寬帶無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展-2013-11-5

1、寬帶無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展寬帶無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展Development of Broadband Wireless Communications易 克 初西安電子科技大學(xué) 綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容一一.無(wú)線(xiàn)通信的歷史和現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)通信的歷史和現(xiàn)狀二二.寬帶無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵技術(shù)寬帶無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵技術(shù)三三. 第第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)舉例代移動(dòng)通信系統(tǒng)舉例一一.無(wú)線(xiàn)通信的歷史和現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)通信的歷史和現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的成長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的成長(zhǎng) 1990年全世界總共只有1000萬(wàn)無(wú)線(xiàn)通信用戶(hù),基本屬于第一代(FM)技術(shù),到2002年/2007年手機(jī)用戶(hù)總數(shù)突破10億/20億(第2代);20082012年,3

2、G業(yè)務(wù)逐步推開(kāi),支持完善的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)的智能手機(jī)(3G)逐步普及;以wifi為代表的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)逐步實(shí)現(xiàn)地域覆蓋,無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量開(kāi)始大大超過(guò)話(huà)音業(yè)務(wù).3G向4G的過(guò)渡 WCDMACDMA2000TD-SCDMA三個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)從2000年開(kāi)始籌備,到2008年開(kāi)始逐步推廣應(yīng)用,目前支持智能手機(jī)運(yùn)行,證明它也具有一定的生命力,應(yīng)用效果甚至超過(guò)預(yù)期;雖然最終可能被4G取代(現(xiàn)在已開(kāi)始),或擠壓到難于占領(lǐng)更大市場(chǎng),但4G的全面覆蓋尚需一定時(shí)日,二者共存的局面不一定可能短暫,究竟它在移動(dòng)性區(qū)域覆蓋方面存在優(yōu)勢(shì). 3GPP LTE和向4G的過(guò)渡公共無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Public WLAN) 以IEEE8

3、02.11A(/B/N)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為代表的寬帶局域網(wǎng)，能以微小蜂窩支持寬帶互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了相當(dāng)好的地域覆蓋，寬帶無(wú)線(xiàn)接入無(wú)處不在，用戶(hù)最高下載信息速率可以達(dá)到幾十兆，能支持良好的視頻業(yè)務(wù)。Smart Building，Smart city已成為現(xiàn)實(shí)。 我國(guó)在覆蓋方面還存在一定差距，但也在快速發(fā)展之中。 二二.無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵技術(shù)無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵技術(shù)2.1高頻帶效率高速數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)2.2多址接入和雙工方式2.3 OFDM傳輸技術(shù)2.4 超寬帶(UWB)通信技術(shù)2.5 高效信道編碼技術(shù)2.6 MIMO系統(tǒng)及技術(shù)2.7 多用戶(hù)協(xié)作通信技術(shù)2.1高頻帶效率高速數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)高頻帶效

4、率高速數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)1）實(shí)際應(yīng)用對(duì)傳輸速率的要求： 室內(nèi)通信（靜止）希望達(dá)到1Gbps數(shù)量級(jí);如電視 車(chē)載移動(dòng)業(yè)務(wù)100Mbps2）提高頻帶利用率是實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)年P(guān)鍵；在多徑衰落信道條件下實(shí)現(xiàn)高頻帶效率的高速傳輸， 主要關(guān)鍵技術(shù)有： OFDM技術(shù)、MIMO技術(shù)、抗多徑衰落的超寬帶技術(shù)2.2 多址接入和雙工技術(shù)多址接入和雙工技術(shù) 3G中采用CDMA方式和多用戶(hù)檢測(cè)，很好地解決了多徑條件下基站能很好支持大量用戶(hù)順利通信的問(wèn)題； 但當(dāng)用戶(hù)速率很高時(shí)，CDMA完全失去了優(yōu)越性，因此在向4G演進(jìn)時(shí)出現(xiàn)了像OFDMA這樣特別的多址方式，并得到很好應(yīng)用。2.3 OFDM傳輸技術(shù)傳輸技術(shù) OFDM多載波調(diào)制

5、的主要特點(diǎn)： 抗多徑衰落能力強(qiáng)：由于串并轉(zhuǎn)換使符號(hào)周期擴(kuò)大了N倍，每個(gè)符號(hào)又有循環(huán)前綴，因此不僅可以有效地減小無(wú)線(xiàn)信道的時(shí)間彌散所帶來(lái)的ISI，避免時(shí)延較大的多徑引起碼間干擾的問(wèn)題，還可以免除進(jìn)行均衡的必要性或減少均衡器的復(fù)雜度。 頻帶效率高：對(duì)于頻率選擇性衰落信道，OFDM系統(tǒng)可通過(guò)子載波的動(dòng)態(tài)比特分配、自適應(yīng)功率分配和調(diào)制方式的改變，使不均勻的信道各子帶分別得到最合理的利用，達(dá)到最大信道容量，還便于結(jié)合MIMO技術(shù)大幅度提高信道容量，改善傳輸質(zhì)量。 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低：可以采用FFT快速實(shí)現(xiàn)； OFDM可以在某種程度上抵抗窄帶干擾。2.4 超寬帶超寬帶(UWB)通信技術(shù)通信技術(shù)按照FCC定義超寬

6、帶數(shù)字調(diào)制為：調(diào)制信道的1）絕對(duì)帶寬大于500MHz；2）相對(duì)帶寬大于20%；UWB調(diào)制方式分為兩大類(lèi)：1）脈沖型調(diào)制；2）多載波調(diào)制； 為實(shí)現(xiàn)頻譜重疊的通信， 要求發(fā)送功率譜密度 -41dBm/MHz2.5 高效信道編碼技術(shù)高效信道編碼技術(shù)1）LDPC碼可以在較高的的解調(diào)誤碼率下獲得較高編碼增益，這是對(duì)抗多徑衰落非常有效的措施；多徑衰落使接收解調(diào)誤碼率很高，而且常常是突發(fā)錯(cuò)誤，因此若采用常規(guī)的RS與卷積碼級(jí)聯(lián)得不到良好的接收性能，而LDPC結(jié)合交織編碼可顯著改善系統(tǒng)性能。2）Tuebo均衡將Turbo譯碼與信道均衡有機(jī)地相結(jié)合，可在惡劣多徑衰落信道條件下獲得良好的性能。2.6 MIMO系統(tǒng)及

7、技術(shù)系統(tǒng)及技術(shù) 多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)是指具有多個(gè)發(fā)送、接收天線(xiàn)的通信系統(tǒng)6,7。多個(gè)發(fā)射和接收天線(xiàn)聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行傳輸，形成多條空間傳輸通道，同時(shí)結(jié)合陣列信號(hào)處理，可在嚴(yán)重多徑衰落的無(wú)線(xiàn)通信信道環(huán)境下利用多信道的空分復(fù)用、空間分集和空時(shí)聯(lián)合編碼，大幅度改善傳輸特性和提高系統(tǒng)的通信容量。 MIMO系統(tǒng)能方便地與OFDM技術(shù)相結(jié)合，結(jié)合信道反饋、資源調(diào)度，可利用空間信息最大限度地挖掘頻率資源，大幅度提高頻帶效率，增大信道容量。2.7 多用戶(hù)協(xié)作通信技術(shù)多用戶(hù)協(xié)作通信技術(shù) MIMO系統(tǒng)可以利用多天線(xiàn)以及多徑效應(yīng)大幅度提高系統(tǒng)的信道容量和頻帶效率，但是每個(gè)用戶(hù)都配有多個(gè)天線(xiàn)常常是難于做到的，特別是

8、小型移動(dòng)用戶(hù)。如果多個(gè)各自只有一個(gè)天線(xiàn)的用戶(hù)互相協(xié)作，構(gòu)成分布式的虛擬MIMO系統(tǒng)，則可以達(dá)到類(lèi)似MIMO系統(tǒng)的傳輸效果，這就是用戶(hù)協(xié)作通信；可在一定條件下獲得協(xié)作分集增益。一個(gè)最基本的協(xié)作通信系統(tǒng)由一個(gè)源節(jié)點(diǎn) 、一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn) 和一個(gè)目的節(jié)點(diǎn) 構(gòu)成。(1) 源節(jié)點(diǎn) 以廣播方式發(fā)送信息，中繼節(jié)點(diǎn) 和目的節(jié)點(diǎn) 同時(shí)接收來(lái)自 的信號(hào)；(2) 中繼節(jié)點(diǎn) 將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)。 根據(jù) 到 直達(dá)鏈路的不同，這兩個(gè)階段的傳輸有三種不同的中繼策略，其性能各不相同，都能設(shè)法能獲得協(xié)作分集增益。更一般的協(xié)作通信模型，中繼節(jié)點(diǎn)可能有多個(gè)，而且可能進(jìn)行多級(jí)中繼協(xié)作通信。中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)的接收和發(fā)送，可以采用時(shí)分雙工(TDD)方式，也可采用頻分雙工(FDD)方式，前者實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單而得到更廣泛的應(yīng)用。三三.第四代移動(dòng)通信舉例第四代移動(dòng)通信舉例 無(wú)線(xiàn)接入的目標(biāo)和要求 寬帶分組無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng) 4G無(wú)線(xiàn)接入總總 結(jié)結(jié) 寬帶無(wú)線(xiàn)通信在最近十幾年得到了迅速發(fā)展，一方面基于電信行業(yè)無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信，逐步提高傳輸速率；另一個(gè)是基于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)在提高傳輸速率的同時(shí)，不斷改善移動(dòng)性。兩方面的發(fā)展最終在較高水平上匯合，來(lái)滿(mǎn)足人們對(duì)于高速無(wú)線(xiàn)互