IMT-Advanced無線接口技術

現(xiàn)階段，新一代無線通信技術已是世界范圍內的研究熱點，其標準制定工作也在I-TU的率領下如火如荼地進行著，各國都積極地參與并提議，希望促進IMT-ADVanced全球標準化工作。新一代無線通信系統(tǒng)會在不久的將來給人類帶來全新優(yōu)質的通信，已成為大家的共識。下面我們從空中接口網(wǎng)絡結構、無線信號傳輸?shù)木幋a調制技術、多址技術、多天線技術、空中接口同步技術、無線鏈路自適應技術等方面介紹IMT-Advanced可能的技術發(fā)展趨勢。

一、空中接口網(wǎng)絡結構

新一代無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構將是一個以移動IP為核心，結合多種接入方式，支持全球漫游、QoS、隨時隨地接入并能在不同接入網(wǎng)間無縫漫游的無線異構網(wǎng)。該網(wǎng)絡還具備較強的后向兼容性、前向適應和可擴展性，接入網(wǎng)和核心網(wǎng)均能夠支持兼容的QoS，并且能夠合理配置資源，選擇最佳路由以及保證核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的安全性。

蜂窩結構的演進

傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)通過小區(qū)分裂來提高系統(tǒng)容量，但小區(qū)面積縮小所帶來的切換和小區(qū)間干擾會更加嚴重，從而需要提高信號冗余度。國家863FuTURE計劃提出了“廣義小區(qū)系統(tǒng)”的概念，其核心思想是將基站的處理單元與射頻單元獨立開來，將天線分布于小區(qū)內，并用光纖將它們與基站聯(lián)結在一起。

無線中繼網(wǎng)絡

IMT-Advanced移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率預計要達到100Mbit/s～1Gbit/s，至少是HS-DPA的10倍以上。對于這么高的數(shù)據(jù)率，現(xiàn)有的以基站為中心的蜂窩小區(qū)模式很難滿足要求。如果維持現(xiàn)有的蜂窩結構，只能分裂小區(qū)，減小小區(qū)的半徑。而這一方面導致運營商CAPEX、OPEX的上升，降低整個產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力；另一方面，在復用距離不變的情況下，縮小小區(qū)后每個小區(qū)可用的頻帶也會減少，所以實際上不能解決問題。用其他的一些方法可能在一定程度上解決這個問題，比如射頻拉遠、分布式天線等，但是網(wǎng)絡鋪設時受限制較多，難以靈活地適應覆蓋和數(shù)據(jù)率的變動。

二、無線信號傳輸?shù)木幋a技術

Turbo碼

Turbo碼已被確定為第三代移動通信的編碼方案，隨著Turbo碼編譯碼結構及譯碼算法的不斷優(yōu)化和改進，必定將在IMT-Advanced的系統(tǒng)設計中發(fā)揮重要作用。另外，它的出現(xiàn)給人們帶來了獲取無線信道容量道的啟示，如級聯(lián)的運用、交織器的運用、隨機編碼方式的引入。以降低重碼數(shù)量為主要目的而不是以提高碼的最小漢明距離為目的的編碼等，都有助于滿足新一代無線通信系統(tǒng)的編解碼需求。

LDPC碼

LDPC(LowDensityParityCheck，低密度校驗)碼，是Gallager最早于1962年提出的一種具有稀疏校驗矩陣的分組糾錯碼，亦稱Gallager碼。1999年，在Turbo碼研究獲得成功的啟示下，Mackay等人重新研究了LDPC碼，并發(fā)現(xiàn)它具有非常好的特點：逼近香農(nóng)限的性能，且描述和實現(xiàn)簡單，易于進行理論分析和研究，譯碼簡單且可實行并行操作，適合硬件實現(xiàn)。

Woven碼

Woven碼借助了“編織”的概念將多個卷積成員碼巧妙地結合起來，因此它不僅繼承了卷積碼的很多特性并具有了較大的自由距離，而且其系統(tǒng)結構可完全包容傳統(tǒng)分組碼、卷積碼以及各類Turbo碼。Woven碼是對以卷積碼為分量碼的串行級聯(lián)碼的擴展。

三、無線信號傳輸?shù)恼{制技術

OFDM

OFDM的主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調制到每個子信道上進行傳輸。正交信號通過接收端采用相關技術分開，可以在一定條件下減少子信道之間的相互干擾ICI(Inter-Carrier-Interference)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道可看作平衰落信道，從而消除了符號間干擾ISI(Inter-Symbol-Interference)。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。

SC/FDE

SC/FDE(Single Carrier/Frequency Domain EqualizatiON)是寬帶無線傳輸中一種很有效的對抗多徑效應的方法，但與常規(guī)技術相比，目前對它的研究尚較少。該系統(tǒng)在保持OFDM系統(tǒng)性能的同時避免了OFDM系統(tǒng)所存在的兩大不足。采用單載波頻域均衡技術(SC/FDE)是未來高速無線通信系統(tǒng)的一個極具競爭力的方案。

星座交疊

星座交疊即動態(tài)碼分復用DCDM(Dy-namicCode-DivisionMultiplexing)，其應用場合主要是針對多個信道條件差異很大的用戶而設計的。類似的方案在DVB規(guī)范中也被采用，稱為分級編碼調制。星座交疊是一種多分辨率的技術。根據(jù)廣播信息論，采用星座交疊的方式可以獲得比正交分割更大的系統(tǒng)總容量，因此在系統(tǒng)中引入星座交疊可以明顯提高整體頻譜效率。

四、多天線技術

MIMO的優(yōu)勢

MIMO技術最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落，得到大于單天線情況下的信道容量。目前，MIMO技術正在被開發(fā)應用到各種高速無線通信系統(tǒng)中，其中的空時編碼與智能天線技術已經(jīng)在第三代移動通信系統(tǒng)中得到了應用。另外，隨著新一代無線通信系統(tǒng)相關技術工作的進一步開展，“空間復用”、“多用戶MIMO”等更多的多天線實現(xiàn)方案也將得到廣泛的應用。

空時編碼

空時編碼(SpaceTimeCoding)是一種基于多天線陣發(fā)送技術的編碼方案，其主要思想是利用空間和時間上的編碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。

智能天線

目前在2G移動通信系統(tǒng)中采用的天線分為全向天線和定向天線兩種。全向天線應用于360°覆蓋的小區(qū)，定向天線應用于分扇區(qū)覆蓋的小區(qū)。這兩種天線覆蓋的區(qū)域形狀都是不變的，因此對于基站來說，給每一個移動用戶的下行信號是廣播式發(fā)送的，這樣會引起系統(tǒng)干擾，并降低系統(tǒng)容量。

鏈路自適應技術

鏈路自適應技術也是滿足新一代無線通信的高速傳輸速率要求以及支持多種業(yè)務不同QoS需求的一個重要手段。無線通信的業(yè)務量需求在不斷上升，而無線通信最本質的頻譜資源卻是有限的，因此合理的自適應技術，實現(xiàn)有限資源的最佳利用成為新一代移動通信系統(tǒng)設計的一項關鍵內容。該技術能使系統(tǒng)根據(jù)用戶和設備的狀態(tài)，優(yōu)化調整系統(tǒng)在各個維度上資源的分配，同時根據(jù)相應的信道狀態(tài)自適應地調整功率、編碼、調制等通信方式，實現(xiàn)資源的最佳利用。