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第1章移动通信概述12:00:2612:00:26第3章关键技术语音编解码技术调制与解调技术扩频通信分集接收技术链路自适应技术OFDM技术软件无线电技术智能天线MIMO技术联合检测认知无线电技术（RC）第1章移动通信概述12:00:2712:00:27链路自适应技术5链路自适应技术概述及关键技术链路自适应技术的应用与发展第1章移动通信概述12:00:2712:00:27链路自适应（LA：LinkAdaptation）技术动态地跟踪信道变化，根据信道情况确定当前信道的容量，进而改变传输信息的符号速率、发送功率、编码速率和编码方式、调制的星座图尺寸和调制方式等参数，因此可以最大限度地发送信息，实现更低的误码率，并减轻对其他用户的干扰，满足不同业务的需求，提高系统的整体吞吐量。链路自适应技术5第1章移动通信概述12:00:2712:00:27传播环境和信道特性两个主要特点：慢时变性与传播环境的差异性。1.慢时变性移动信道的慢时变特性可分为两个层次，一个是慢阴影衰落，另一个是慢平坦衰落。(1)慢阴影衰落关于慢衰落可以有不同的定义和理解，传统的理解比如以一天为基准，或以一月/一年为基准，但是此处的慢是指电波在传播过程中受到大型建筑物和相应障碍物阻挡造成的“阴影”效应而引起的衰落现象，称为慢阴影衰落。慢阴影衰落的统计特性服从对数正态分布模型。自适应传输的必要性链路自适应技术5第1章移动通信概述12:00:2812:00:28(2)慢平坦衰落这类信道形成机理与慢衰落信道不一样，它主要是指，由于传播中的多径，亦即由于收、发天线的角度扩散，引入多径传输形成的空间选择性衰落，然而在时、频域上是平坦的，特别是在时域上是慢变化的。若多径传播模型中无直达路径，则在接收端收到的信号衰落幅度的服从Rayleigh分布；若多径传播模型中，存在一个主要直达路径，则信号衰落幅度遵从Rician分布。链路自适应技术5第1章移动通信概述12:00:2812:00:282.传播环境的差异性上行(反向)链路的“远近”效应，在上行链路中，由于小区内用户的随机移动，使各用户的移动台与基站间的距离不相同，若小区内各用户发射功率相同，则到达基站后信号强度不一样，离基站近的用户比离基站远的用户信号强，这样在基站接收端将会产生以强压弱的现象，同时由于通信系统中的非线性将进一步加强这一过程，这就是所谓的“远近”效应。下行(前向)链路的“角”效应，在下行链路中，当用户移动台位于小区边缘交界处，它接收到所属基站的信号比较弱，但同时还会受到邻近小区基站信号的较强干扰，特别是在六角形拐角边缘地区尤为严重，故称它为“角”效应。链路自适应技术5第1章移动通信概述12:00:2812:00:28自适应传输的物理模型自适应编码、调制自适应功率控制分配、调度算法反馈信道解调、解码信道估计输入发射机时变信道()gt()nt接收机输出链路自适应技术5第1章移动通信概述12:00:2812:00:281、链路自适应技术概述及关键技术链路自适应技术虽然是对物理层的传输参数进行调整，但它不仅仅需要物理层，也需要其他各层之间紧密配合。图3-30中可以看出：链路自适应技术需要物理层提供调制、编码和发射功率等参数信息；需要链路层提供一条可靠的信令链路，以便在发射参数改变时通知接收机和发射机，以协调它们之间的工作。L3网络层L2链路层L1物理层其它激活用户的信息信令环调制、编码、发射功率等无线系统链路自适应链路自适应技术5图3-30链路自适应技术结构链路自适应的关键技术包括自适应调制和编码等一系列算法和协议组成，随着对多天线（MIMO）和多载波（OFDM）等技术的大量采用，链路自适应设计将综合时域、频域和空域上的信道变化特性进行。链路自适应主要涉及以下关键技术：自适应调制技术自适应差错控制技术第1章移动通信概述12:00:2912:00:29（1）自适应调制技术链路自适应技术5数据产生检测编码纠错编码自适应各子信道的比特功率分配和调制方式扩频衰落信道和高斯白噪声调制转换信令调制转换各子信道测量解扩自适应解调和各子信道的比特流的重组信宿判决纠错编码检测编码传输模式信令调制方式的星座设计对无线通信系统的性能至关重要。不同的调制方式具有不同的传输速率，在同样误码率性能要求下所需要的发射功率也不相同。自适应调制根据信道的时间、频率和空间选择特性，将时、频、空域划分成多个子信道，根据各子信道的条件好坏，为它们分配不同数目的比特，进而映射为不同的调制方式，如图3-31所示。第1章移动通信概述12:00:2912:00:29Water-Filling算法链路自适应技术5此算法是最优链路自适应算法，它能使系统的频谱利用率逼近Shannon界。它的基本思想是给信道条件好的子信道多分配发射功率和数据比特，对信道条件差的子信道少分配或不分配发射功率和比特。但Water-Filling算法给每个子信道分配的比特数目可能为非整数，不存在相应的调制方式，而且其实现复杂度相当高，所以很少应用于高速无线数据传输中。Hughes-Hartogs算法Chow算法该算法的优化准则是在约束总发射功率和维持目标误码率前提下使频谱效率最高。它是一种基于迭代的连续比特和功率分配算法。每一次迭代只分配一个比特，该比特分配给只需要增加最少发射功率就能维持目标误码率的子信道。迭代过程循环进行，直到所有功率被分配完毕。该算法迭代的数目等于所需分配的总比特数，每次迭代都要在所有子信道间进行比较操作，因此运算复杂度高，导致实时性较差。而且，该算法造成系统设计的灵活性较差。该算法是为了减少自适应比特和功率分配算法中的迭代次数和每次迭代中复杂的排序操作而被提出来的。其优化准则与Hughes-Hartogs算法相同算法首先经过迭代计算得到参数Г，然后直接通过闭式解为各子信道分配比特速率。由此分配的比特速率有可能是非整数，这时必须将其量化成整数，为了弥补比特量化带来的性能损失，在分配发射功率时必须保证各子信道的性能达到目标误码率。由于不要求复杂的迭代计算和比较操作，Chow算法的实现复杂度显著降低，而其性能比最优的WateFilling算法相差很小。第1章移动通信概述12:00:3012:00:30流水原理第1章移动通信概述12:00:3012:00:30第1章移动通信概述12:00:3012:00:30第1章移动通信概述12:00:3012:00:30（2）自适应差错控制技术链路自适应技术5自适应信道编码固定的信道编码方式在信道条件恶化时无法保证数据的可靠传输，在信道条件改善时又会产生冗余，造成频谱资源的浪费。自适应信道编码将信道的变化情况离散为有限状态（如有限状态Markov信道模型），对每一种信道状态采用不同的信道编码方式，因此可以较好地兼顾传输可靠性和频谱效率。信源Turbo编码调制信宿Turbo译码解调凿孔矩阵表衰落信道和高斯白噪声信道信息延时xk延时输入信息序列交织器编码器1编码器2截断器复接器输出码元序列y1ky2k第1章移动通信概述12:00:3012:00:30（2）自适应差错控制技术链路自适应技术5反馈信令设计决定传输模式转换的反馈信令一般是由接收机根据CSI测量结果产生，然后经由信令信道送回发射机告知其下一次传输时应采取的模式。因为反馈信令的传输也必须经过无线信道，所以发射机有可能检测出错误的信令信息，这对于链路自适应系统是灾难性的。因此，链路自适应系统中反馈信令的设计准则是保证信令在无线信道中无错传输。单一调制符号多数判决离散Walsh码非对称保护设计非常简单直接，只用经过PSK或QAM调制的单个符号来承载信令信息。将同样的信令信息传在收到这些信令信息后进行多数判错的联合概率肯定比单一检测的出多，可以提高反馈信令的传输可靠性。将信令的状态信息用Walsh序列编码，对每个码元采用最低阶调制方式（如BPSK）。该设计根据信道质应地选择不同的调制方式来传输反在时分双工（TDD）系统中，数据和信道上传输，但它们经历的信道特性具性。第1章移动通信概述12:00:3012:00:302链路自适应技术的应用与发展链路自适应技术凭借其在提高频谱利用率和数据传输速率方面的卓越性能日益赢得了人们的青睐，已成功应用于多种移动通信系统中，应用程度也逐渐从简单到复杂，成为提高系统性能的关键技术之一。链路自适应技术5GPRS标准定义了4种不同的编码方案：CS-1~CS-4，数据速率分别为9.05kb/s，13.4kb/s，15.6kb/s和21.4kb/s，对应的码率分别为1/2，2/3，3/4和1。GPRS可根据数据速率要求和无线链路的质量来动态选择编码类型，以达到最大的无线吞吐量。CS1拥有最高的纠错能力和最低的速率，而CS4无纠错能力但编码速率最高。不同时隙可选择不同的信道编码，当网络传输质量较好时，可采用较高速的编码方式，反之采用较低速的编码方式。Ericsson公司率先提出并且已经被ETSI（欧洲电信标准协会）采纳的EDGE（EnhancedDataRatesForGSMEvolution）技术应运而生，成为GSM未来的演进方向之一。EDGE包括增强的电路交换数据（ECSD）和增强的GPRS（EGPRS）两部分，二者分别以电路交换和分组交换为基础。EDGE技术的核心就是链路自适应，与GPRS不同的是，EDGE技术不仅编码方案可以选择，调制方式也不再是固定的一种GMSK方式，而是引入了另一种调制方式，即八进制移相键控（8-PSK）。这种调制方式能提供更高的比特率和频谱效率，且实现复杂度属于中等。GMSK和8-PSK的符号速率都是271kbit/s，但由于8-PSK将GMSK的信号空间从2扩展到8，因此每个符号可以包括的信息是GMSK的4倍。第1章移动通信概述12:00:3112:00:31OFDM技术6OFDM的原理OFDM的应用第1章移动通信概述12:00:3112:00:31OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。OFDM技术6主要思想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，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且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。第1章移动通信概述12:00:3112:00:311OFDM的原理传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，就如图3-33所示，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。OFDM技术6第1章移动通信概述12:00:3112:00:31当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。由上面的原理分析可知，若要实现OFDM，需要利用一组正交的信号作为子载波，再以码元周期为T的不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传输。图3-33正交频分复用信号的频谱示意图OFDM技术6第1章移动通信概述12:00:3112:00:31OFDM调制器如图3-34所示。要发送的串行二进制数据经过数据编