IMT-Advanced無(wú)線接口技術(shù)

現(xiàn)階段，新一代無(wú)線通信技術(shù)已是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)制定工作也在I-TU的率領(lǐng)下如火如荼地進(jìn)行著，各國(guó)都積極地參與并提議，希望促進(jìn)IMT-ADVanced全球標(biāo)準(zhǔn)化工作。新一代無(wú)線通信系統(tǒng)會(huì)在不久的將來(lái)給人類帶來(lái)全新優(yōu)質(zhì)的通信，已成為大家的共識(shí)。下面我們從空中接口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)木幋a調(diào)制技術(shù)、多址技術(shù)、多天線技術(shù)、空中接口同步技術(shù)、無(wú)線鏈路自適應(yīng)技術(shù)等方面介紹IMT-Advanced可能的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

一、空中接口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將是一個(gè)以移動(dòng)IP為核心，結(jié)合多種接入方式，支持全球漫游、QoS、隨時(shí)隨地接入并能在不同接入網(wǎng)間無(wú)縫漫游的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)還具備較強(qiáng)的后向兼容性、前向適應(yīng)和可擴(kuò)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(jié)構(gòu)的演進(jìn)

傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)通過(guò)小區(qū)分裂來(lái)提高系統(tǒng)容量，但小區(qū)面積縮小所帶來(lái)的切換和小區(qū)間干擾會(huì)更加嚴(yán)重，從而需要提高信號(hào)冗余度。國(guó)家863FuTURE計(jì)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(dú)立開(kāi)來(lái)，將天線分布于小區(qū)內(nèi)，并用光纖將它們與基站聯(lián)結(jié)在一起。

無(wú)線中繼網(wǎng)絡(luò)

IMT-Advanced移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率預(yù)計(jì)要達(dá)到100Mbit/s～1Gbit/s，至少是HS-DPA的10倍以上。對(duì)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(jié)構(gòu)，只能分裂小區(qū)，減小小區(qū)的半徑。而這一方面導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商CAPEX、OPEX的上升，降低整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面，在復(fù)用距離不變的情況下，縮小小區(qū)后每個(gè)小區(qū)可用的頻帶也會(huì)減少，所以實(shí)際上不能解決問(wèn)題。用其他的一些方法可能在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，比如射頻拉遠(yuǎn)、分布式天線等，但是網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)時(shí)受限制較多，難以靈活地適應(yīng)覆蓋和數(shù)據(jù)率的變動(dòng)。

二、無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)木幋a技術(shù)

Turbo碼

Turbo碼已被確定為第三代移動(dòng)通信的編碼方案，隨著Turbo碼編譯碼結(jié)構(gòu)及譯碼算法的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，必定將在IMT-Advanced的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。另外，它的出現(xiàn)給人們帶來(lái)了獲取無(wú)線信道容量道的啟示，如級(jí)聯(lián)的運(yùn)用、交織器的運(yùn)用、隨機(jī)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(wú)線通信系統(tǒng)的編解碼需求。

LDPC碼

LDPC(LowDensityParityCheck，低密度校驗(yàn))碼，是Gallager最早于1962年提出的一種具有稀疏校驗(yàn)矩陣的分組糾錯(cuò)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(diǎn)：逼近香農(nóng)限的性能，且描述和實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行理論分析和研究，譯碼簡(jiǎn)單且可實(shí)行并行操作，適合硬件實(shí)現(xiàn)。

Woven碼

Woven碼借助了“編織”的概念將多個(gè)卷積成員碼巧妙地結(jié)合起來(lái)，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(jié)構(gòu)可完全包容傳統(tǒng)分組碼、卷積碼以及各類Turbo碼。Woven碼是對(duì)以卷積碼為分量碼的串行級(jí)聯(lián)碼的擴(kuò)展。

三、無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)恼{(diào)制技術(shù)

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(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)通過(guò)接收端采用相關(guān)技術(shù)分開(kāi)，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(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道可看作平衰落信道，從而消除了符號(hào)間干擾ISI(Inter-Symbol-Interference)。由于每個(gè)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(duì)容易。

SC/FDE

SC/FDE(Single Carrier/Frequency Domain EqualizatiON)是寬帶無(wú)線傳輸中一種很有效的對(duì)抗多徑效應(yīng)的方法，但與常規(guī)技術(shù)相比，目前對(duì)它的研究尚較少。該系統(tǒng)在保持OFDM系統(tǒng)性能的同時(shí)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(shù)(SC/FDE)是未來(lái)高速無(wú)線通信系統(tǒng)的一個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的方案。

星座交疊

星座交疊即動(dòng)態(tài)碼分復(fù)用DCDM(Dy-namicCode-DivisionMultiplexing)，其應(yīng)用場(chǎng)合主要是針對(duì)多個(gè)信道條件差異很大的用戶而設(shè)計(jì)的。類似的方案在DVB規(guī)范中也被采用，稱為分級(jí)編碼調(diào)制。星座交疊是一種多分辨率的技術(shù)。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?cè)萘?，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(shù)

MIMO的優(yōu)勢(shì)

MIMO技術(shù)最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天線來(lái)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(shù)正在被開(kāi)發(fā)應(yīng)用到各種高速無(wú)線通信系統(tǒng)中，其中的空時(shí)編碼與智能天線技術(shù)已經(jīng)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。另外，隨著新一代無(wú)線通信系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)工作的進(jìn)一步開(kāi)展，“空間復(fù)用”、“多用戶MIMO”等更多的多天線實(shí)現(xiàn)方案也將得到廣泛的應(yīng)用。

空時(shí)編碼

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

智能天線

目前在2G移動(dòng)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(yīng)用于360°覆蓋的小區(qū)，定向天線應(yīng)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(duì)于基站來(lái)說(shuō)，給每一個(gè)移動(dòng)用戶的下行信號(hào)是廣播式發(fā)送的，這樣會(huì)引起系統(tǒng)干擾，并降低系統(tǒng)容量。

鏈路自適應(yīng)技術(shù)

鏈路自適應(yīng)技術(shù)也是滿足新一代無(wú)線通信的高速傳輸速率要求以及支持多種業(yè)務(wù)不同QoS需求的一個(gè)重要手段。無(wú)線通信的業(yè)務(wù)量需求在不斷上升，而無(wú)線通信最本質(zhì)的頻譜資源卻是有限的，因此合理的自適應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有限資源的最佳利用成為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。該技術(shù)能使系統(tǒng)根據(jù)用戶和設(shè)備的狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)在各個(gè)維度上資源的分配，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的信道狀態(tài)自適應(yīng)地調(diào)整功率、編碼、調(diào)制等通信方式，實(shí)現(xiàn)資源的最佳利用。