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宽带无线通信的发展DevelopmentofBroadbandWirelessCommunications易克初西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室kchyi@mail.xidian.edu.cn主要内容一.无线通信的历史和现状二.宽带无线通信的关键技术三.第4代移动通信系统举例无线通信业务的成长•1990年全世界总共只有1000万无线通信用户,基本属于第一代(FM)技术,到2002年/2007年手机用户总数突破10亿/20亿(第2代);2008~2012年,3G业务逐步推开,支持完善的互联网业务和视频业务的智能手机(3G)逐步普及;以wifi为代表的无线局域网逐步实现地域覆盖,无线数据业务的流量开始大大超过话音业务.3G向4G的过渡•WCDMA\CDMA2000\TD-SCDMA三个国际标准从2000年开始筹备,到2008年开始逐步推广应用,目前支持智能手机运行,证明它也具有一定的生命力,应用效果甚至超过预期;虽然最终可能被4G取代(现在已开始),或挤压到难于占领更大市场,但4G的全面覆盖尚需一定时日,二者共存的局面不一定可能短暂,究竟它在移动性区域覆盖方面存在优势.•3GPPLTE和向4G的过渡公共无线局域网(PublicWLAN)•以IEEE802.11A(/B/N)国际标准协议为代表的宽带局域网，能以微小蜂窝支持宽带互联网应用，在发达国家已经形成了相当好的地域覆盖，宽带无线接入无处不在，用户最高下载信息速率可以达到几十兆，能支持良好的视频业务。SmartBuilding，Smartcity已成为现实。•我国在覆盖方面还存在一定差距，但也在快速发展之中。二.无线通信的关键技术2.1高频带效率高速数据无线传输技术2.2多址接入和双工方式2.3OFDM传输技术2.4超宽带(UWB)通信技术2.5高效信道编码技术2.6MIMO系统及技术2.7多用户协作通信技术2.1高频带效率高速数据无线传输技术1）实际应用对传输速率的要求：•室内通信（静止）希望达到1Gbps数量级;如电视•车载移动业务100Mbps2）提高频带利用率是实现高速传输的关键；在多径衰落信道条件下实现高频带效率的高速传输，主要关键技术有：OFDM技术、MIMO技术、抗多径衰落的超宽带技术2.2多址接入和双工技术•3G中采用CDMA方式和多用户检测，很好地解决了多径条件下基站能很好支持大量用户顺利通信的问题；•但当用户速率很高时，CDMA完全失去了优越性，因此在向4G演进时出现了像OFDMA这样特别的多址方式，并得到很好应用。2.3OFDM传输技术•OFDM多载波调制的主要特点：①抗多径衰落能力强：由于串并转换使符号周期扩大了N倍，每个符号又有循环前缀，因此不仅可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ISI，避免时延较大的多径引起码间干扰的问题，还可以免除进行均衡的必要性或减少均衡器的复杂度。②频带效率高：对于频率选择性衰落信道，OFDM系统可通过子载波的动态比特分配、自适应功率分配和调制方式的改变，使不均匀的信道各子带分别得到最合理的利用，达到最大信道容量，还便于结合MIMO技术大幅度提高信道容量，改善传输质量。③实现复杂度低：可以采用FFT快速实现；④OFDM可以在某种程度上抵抗窄带干扰。2.4超宽带(UWB)通信技术按照FCC定义超宽带数字调制为：调制信道的1）绝对带宽大于500MHz；2）相对带宽大于20%；UWB调制方式分为两大类：1）脉冲型调制；2）多载波调制；为实现频谱重叠的通信，要求发送功率谱密度-41dBm/MHz2.5高效信道编码技术1）LDPC码可以在较高的的解调误码率下获得较高编码增益，这是对抗多径衰落非常有效的措施；多径衰落使接收解调误码率很高，而且常常是突发错误，因此若采用常规的RS与卷积码级联得不到良好的接收性能，而LDPC结合交织编码可显著改善系统性能。2）Tuebo均衡将Turbo译码与信道均衡有机地相结合，可在恶劣多径衰落信道条件下获得良好的性能。2.6MIMO系统及技术•多输入多输出(MIMO)系统是指具有多个发送、接收天线的通信系统[6,7]。多个发射和接收天线联合起来进行传输，形成多条空间传输通道，同时结合阵列信号处理，可在严重多径衰落的无线通信信道环境下利用多信道的空分复用、空间分集和空时联合编码，大幅度改善传输特性和提高系统的通信容量。•MIMO系统能方便地与OFDM技术相结合，结合信道反馈、资源调度，可利用空间信息最大限度地挖掘频率资源，大幅度提高频带效率，增大信道容量。2.7多用户协作通信技术•MIMO系统可以利用多天线以及多径效应大幅度提高系统的信道容量和频带效率，但是每个用户都配有多个天线常常是难于做到的，特别是小型移动用户。如果多个各自只有一个天线的用户互相协作，构成分布式的虚拟MIMO系统，则可以达到类似MIMO系统的传输效果，这就是用户协作通信；可在一定条件下获得协作分集增益。•一个最基本的协作通信系统由一个源节点、一个中继节点和一个目的节点构成。(1)源节点以广播方式发送信息，中继节点和目的节点同时接收来自的信号；(2)中继节点将处理后的信号转发至目的节点。根据到直达链路的不同，这两个阶段的传输有三种不同的中继策略，其性能各不相同，都能设法能获得协作分集增益。•更一般的协作通信模型，中继节点可能有多个，而且可能进行多级中继协作通信。中继节点信号的接收和发送，可以采用时分双工(TDD)方式，也可采用频分双工(FDD)方式，前者实现较简单而得到更广泛的应用。三.第四代移动通信举例•无线接入的目标和要求•宽带分组无线接入系统•4G无线接入总结•宽带无线通信在最近十几年得到了迅速发展，一方面基于电信行业无线蜂窝网移动通信，逐步提高传输速率；另一个是基于无线局域网在提高传输速率的同时，不断改善移动性。两方面的发展最终在较高水平上汇合，来满足人们对于高速无线互联网应用的需求。•宽带无线传输环境存在严重的多径衰落现象，这对于提高信息速率和频率资源的利用率，本来是一个制约性的消极因素；但近年来找到有效途径，研究出许多关键技术，突破了这个难题，化腐朽为神奇，使通信产业在满足信息化社会急剧增长的需要中梦幻般地向前发展。谢谢大家！