軍用4G概念移動通信關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展淺析

軍用4G概念移動通信關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展淺析摘要：民用3G技術(shù)目前已經(jīng)基本成熟但更為先進的4G通信技術(shù)在軍事領(lǐng)域已經(jīng)逐步的開始運用本文從民用3G通信技術(shù)入手,對民用3G通信技術(shù)和4G移動通信做了簡要的比較,并對軍用4G移動通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)、智能天線技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、多用戶檢瀏技術(shù)、IPv6技術(shù)等等關(guān)健技術(shù)做了分析,以期為我軍通信技術(shù)的發(fā)展提供一定的借鑒。民用第三代移動通信系統(tǒng)是新一代移動通信系統(tǒng),其具有很好的網(wǎng)絡(luò)兼容性,能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍內(nèi)多個不同系統(tǒng)間的漫游,不僅要為民用移動用戶提供話音及低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),而且要提供廣泛的多媒體業(yè)務(wù)。隨著民用3G技術(shù)的深人發(fā)展,能夠廣泛運用于軍事領(lǐng)域的4G通信技術(shù)也逐步成熟起來?？梢灶A測,在軍事領(lǐng)域4G通信技術(shù)將得到全面的運用與發(fā)展。1軍用4G概念通信技術(shù)應(yīng)當具備的主要特點分析隨著信息技術(shù)產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的深人發(fā)展,戰(zhàn)場信息傳輸與通信的容量、質(zhì)量要求日益提高,為了確保在信息通信的有效與穩(wěn)定,世界各國專業(yè)人士對能夠廣泛運用于軍事領(lǐng)域的4G概念移動通信系統(tǒng)應(yīng)當具備的主要功能提出①在不同戰(zhàn)區(qū)的戰(zhàn)場上,用戶可以在任何地點、任何時間以任何方式不受限地接人戰(zhàn)場通信網(wǎng)絡(luò)中②戰(zhàn)場上不同的移動用戶終端可以是所有軍種、兵種中任何類型用戶③在戰(zhàn)場上,不同任務(wù)、不同需求和不同身份的用戶可以自由地選擇業(yè)務(wù)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)④通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)戰(zhàn)場評估、戰(zhàn)場預測和作戰(zhàn)模擬等相關(guān)信息的傳輸⑤新開發(fā)的通信技術(shù)可以可以較為容易地被嵌人到建成的通信系統(tǒng)和相關(guān)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)中。2軍用4G概念通信系統(tǒng)應(yīng)當具備的主要技術(shù)標準根據(jù)對軍用4G通信技術(shù)基礎(chǔ)戰(zhàn)場任務(wù)的描述,未來的軍用4G通信系統(tǒng)應(yīng)具備以下的基本條件。覆蓋面廣。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)具有良好的覆蓋性能,其通信系統(tǒng)具有良好的覆蓋并能提供高速可變速率傳輸,對于不同作戰(zhàn)區(qū)域的戰(zhàn)場、防護工程、指揮控制中心等室內(nèi)環(huán)境,其也可以較好地實施信號搜蓋。智能化強。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)是高度智能化的網(wǎng)絡(luò),其通過采用智能技術(shù)可以將其構(gòu)建為一個的高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軍用通信系統(tǒng)。同時,采用智能信號處理技術(shù)對信道條件不同的各種復雜環(huán)境進行結(jié)合的正常發(fā)送與接收,有很強的智能性、適應(yīng)性和靈活性。無縫鏈接。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)要能夠?qū)崿F(xiàn)真正的戰(zhàn)場無縫信息鏈接。4G移動通信系統(tǒng)在民用領(lǐng)域要實現(xiàn)全球統(tǒng)一的標準,能使各類媒體、通信主機及網(wǎng)絡(luò)之間進行“無縫連接”,真正實現(xiàn)一部手機在全球的任何地點都能進行通信在軍用領(lǐng)域其無縫鏈接的要求則更加突出。傳輸率高。具有較很高的數(shù)據(jù)傳輸速率,在戰(zhàn)爭中對于作戰(zhàn)飛機、高速艦艇、巡航導彈等運用速度達到250km/h勸了以上的大范圍高速移動用戶,數(shù)據(jù)速率為2Mbit/s;對于主戰(zhàn)坦克、裝甲車輛、自行火炮、防空導彈、大中型艦艇等運動速度為60km/h的中速移動用,數(shù)據(jù)速率為20Mbit/s;對于戰(zhàn)場機器人、作戰(zhàn)人員等低速移動用戶,數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。3軍用4G概念通信技術(shù)開展的幾項主要關(guān)鍵技術(shù)3.1無線鏈路增強技術(shù)軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路增強技術(shù)可以提高容量和覆蓋的無線鏈路增強主要技術(shù)包括分集技術(shù),如通過空間分集、時間分集(信道編碼)、頻率分集和極化分集等方法來獲得最好的分集性能多天線技術(shù),如采用2或4天線來實現(xiàn)發(fā)射分集,或采用多輸人多輸出(MIMO)技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)射和接收分集。MIMO技術(shù)是指利用多發(fā)射、多接收天線進行空間分集的技術(shù),它采用的是分立式多天線,能夠有效的將戰(zhàn)場通信鏈路分解成為許多并行的子信道,從而大大提高容量。信息論已經(jīng)證明,當不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時,MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能,從而獲得巨大的容量。在功率帶寬受限的無線信道中,MIMO技術(shù)是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量、提高傳輸質(zhì)量的空間分集技術(shù)。3.2智能天線技術(shù)軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中智能天線采用了空時多址的技術(shù),利用信號在傳輸方向上的差別,將同頻率或同時隙、同碼道的信號進行區(qū)分,動態(tài)改變信號的覆蓋區(qū)域,將主波束對準關(guān)鍵的戰(zhàn)場用戶,旁瓣或零陷對準干擾信號方向,并能夠自動跟蹤用戶和監(jiān)測環(huán)境變化,為每個用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號從而達到抑制干擾、準確提取有效信號的目的。這種技術(shù)具有在戰(zhàn)場上較好的抑制信號干擾、自動跟蹤及數(shù)字波束等功能,被認為是未來軍事移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)階段,智能天線的工作方式主要有全自適應(yīng)方式和基于預多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可以達到最優(yōu),但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)量、計算量大、信道模型簡單、收斂速度較慢,在戰(zhàn)場上某些特定情況下,其甚至會暴露出錯誤收斂等缺點。實際信道條件下,當干擾較多、多徑嚴重,特別是信道快速時變時,很難對某一指定的戰(zhàn)場用戶進行實際跟蹤。在基于預多波束的切換波束工作方式下,全空域被一些預先計算好的波束分割覆蓋,各組權(quán)值對應(yīng)的波束有不同的主瓣指向,相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊,接收時的主要任務(wù)是挑選一個作為工作模式,與自適應(yīng)方式相比它顯然更容易實現(xiàn),是未來智能天線技術(shù)發(fā)展的方向。3.3正交頻分復用(OFDM)技術(shù)軍用4G通信技術(shù)是在民用第四代移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)研制出來的,其主要是以O(shè)FDM為核心技術(shù)。OFDM技術(shù)實際上是多載波調(diào)制的一種。其主要設(shè)計思想是將戰(zhàn)場通信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行傳輸,通信網(wǎng)絡(luò)中的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。在軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的過程中,OFDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注,是因為具有頻譜利用率高、抗衰落能力強、適合高速數(shù)據(jù)傳輸、抗碼間干擾(ISI)能力強等諸多獨特的優(yōu)點。(1)頻譜利用率高。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中的OFDM技術(shù)頻譜利用率高,其頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍,同時,信號的相鄰子載波相互重疊,其頻譜利用率可以接近Nyquist的極限,頻譜利用率高是通信技術(shù)的軍事通信領(lǐng)域能夠得到廣泛運用的基礎(chǔ)。(2)抗衰落能力強。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)具有較強的抗衰落能力,其能夠把不同的戰(zhàn)場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ODFM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。(3)適合高速數(shù)據(jù)傳輸。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中的ODFM技術(shù)更加適合高速數(shù)據(jù)傳輸,其自適應(yīng)調(diào)制機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。當信道條件好的時候,應(yīng)采用效率高的調(diào)制方式而當信道條件差的時候,則應(yīng)采用抗干擾能力強的調(diào)制方式。另外,ODFM技術(shù)加載算法的采用,使得軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)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行傳送,因此,ODFM技術(shù)非常適合戰(zhàn)場上進行高速數(shù)據(jù)傳輸。(4)抗碼間干擾能力強。軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中的ODFM技術(shù)具有較強的抗碼間干擾能力。所謂碼間干擾是數(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。在戰(zhàn)場上造成碼間干擾的原因有很多,實際上,只要傳輸信道的頻帶是有限的,就會造成一定的碼間干擾,而ODFM技術(shù)由于采用了循環(huán)前綴,故對抗碼間干擾的能力很強。3.4軟件無線電(SDR)技術(shù)在軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)中,若要實現(xiàn)“任何戰(zhàn)場用戶在任何戰(zhàn)區(qū)以任何形式接人網(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)之間進行轉(zhuǎn)換。這就意味著在軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)中,軟件將會變得非常復雜。為此,引人軟件無線電技術(shù)是一項較為有效的選擇。其核心就是構(gòu)造一個具有開放性、標準化、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,并使寬帶刀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)。在軍用通信網(wǎng)絡(luò)眾多關(guān)鍵技術(shù)中,軟件無線電技術(shù)是通向未來軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)橋梁。由于各種技術(shù)的交迭有利于減少開發(fā)風險,所以未來技術(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)風險,還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。3.5IPv6技術(shù)軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組方式傳送數(shù)據(jù)流,因此技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。IPv6協(xié)議具有巨大的地址空間,在一段可預見的時期內(nèi),它能夠為所有可以想像出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個全球惟一的地址IPv6協(xié)議可以實現(xiàn)自動控制,還有另一個基本特性就是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置方式,無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵IPv6協(xié)議移動性好,移動IPv6在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性,每個移動設(shè)備設(shè)有一個固定的地址,這個地址與設(shè)備當前接人網(wǎng)絡(luò)的位置無關(guān),移動設(shè)備每次改變位置都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對應(yīng)的通信節(jié)點。3.6多用戶檢測技術(shù)軍用4G通信網(wǎng)絡(luò)中系統(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)即同時把占用某個信道的所有用戶或部分用戶的信號都當作有用信號,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,對接收信號進行處理,從而達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行檢測,從而具有良好的