学术界研究的重点。DVB-SH(Digital Video Broadcasting-Satellite services to Handhelds,手持卫星数字电视广播)最近的发展表明地面移动通信和卫星移动通信有效的结合会扩展系统的服务和覆盖能力。地面和卫星部分成功整合的关键在于两个系统组件的技术共性最大化。文献[2]、[3]提出了很多卫星空中接口的改进方案以取得和4G地面移动系统空中接口设备的最大通用性。这些方案只针对卫星信道特性进行改进,例如星上功率放大器引起的非线性失真,大时延特性和时间分集的简化,而其余的保持和地面系统的不变。因此地面和卫星环境中移动信道的传输模型的不同之处是研究的重点。在地面环境中,时间选择和频率选择都会引起信道衰落,因此可以针对不同的用户选择信道传输环境相对较好的时间空档和频率段。但是卫星信道相对地面信道而言具有更大的环路延迟,电波在自由空间中传播时,收发天线之间的路径上一般没有遮挡物和可以产生反射的物体,接收信号是由直达信号(Line-of-Sight,LOS)所组成,因此卫星信道中的衰落大部分为平坦衰落。卫星信道与地面移动信道物理特性有较大差异,因此必须对LTE的空中接口依据卫星信道的物理特征进行改进。为了增强卫星信道传输的可靠性,本文通过对卫星信道物理特性的分析,研究了LTE空中接口在卫星通信系统中的适应性问题,以及相应的改进方案。
2 3GPP LTE简介
目前3G移动通信技术是当前主流的无线通信技术,已经在大部分国家得到商用。其中3GPP 制定的UMTS技术应用最广泛,并且增强型的UMTS技术HSPA(High Speed Packet Access,高速分组接入)也早已完成标准化的工作。随着3G移动通信技术的成熟以及商用,3GPP又投入到了LTE的标准化工作中。3GPP LTE项目是关于UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network,UMTS的无线接入网)改进的项目,是3GPP近几年来启动的最大的新技术研发项目,它的目标是更低的时延、更高的数据速率、改进的系统容量和覆盖范围,以及较低的成本。由于其已经具有4G通信技术的一些特征,又被看做是"准4G"技术。
自2004年11月启动LTE项目以来,3GPP全力推进LTE的研究工作,仅半年时间就完成了需求的制定。3GPP组织在LTE项目的工作分为两个阶段:2005年3月～2006年9月为第一阶段,SI(Study Item)阶段,完成可行性研究报告。该阶段主要完成目标需求的定义、明确相关概念、征集候选技术提案等工作。在此基础上对相关技术提案进行评估,并最终选择适合LTE的技术。2006年9月～2007年9月为第二阶段,WI(Work Item)阶段,完成核心的技术规范制定(测试规范于2008年3月完成)[4]、[5]。考虑到市场的需要,WI阶段与3G标准的制定过程相比节奏快了许多,预计近期就可以商用。虽然工作进度滞后于原计划,但已确定了大部分基本技术框架。标准化的LTE是以OFDM和MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出天线)两大技术为支撑的,其空中接口的性能较UTMS和HSPA的空中接口有了极大的提高:LTE支持5MHz～20MHz内的操作带宽,支持对称(FDD)和非对称(TDD)频谱分配,具有更先进的资源分配策略;20MHz带宽下的移动通信速率可达到下行100Mbit/s,上行50Mbit/s;用户吞吐量和频谱效率均为HSPA的3倍以上;而且,LTE还在有效提高移动性、覆盖性的同时降低了系统延迟,提高了移动通信小区边缘用户的性能[6]。此外,LTE支持各种多媒体业务,并通过系统设计和严格的QOS机制,保证实时业务(如VoIP)的服务质量。
3 基于LTE的空中接口的改进
卫星通信属于无线通信,在通信过程中受空间、地面多种环境因素影响,卫星到地面用户之间无线电波的传播路径非常复杂,信道具有极大的随机性。受到卫星本身放大器件、天线尺寸、遥远通信路径及宇宙其它星体等因素的影响,卫星信道具有:功率受限、带宽受限、非线性恒参信道、多经衰落信道、通信链路远时延大、易受环境干扰等特点[7]、[8]。卫星信道与地面移动信道物理特性差异较大,为适应卫星信道的特殊性,地面LTE的空中接口必须经过改进才能应用在卫星上。对此很多学者提出了不同的改进策略。
3.1 TTI间交织技术
LTE标准没有在单个TTI(Transmission Time Interval传输时间间隔)以外考虑时间交织,由于物理层的编码被映射到一个TTI里,Turbo解码器可以利用的最大时间间隔也被限制在一个TTI(TTTI)内。对于低速运动的移动终端,当信道相干时间大于TTTI时,物理层的编码不能很好的抵消信道衰落。为了解决这种衰落,LTE采用了基于信道相关性的调度算法和HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request,混合自动重传请求)技术。前者通过侦测信道状态信息利用信噪条件较好的子信道传送数据,这种技术可以产生较好的频率分集效果。HARQ是结合FEC(Forward Error Correction,前馈纠错)和ARQ(Automatic Repeat Request,自动重传请求)的技术,是ARQ的改进,在ARQ系统中引入了FEC子系统,FEC可以用来纠错经常出现的图样以减少重传的次数。但是由于卫星信道极大的传输时延,这两种技术都不能直接应用在卫星信道中,文献[9]提出的一种TTI间交织技术可以利用LTE物理层现有的HARQ的灵活性来打破信道相关性。通过将发射机的统一环路缓存中的数据映射到不同的TTI中从而达到时间分集的目的。例如图 2所示,利用4个不同的RVs (Redundancy Versions ) 获得4个重传信息,每个信息被映射到不同的TTI里,映射间隔为KTTI*TTTI。KTTI是一个关键参数,决定了交织深度,KTTI的大小由信道条件和延迟需求决定。设RTTI为完成单个环路缓存需要重传的信息的个数,则一个码字传输的时间为TTPT=KTTI*(RTTI-1)*TTTI+TTTI,由此得知该算法没有增加系统的复杂度。这种算法的缺点是由于一个码字的传输时间是TTPT而不是TTTI,导致数据率的下降。一种保持原有数据率不变的方法是引入具有更大数据存储容量的终端,从而支持多个HARQ进程同时进行。
3.2 PAPR降低技术
OFDM具有很高的PAPR(Peak-to-Average Power Ratio,峰均比),高的峰值容易引起非线性失真, 从而造成频谱"外泄"和子载波间的干扰。当卫星HPA(High Power Amplifier,高功率放大器)接近饱和时会造成严重的非线性失真,因此降低OFDM的PAPR是LTE应用在卫星通信上必须克服的关键技术。目前已经有很多方法用来降低OFDM信号的PAPR,但是在卫星应用中,首先要满足能够与LTE标准相兼容的PAPR降低技术的一般要求,还要考虑到卫星的功率和覆盖范围的问题;其次接收机的复杂度不能大幅增加;再次BER不能增大,以减少功率的增加;最后要能够应对卫星应用中由HPA等引起的失真。传统的PAPR降低技术, 例如多音加法,选择映射,压缩扩张变换方法等都有一定的局限性,不适合在卫星LTE中应用。文献[10]提出了一种ACE(Active Constellation Extension,动态星座图扩展)技术,是和多音加法相似的一种PAPR减小技术,是一种非双射的星座图技术。在这种技术中,在数据块中的一些外部信号星座点大幅度地向原始星座的外部扩展以使数据块的峰均比降低。文献[11]又对其进行改进,将一种RE(repeated enlipping)的新型削减方式与ACE相结合,使得新的ACE-RE比传统ACE具有更快的收敛速度。
3.3 随机存取信号检测
随机接入是终端在开始和网络通信之前的接入过程,是保证通信建立的决定性环节。在3G通信中PRACH(Physical Random Access Channel,物理随机存取信道)是基于竞争接入的上行信道,用于移动用户开机后在基站注册。在4G网络中PRACH有了新的用途和限制。在OFDM基本系统中,为了发送正交信息要确保各个用户之间的上行信道的正交性,用户传送的信号需要时间和频率都要保持同步。为了让移动终端进行时间和频率估计,在上行信道中进行相应的调整,基站发送一个广播信号给终端。由于多普勒频移的存在,一部分频率偏移不能被估计和调整。也就是说,当基站检测到用户信号时需在时间上进行细同步,因此PRACH的主要作用就是通过移动用户补偿回路延迟来达到时间的细同步。经过成功的随机存取过程,基站和用户会建立起同步关系,从而正确的解码后续的传输信息而且各个用户之间不会产生干扰。
为了减少用户冲突的几率,在LTE标准中采用ZC序列(Zadoff-Chu,也称为Constant Amplitude Zero Autocorrelation (CAZAC),恒包络零自相关序列)进行同步,因为ZC序列具有良好的相关特性。在4G卫星通信中,设备的覆盖范围和多径衰落决定最大的环路传输时延,导频的零自相关时间必须大于最大环路传输时延。文献[9]经过仿真计算出在GEO卫星信道下利用ZC序列可以克服由于大时延带来的不利影响。
4 总 结
目前LTE体制已成熟,预计在卫星移动通信系统建成并投入使用时,地面LTE系统已全面部署。在卫星通信系统中应用LTE技术有利于星地一体化网络的发展。两者的结合重点在于空中接口的兼容和适应,从而减少改进的难度,降低制造成本。本文介绍了3GPP LTE 空中接口应用于卫星的一些问题的解决方案,针对卫星信道的特有性质进行了相关的改进。但是要真正将LTE系统应用到实际情况中依然有很多问题需要解决,例如卫星通信中的同步问题,一些传统的OFDM同步方案在卫星上应用的效率很低,应根据卫星信道作相应的改进;针对LTE空中接口的上层改进及跨层设计等。
摘要：目前LTE体制已成熟,在卫星通信系统中应用LTE技术有利于星地一体化网络的发展。移动卫星系统在4G网络中成功应用的一个关键因素是设备和地面系统得到最大的通用性。一种有效的解决这个问题的方法是利用地面空中接口作为卫星空中接口的基础。由于3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)LTE(Long Term Evolution,长期演进)标准是4G移动通信的主要技术方案之一,本文分析了3GPP LTE接口应用于卫星传输的可行性,提出了一些解决这个应用的技术方案。重点介绍了三种解决方案:1、TTI(Transmission Time Interval传输时间间隔)间交织技术,利用现有HARQ的灵活性打破缓变信道的相关性;2、降低PAPR(Peak-to-Average Power Ratio,峰均比),以增强OFDM波形对非线性失真的适应能力;3、针对卫星信道大时延特性采用的随机存取序列的设计。分析结果表明,在利用以上几种解决方法后,现有的LTE空中接口经过改进可以应用在卫星信道中。
关键词：4G,LTE,OFDM,卫星通信,空中接口
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空中接口 第5篇
4月14日,全国信标委提交的ISO/IEC JTC1/SC31 N4193《Amendment to ISO/IEC 18000-4:Information technology--Radio frequency identification for item management Part 4:Parameters for air interface communications at 2,45GHz》《信息技术用于物品管理的射频识别第4部分:2.45 GHz空中接口通信参数补篇》国际标准提案顺利通过NP阶段投票。
本提案基于GB/T 28925-2012《信息技术射频识别2.45 GHz空中接口协议》国家标准的技术方案,具有我国自主知识产权,主要规定了工作在2.45 GHz频段的有源RFID系统中读写器与标签之间的空中接口通信协议及工作方法。作为物联网标准体系中基础类核心标准,本提案除包括有源RFID技术的标签存储容量大、通信距离远、安全强度高等特点外,首次将RFID技术与传感器技术相结合。RFID系统通过收集标签中的传感器数据,实现对被测物体的无线传感器监测和定位功能。
本提案内容将应用在集装箱管理、资产监控、人员监控、车辆及船舶识别等复杂的物联网应用环境中。目前,国内企业已经开发出符合本提案的标签和读写器等产品已经在中国长江三角洲和京杭运河船只的精准识别和电子自动通关等领域得到了广泛应用。