IMT-Advanced无线接口技术的研究
时间：02-05
来源：dzsc
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现阶段，新一代无线通信技术已是世界范围内的研究热点，其标准制定工作也在I-TU的率领下如火如荼地进行着，各国都积极地参与并提议，希望促进IMT-ADVanced全球标准化工作。新一代无线通信系统会在不久的将来给人类带来全新优质的通信，已成为大家的共识。下面我们从空中接口网络结构、无线信号传输的编码调制技术、多址技术、多天线技术、空中接口同步技术、无线链路自适应技术等方面介绍IMT-Advanced可能的技术发展趋势。
一、空中接口网络结构
新一代无线通信系统的网络结构将是一个以移动IP为核心，结合多种接入方式，支持全球漫游、QoS、随时随地接入并能在不同接入网间无缝漫游的无线异构网。该网络还具备较强的后向兼容性、前向适应和可扩展性，接入网和核心网均能够支持兼容的QoS，并且能够合理配置资源，选择最佳路由以及保证核心网和接入网的安全性。
蜂窝结构的演进
传统蜂窝系统通过小区分裂来提高系统容量，但小区面积缩小所带来的切换和小区间干扰会更加严重，从而需要提高信号冗余度。国家863FuTURE计划提出了“广义小区系统”的概念，其核心思想是将基站的处理单元与射频单元独立开来，将天线分布于小区内，并用光纤将它们与基站联结在一起。
无线中继网络
IMT-Advanced移动通信系统数据传输速率预计要达到100Mbit/s～1Gbit/s，至少是HS-DPA的10倍以上。对于这么高的数据率，现有的以基站为中心的蜂窝小区模式很难满足要求。如果维持现有的蜂窝结构，只能分裂小区，减小小区的半径。而这一方面导致运营商CAPEX、OPEX的上升，降低整个产业链的竞争力；另一方面，在复用距离不变的情况下，缩小小区后每个小区可用的频带也会减少，所以实际上不能解决问题。用其他的一些方法可能在一定程度上解决这个问题，比如射频拉远、分布式天线等，但是网络铺设时受限制较多，难以灵活地适应覆盖和数据率的变动。
二、无线信号传输的编码技术
Turbo码
Turbo码已被确定为第三代移动通信的编码方案，随着Turbo码编译码结构及译码算法的不断优化和改进，必定将在IMT-Advanced的系统设计中发挥重要作用。另外，它的出现给人们带来了获取无线信道容量道的启示，如级联的运用、交织器的运用、随机编码方式的引入。以降低重码数量为主要目的而不是以提高码的最小汉明距离为目的的编码等，都有助于满足新一代无线通信系统的编解码需求。
LDPC码
LDPC(LowDensityParityCheck，低密度校验)码，是Gallager最早于1962年提出的一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码，亦称Gallager码。1999年，在Turbo码研究获得成功的启示下，Mackay等人重新研究了LDPC码，并发现它具有非常好的特点：逼近香农限的性能，且描述和实现简单，易于进行理论分析和研究，译码简单且可实行并行操作，适合硬件实现。
Woven码
Woven码借助了“编织”的概念将多个卷积成员码巧妙地结合起来，因此它不仅继承了卷积码的很多特性并具有了较大的自由距离，而且其系统结构可完全包容传统分组码、卷积码以及各类Turbo码。Woven码是对以卷积码为分量码的串行级联码的扩展。
三、无线信号传输的调制技术
OFDM
OFDM的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号通过接收端采用相关技术分开，可以在一定条件下减少子信道之间的相互干扰ICI(Inter-Carrier-Interference)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可看作平衰落信道，从而消除了符号间干扰ISI(Inter-Symbol-Interference)。由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
SC/FDE
SC/FDE(Single Carrier/Frequency Domain EqualizatiON)是宽带无线传输中一种很有效的对抗多径效应的方法，但与常规技术相比，目前对它的研究尚较少。该系统在保持OFDM系统性能的同时避免了OFDM系统所存在的两大不足。采用单载波频域均衡技术(SC/FDE)是未来高速无线通信系统的一个极具竞争力的方案。
星座交叠
星座交叠即动态码分复用DCDM(Dy-namicCode-DivisionMultiplexing)，其应用场合主要是针对多个信道条件差异很大的用户而设计的。类似的方案在DVB规范中也被采用，称为分级编码调制。星座交叠是一种多分辨率的技术。根据广播信息论，采用星座交叠的方式可以获得比正交分割更大的系统总容量，因此在系统中引入星座交叠可以明显提高整体频谱效率。
四、多天线技术
MIMO的优势
MIMO技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落，得到大于单天线情况下的信道容量。目前，MIMO技术正在被开发应用到各种高速无线通信系统中，其中的空时编码与智能天线技术已经在第三代移动通信系统中得到了应用。另外，随着新一代无线通信系统相关技术工作的进一步开展，“空间复用”、“多用户MIMO”等更多的多天线实现方案也将得到广泛的应用。
空时编码
空时编码(SpaceTimeCoding)是一种基于多天线阵发送技术的编码方案，其主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
智能天线
目前在2G移动通信系统中采用的天线分为全向天线和定向天线两种。全向天线应用于360°覆盖的小区，定向天线应用于分扇区覆盖的小区。这两种天线覆盖的区域形状都是不变的，因此对于基站来说，给每一个移动用户的下行信号是广播式发送的，这样会引起系统干扰，并降低系统容量。
链路自适应技术
链路自适应技术也是满足新一代无线通信的高速传输速率要求以及支持多种业务不同QoS需求的一个重要手段。无线通信的业务量需求在不断上升，而无线通信最本质的频谱资源却是有限的，因此合理的自适应技术，实现有限资源的最佳利用成为新一代移动通信系统设计的一项关键内容。该技术能使系统根据用户和设备的状态，优化调整系统在各个维度上资源的分配，同时根据相应的信道状态自适应地调整功率、编码、调制等通信方式，实现资源的最佳利用。
一、空中接口网络结构
新一代无线通信系统的网络结构将是一个以移动IP为核心，结合多种接入方式，支持全球漫游、QoS、随时随地接入并能在不同接入网间无缝漫游的无线异构网。该网络还具备较强的后向兼容性、前向适应和可扩展性，接入网和核心网均能够支持兼容的QoS，并且能够合理配置资源，选择最佳路由以及保证核心网和接入网的安全性。
蜂窝结构的演进
传统蜂窝系统通过小区分裂来提高系统容量，但小区面积缩小所带来的切换和小区间干扰会更加严重，从而需要提高信号冗余度。国家863FuTURE计划提出了“广义小区系统”的概念，其核心思想是将基站的处理单元与射频单元独立开来，将天线分布于小区内，并用光纤将它们与基站联结在一起。
无线中继网络
IMT-Advanced移动通信系统数据传输速率预计要达到100Mbit/s～1Gbit/s，至少是HS-DPA的10倍以上。对于这么高的数据率，现有的以基站为中心的蜂窝小区模式很难满足要求。如果维持现有的蜂窝结构，只能分裂小区，减小小区的半径。而这一方面导致运营商CAPEX、OPEX的上升，降低整个产业链的竞争力；另一方面，在复用距离不变的情况下，缩小小区后每个小区可用的频带也会减少，所以实际上不能解决问题。用其他的一些方法可能在一定程度上解决这个问题，比如射频拉远、分布式天线等，但是网络铺设时受限制较多，难以灵活地适应覆盖和数据率的变动。
二、无线信号传输的编码技术
Turbo码
Turbo码已被确定为第三代移动通信的编码方案，随着Turbo码编译码结构及译码算法的不断优化和改进，必定将在IMT-Advanced的系统设计中发挥重要作用。另外，它的出现给人们带来了获取无线信道容量道的启示，如级联的运用、交织器的运用、随机编码方式的引入。以降低重码数量为主要目的而不是以提高码的最小汉明距离为目的的编码等，都有助于满足新一代无线通信系统的编解码需求。
LDPC码
LDPC(LowDensityParityCheck，低密度校验)码，是Gallager最早于1962年提出的一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码，亦称Gallager码。1999年，在Turbo码研究获得成功的启示下，Mackay等人重新研究了LDPC码，并发现它具有非常好的特点：逼近香农限的性能，且描述和实现简单，易于进行理论分析和研究，译码简单且可实行并行操作，适合硬件实现。
Woven码
Woven码借助了“编织”的概念将多个卷积成员码巧妙地结合起来，因此它不仅继承了卷积码的很多特性并具有了较大的自由距离，而且其系统结构可完全包容传统分组码、卷积码以及各类Turbo码。Woven码是对以卷积码为分量码的串行级联码的扩展。
三、无线信号传输的调制技术
OFDM
OFDM的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号通过接收端采用相关技术分开，可以在一定条件下减少子信道之间的相互干扰ICI(Inter-Carrier-Interference)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可看作平衰落信道，从而消除了符号间干扰ISI(Inter-Symbol-Interference)。由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
SC/FDE
SC/FDE(Single Carrier/Frequency Domain EqualizatiON)是宽带无线传输中一种很有效的对抗多径效应的方法，但与常规技术相比，目前对它的研究尚较少。该系统在保持OFDM系统性能的同时避免了OFDM系统所存在的两大不足。采用单载波频域均衡技术(SC/FDE)是未来高速无线通信系统的一个极具竞争力的方案。
星座交叠
星座交叠即动态码分复用DCDM(Dy-namicCode-DivisionMultiplexing)，其应用场合主要是针对多个信道条件差异很大的用户而设计的。类似的方案在DVB规范中也被采用，称为分级编码调制。星座交叠是一种多分辨率的技术。根据广播信息论，采用星座交叠的方式可以获得比正交分割更大的系统总容量，因此在系统中引入星座交叠可以明显提高整体频谱效率。
四、多天线技术
MIMO的优势
MIMO技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落，得到大于单天线情况下的信道容量。目前，MIMO技术正在被开发应用到各种高速无线通信系统中，其中的空时编码与智能天线技术已经在第三代移动通信系统中得到了应用。另外，随着新一代无线通信系统相关技术工作的进一步开展，“空间复用”、“多用户MIMO”等更多的多天线实现方案也将得到广泛的应用。
空时编码
空时编码(SpaceTimeCoding)是一种基于多天线阵发送技术的编码方案，其主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。
智能天线
目前在2G移动通信系统中采用的天线分为全向天线和定向天线两种。全向天线应用于360°覆盖的小区，定向天线应用于分扇区覆盖的小区。这两种天线覆盖的区域形状都是不变的，因此对于基站来说，给每一个移动用户的下行信号是广播式发送的，这样会引起系统干扰，并降低系统容量。
链路自适应技术
链路自适应技术也是满足新一代无线通信的高速传输速率要求以及支持多种业务不同QoS需求的一个重要手段。无线通信的业务量需求在不断上升，而无线通信最本质的频谱资源却是有限的，因此合理的自适应技术，实现有限资源的最佳利用成为新一代移动通信系统设计的一项关键内容。该技术能使系统根据用户和设备的状态，优化调整系统在各个维度上资源的分配，同时根据相应的信道状态自适应地调整功率、编码、调制等通信方式，实现资源的最佳利用。