智能移动通信技术3

智能通信是通信的终极目标。智能移动通信技术也将是移动通信领域学科与应用的研发方向。本讲座以此为题，已分两期连续介绍了智能移动通信技术的发展及智能天线、智能传输、智能接收，本期将继续介绍智能通信协议与网络技术。

５ 智能化通信协议

     无线通信系统中，通信链路的传输质量在很大程度上受限于无线信道的传输特性——传播距离造成的信号衰减、阴影衰落和瑞利衰落。另外，无线多媒体业务是下一代移动通信的主要业务，突发数据业务的存在会造成传输速率的大范围变化，这也会引起通信链路传输质量大的变化。采用链路自适应协议，即智能化通信链路协议有助于克服这些影响，提高通信链路的传输质量。

    智能化通信协议涉及诸多方面，从目前研究成果看，智能化协议内容包括自适应编码和调制、链路自适应技术、通信模式转换、智能化无线资源管理等。

传统的自适应调整速率方法是基于接收信噪比测量的，这就需要接收端进行信噪比测量，并将测量值反馈到发射端，在信噪比快速变化的环境中，环路延时等因素的存在，会使这种方法的性能受到很大的影响。此外，在开始发送信息时，由于发射端对信道的条件一无所知，有可能出现选择不恰当的信息编码、调制速率等问题。这些问题都是传统的自适应调整速率技术所面临的问题。一种通过增加冗余度、自适应调整信道传输速率的方法，是用来解决在不同信噪比条件下、保证无线信道中要求的信息传输速率能可靠实现的方法，这种方法能使无线信道衰落造成的影响降到最低，可以解决传统的将前向纠错码（ＦＥＣ）和自动重发请求（ＡＲＱ）相结合的方法所带来的一些问题。

    这种方法首先是将通信链路的传输质量按照信噪比或者其它的准则划分为若干类，针对不同的条件，制定相应的帧速率、帧格式等通信协议。它包括如下步骤：将数据块加上一个帧校验序列，对此数据流进行编码，把编码后的数据块分为若干个子块。每个子块中包括数据和校验两部分内容，校验序列就是冗余的信息，发送链路控制单元将数据块送往接收端。发送链路控制单元首先发送子块中的数据部分，如果数据部分解码失败就发送子块的奇偶校验部分。在发送过程中，发送链路控制单元不能丢弃未被接收端确认为正确接收的子块中的数据，因此，发送链路控制单元需要保留一个关于未被接收端确认为正确接收的子块的信息表，由这个信息表，发送链路控制单元可以知道当前需要发送数据还是发送冗余的信息。在接收端的接收链路控制单元中也有与发送端相对应的信息表，可以对发送端的信息起补充作用。它将接收到的子块的信息存储起来直到这些子块被进一步处理，恢复出所需要的信息。

    基于增加冗余度的自适应通信链路控制方法主要是根据不同的信道条件给所要传送的信息数据后面加上一定的冗余来达到不同传输速率的目的，在无线信道变差和解调失败的情况下，可以通过增加发送信息的冗余度来提高通信链路传输质量。这是一个需要接收和发送双方都认可的一个协议，在接收方和发送方建立起关于发送数据的相关信息，通过反馈的信息来修改相关信息，从而调整发送的信号。

    文献２在研究了常规的链路自适应技术基础上，提出了一种用于下一代ＧＳＭ系统的链路自适应技术，称为Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏ-ｌｕｔｉｏｎ（ＥＤＧＥ）。ＥＤＧＥ的目标是使ＧＳＭ的数据速率提高到３８４ｋｂｉｔ／ｓ，并能用于频率重复利用因子为３的蜂窝系统中，这时，来自其它小区的干扰很强，而且接收信噪比的值在０到３５ｄＢ的大范围内变动，没有一种固定的纠错编码方式能够适应这种情况。ＥＤＧＥ的解决方法就是考虑预先定义６种编码和调制方式（ＰＣＳ１～ＰＣＳ６，ＰＣＳ６稳定性最差，ＰＣＳ１最强）。每一种针对一个信噪比的范围，根据当前的信噪比值选择一种合适的编码和调制方式。此方法用无线链路协议取代原来的模式转换技术，置于物理层和网络层之间，实现智能化协议通信。

    中国科学技术大学在所完成国家“８６３”高技术计划通信主题的“宽带无线多媒体通信技术”课题中，提出了实现最大通信流量的用户接入监控方法，此方法也属于智能化通信协议的内容。新一代移动通信业务有许多新的特点：业务种类不同，各种业务要求的误码率不同，传输速率不同，对实时性要求不同。通常，语音业务的速率较低，但要求实时传输；而数据业务的速率较高，但对时延不敏感，因此，数据业务的传输速率可以根据当前系统的资源情况进行调整。在保证语音业务实时传输的前提下，当用户少时，数据业务可以采用较大速率进行传输；而用户多时，则将数据业务的传输速率降下来，这样，既可以保证语音业务的实时性，又可以充分利用信道资源，较好地实现多媒体通信系统的要求。其最大通信流量的用户接入监控方法的状态转移图。

    我们对上述算法进行了计算机模拟。模拟中，假设蜂窝内有一个基站（ＢＳ） ，Ｎ个移动台（ＭＳ），整个系统时刻处于一种动态的平衡状态，即每个ＭＳ能在要求的误码率和传输速率下以最小的功率在分配的信道中传输，信道带宽为５ＭＨｚ，移动台在小区内均匀分布。为方便分析，我们仅考虑均值为０ｄＢ，方差为６ｄＢ的对数正态分布衰落。用户的接入服从泊松分布，占用信道的时间在ＭＡＸ内均匀分布。

６ 智能网络技术

    智能移动通信的网络技术应该充分利用现有的智能网络的所有功能，并把它们体现在移动通信网络的智能化能力上，这是移动通信智能网络技术最主要的研究内容之一。网络的智能接入技术是移动通信智能网络技术中的又一重要研究内容。新一代的移动通信系统必须是智能化的、可以灵活接入不同有线网络的系统，是能够灵活接入其他无线通信系统（比如卫星通信系统）的系统。移动通信智能网络技术的最新研究发展是能动性无线网络（Ａｃｔｉｖｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）。它起源于可编程智能网络（Ａｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｎｅｔ-ｗｏｒｋ），最早出现在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ可编程技术的研究中，其目的是在因特网上增加新业务和新特性时，能继续保证它的有效性和安全性。如何才能把可编程智能网络技术应用到无线网络中，从网络技术讲，是最有经济效益和最有挑战性的研究。目前，无线移动通信是使用相对较低的带宽、间歇式的数据包联结和高的差错率；有线网络则相反，有相当高的带宽、稳定的联结和极低的差错率。如果无线移动网络的要求是相对固定的，那它们之间的接口和协议是固定的。新一代移动通信系统要传送多媒体业务，无线通信方面已经有多种智能化技术来适应这些不同速率、不同质量、不同允许时延的要求，但要能有效接入因特网或其他网络，有一个面对无线移动通信与有线网络的有效接口问题。能动性无线网络将提供在网络无线接入节点的可编程能力，根据要服务的用户业务和协议，对接入节点进行现场编程和初始化，形成智能化接入节点，实现高效率。

    目前对网络智能节点的研究，主要集中在用户对传输协议的可控制、可编程能力；用户对发送协议的可预制、可修订能力；智能化信包（Ｓｍａｒｔ Ｐａｃｋｅｔ）的处理能力上。现有的网络节点的传输协议，包括信包格式，是预先固定好的，在整个通信和运行过程中不能更改。而网络智能节点使用的通信协议，能够根据用户的要求和预制来更改，适应用户的不同业务的不同需求。智能化信包就是一种能由用户的协议来预制和现场固定特殊应用协议的帧格式的网络智能节点实现方法，采用对源端速率的控制，在应用层设置标志，扩充无用信包，减少对带宽的需求办法，能有效实现对流量的拥塞控制。Ｋａｎｓａｓ大学的Ａ．Ｋｕｌｋａｒｎｉ和Ｇ．Ｍｉｎｄｅｎ的研究表明，ＭＰＥＧ图像数据无线接入Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ网络的时候，使用通常的ＴＣＰ／ＩＰ协议，其有效传输效率为５７％；而使用智能化信包处理方法，有效传输效率达到６８％，提高了１１％。

７ 结束语

    智能移动通信技术是新兴的技术，在此方面的研究还处于开始阶段，有许多方面需要进行深入的研究。其中，智能检测、智能接收技

术有望在近期进入应用阶段，而其它技术离实际应用还有很大一段距离。智能移动通信技术中，除上面提到的内容和研究成果外，还有智能网络管理技术。智能网络管理主要是网络接口的智能化、蜂窝动态规划和智能网管技术。

    智能化的网络接口可以根据接入需要，灵活进行协议转换，准确接入适当的网络。研究蜂窝动态规划和智能网管系统的目的是建成有自律、自组织能力的智能移动通信系统网络的重要内容，有待进一步的努力研究。

１ Ｐ Ｓｃｈｒａｍ，ｅｔ ａｌ．Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＥＤＧＥ，Ａ Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ ｉｎ Ｅｘｉｓｔ-ｉｎｇ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙａｔｅｍｓ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ＇９８，Ｍａｙ １９９８

２ Ｒ Ｖ Ｎｏｂｅｌｅｎ，Ｎ Ｓｅｓｈａｄｒｉ，Ｊ Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ ，Ｓ Ｔｉｍｉｒｉ．Ａｎ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｗｉｔｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ-ｔｉｏｎｓ，１９９９；６（１）

３ 朱近康，陈军．走向智能化的第三代移动通信系统．世界电信?熏１９９９；１２（１）：１１～１３

４ 朱近康． 扩展频谱通信及其应用．合肥：中国科学技术大学出版社，１９９３

５ 朱近康．个人通信．北京：人民邮电出版社，１９９５

（收稿日期：２０００－０４－２２）