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B3G无线通信技术的发展趋势

时间:08-22 来源:C114(中国通信网) 点击:


2.2物理层的发展趋势

2.2.1多址技术的发展趋势

WiMAX和E3G技术的研究已经体现出明显的"多址技术正交化"的趋势。众所周知,CDMA技术更适合在低信噪比区域提高功率效率,而OFDMA技术则更适合在高信噪比区域提高频谱效率。以WiMAX、LTE、UMB为代表的E3G技术由于从话音业务(功率效率更重要)为主转向侧重数据业务(频谱效率更重要),因此用OFDMA技术替代了CDMA技术。但这并不意味着OFDMA适合解决所有移动通信中的问题。实际上,在一个蜂窝移动通信系统中,频谱受限和功率/干扰受限的场景都存在。例如在小区中心,信干比较高,功率充足的情况下,应注重提高频谱效率,以实现更大的系统容量;但在小区边缘,相邻小区干扰比较严重的情况下,系统功率受限,应注重提高功率效率,以提高小区边缘的数据率。

因此,除了采用某些补充性的小区间干扰消除技术外,可以将OFDMA和CDMA技术有机结合,灵活切换,以便在不同的场景下扬长避短,灵活提高系统的频谱效率和功率效率,取得均衡的系统性能。

由于OFDM在频域传输的特性,造成OFDM发射机的峰值平均功率比(PAPR)较高,需要大线性范围的功放,且耗电较高,从而对移动终端在上行的应用造成了很多限制。为了解决这个问题,除了可以在OFDMA基础上采用削波、预留子载波等方法外,也可以采用线性预处理的方法。LTE上行目前采用的DFT-S-OFDM就是在OFDM的反快速傅立叶变换(IFFT)操作前增加了一个离散傅立叶变换(DFT),将OFDM的频域信号恢复到时域,从而降低PAPR。

在OFDMA基础上进一步提高系统容量也是一个改进的方向。主要的思路是在OFDM的基础上再叠加非正交的多址技术,使多个用户可以共享相同的时频资源。其中一个例子是利用多天线技术实现空分多址(SDMA)。

2.2.2MIMO技术的发展趋势

MIMO技术作为宽带移动通信的另一项关键技术,也已经被E3G系统广泛采用,但随着人们对各种MIMO技术的研究逐渐深入,正在不断完善对这一技术的设计和使用。

当前正在研究的MIMO技术广泛使用了"闭环技术",如闭环预编码(precoding)技术和波束赋形(beamforming)技术等。这类技术可以利用接收端反馈的MIMO信道的先验信息,通过预编码矩阵调制MIMO的发射信号,以灵活地根据信道条件调整并行流的数量,并将能量集中在特定的"方向",以获得最佳的MIMO传输效果。在FDD系统中,信道的先验信息可以通过对MIMO信道的测量获得,并通过反馈信道传递给发送端。为了降低反馈开销,通常采用码本(codebook)的方式进行反馈。在TDD系统中,由于上下行信道具有对称性,可以通过上行信道测量获得下行预编码所需的MIMO信道信息,即通过非码本(non-codebook)的方式实现闭环反馈。

波束赋形由于天线间距小,可以更好地利用天线之间的相关性,集中能量,获得赋形增益,实现很好的覆盖。因此闭环预编码技术更适合在微小区和室内覆盖场景下获得更高的数据率。而波束赋形在覆盖方面的优势在室外宏小区环境下显得更为重要。

但在某些情况下,信道信息是很难先验获得的。例如对于高速移动的终端,信道信息的反馈频率跟不上信道的变化。对于公共信道和广播信道,通常只能采用全向发射,也无法采用闭环预编码或波束赋形技术进行传输。因此必须采用不依赖闭环反馈的开环MIMO技术。其中,公共和广播信道主要注重传输的链路质量,但对频谱效率要求不高,可以采用开环发射分集技术,充分利用多天线之间的分集增益。

2.2.3编码技术的发展趋势

在信道编码方面,对LDPC码的使用始终让业界犹豫不决,主要原因是LDPC码的性能并没有比Turbo码提高很多。这种情况下很难让人们下决心替换熟悉的、成熟的、经过实践检验的Turbo码。但B3G的新需求给了大家再次考虑采用LDPC码的机会。由于B3G系统的带宽将大幅提高,数据块的尺寸越来越大,LDPC码在处理大码块方面的优势将变得愈发明显。因此可以考虑将LDPC码和Turbo码配合使用,在宽带传输方面提高系统性能。

2.2.4小区间干扰抑制技术

小区边缘和小区中心的性能差异,在B3G系统中仍将是重大的难题。由于多天线技术的使用可以提高小区中心的数据率,却很难提高小区边缘的性能。小区边缘由于信干比较低,很难支持多流传输。因此随着系统采用的天线数量的增多,小区中心的性能可能不断提高,但小区边缘的性能却很难提高,在小区中心可以使用的高阶调制方式也很难在小区边缘使用,造成小区中心和小区边缘的性能差异越来越大。因此在未来的B3G系统设计中,抑制小区间干扰技术对系统整体性能的提升将起到更关键的作用,也将面临更大的挑战。

更好的小区间干扰抑制效果可以通过更有效的干扰协调和干扰消除技术取得,也可以通过CDMA和OFDMA的结合取得,即利用CDMA的小区间多址能力,使用联合检测消除小区间干扰。

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