通信新技術(shù)講座移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與未來

1、1通信新技術(shù)講座移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與未來2內(nèi)容概要 移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 移動(dòng)通信基本科學(xué)問題 未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)31. 移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)通信新技術(shù)講座4法拉第/1831麥克斯韋爾/1865赫茲/1887移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)馬可尼發(fā)明無線電報(bào)通信1897AM調(diào)制1920雷達(dá)技術(shù)在二戰(zhàn)期間誕生1941摩托羅拉發(fā)明手機(jī)19732002寬帶3G移動(dòng)通信商用全球移動(dòng)通信用戶15億20041985模擬移動(dòng)通信商用1994數(shù)字移動(dòng)通信商用 無線通信發(fā)展歷程1906真空管誕生1933FM調(diào)制信息論19485移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 蜂窩移動(dòng)通信的飛速發(fā)展第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了模擬調(diào)制技術(shù)和FD

2、MA接入方式，在使用中暴露出了很多缺點(diǎn)，例如設(shè)備體積大成本高，頻譜利用率低，保密性差，只能提供低速語(yǔ)音業(yè)務(wù)等 典型的通信系統(tǒng)有：先進(jìn)移動(dòng) 業(yè)務(wù)(AMPS: Advanced Mobile Phone System)全接入通信系統(tǒng)(TACS: Total Access Communication System)北歐移動(dòng) 標(biāo)準(zhǔn)(NMS: Nordic Mobile Telephone Standard) 6移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及TDMA或CDMA接入方式，具有頻譜利用率較高、保密性好、系統(tǒng)容量大、接口標(biāo)準(zhǔn)明確等優(yōu)點(diǎn)。很好地滿足了人們對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)以及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

3、的需求，因此在世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。典型的通信系統(tǒng)有：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM: Global System for Mobile)個(gè)人手提 系統(tǒng)(PHS: Personal Handy-phone System)個(gè)人接入通信系統(tǒng)(PACS: Personal Access Commun. System)IS-54系統(tǒng)與IS-95系統(tǒng) 7移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是寬帶數(shù)字通信系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)144Kbps的車載通信速率、384Kbps的步行通信速率和2Mbps的室內(nèi)通信速率；在業(yè)務(wù)上更加重視移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，能提供多種類型的高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)占的比重越來越?。荒軐?shí)

4、現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力并與固定網(wǎng)絡(luò)相互兼容。第三代移動(dòng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作由3GPP和3GPP2兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織來推動(dòng)和實(shí)施。目前在世界范圍內(nèi)影響最廣泛的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為WCDMA和CDMA2000 以及TD-SCDMA8移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)新一代移動(dòng)通信研究開發(fā)處于起步階段在2007年11月結(jié)束的一次國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的正式會(huì)議上，B3G和4G技術(shù)正式統(tǒng)一命名為IMT Advanced 目前有關(guān)4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)已達(dá)成基本共識(shí)，4G 系統(tǒng)將包含傳輸速率達(dá)到100Mbps 的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和傳輸速率達(dá)到1Gbps 的游牧和本地?zé)o線接入系統(tǒng)兩個(gè)組成部分，其中蜂窩

5、移動(dòng)通信系統(tǒng)的最大用戶帶寬約為20MHz，而游牧和本地?zé)o線接入系統(tǒng)的最大用戶帶寬將達(dá)到100MHz 。2007年12月26日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶當(dāng)天主持國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，審議并原則通過新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)實(shí)施方案。 9移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展歷程1970 1980 1990 2000 2010 2020年代后第三代第一代：模擬移動(dòng)通信中國(guó)購(gòu)買使用TACS/AMPS第二代：數(shù)字移動(dòng)通信中國(guó)在技術(shù)成熟后期介入制造GSM/CDMA中國(guó)97年起開始跟蹤研發(fā)3G同時(shí)提出TD-SCDMA第三代：寬帶移動(dòng)通信話音（數(shù)字）中低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù)（模擬）多媒體業(yè)務(wù)中國(guó)FuTURE高分辨業(yè)務(wù)日本

6、、韓國(guó)、歐盟研究計(jì)劃10移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 21世紀(jì)前10年的無線通信技術(shù)1-10米無線互聯(lián)紅外、藍(lán)牙、超寬帶UWB10-100米無線通信技術(shù)無線局域網(wǎng)WLAN、無線自組織網(wǎng)絡(luò)大范圍無線移動(dòng)通信技術(shù)蜂窩通信系統(tǒng)GSM、CDMA、3G、4G寬帶無線接入系統(tǒng)WiMax公眾通信行業(yè)應(yīng)用個(gè)人與家庭網(wǎng)絡(luò)11移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 各種無線通信技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)12移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 各種無線通信技術(shù)互為補(bǔ)充共同發(fā)展13移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 寬帶移動(dòng)通信 隨時(shí)隨地獲取你所需要的任何信息 多媒體短信業(yè)務(wù)MMS（并發(fā)視頻、音頻與文字業(yè)務(wù)）； 定位業(yè)務(wù)，與位置有關(guān)的信息點(diǎn)播業(yè)務(wù)； 上網(wǎng)瀏覽與下載業(yè)務(wù)； 流

7、媒體視頻業(yè)務(wù)；如VoD; Realplayer, MP3等； 移動(dòng)電子商務(wù)； 移動(dòng)交互式游戲業(yè)務(wù)； 實(shí)時(shí)會(huì)議電視業(yè)務(wù)； 14移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 近距離無線通信：構(gòu)造個(gè)人與家庭網(wǎng)絡(luò)Bluetoothradio linkA Personal Network 使你擺脫電線、電纜的約束，在各種家用電氣和掌上設(shè)備之間方便的傳送信息； 在下班的路上就能開啟家中的所有電器； 出差的路途上就能看到你家中任何情況； 15移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 無線寬帶進(jìn)入千家萬戶：無線信息社會(huì)成為現(xiàn)實(shí) IMT-2000 WLANWiMaxPico CellMicro CellMacro Cell 取代現(xiàn)有的有線寬帶網(wǎng)絡(luò)；

8、電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)融為一體； 每人可以享有100兆比特的傳輸通道； 虛擬現(xiàn)實(shí)如同身臨其境； 上班一族在家工作； 16移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 射頻標(biāo)簽技術(shù)：讓物體能夠與人通信 未來每個(gè)物體都帶有一個(gè)無線接收和發(fā)射裝置； 每個(gè)物體都能應(yīng)答你，不再為丟失你的鑰匙、你的鋼筆而煩惱； 取得現(xiàn)有的條形碼，物流管理變得極為方便； 恐怖分子無處藏身； 17移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 無線自組織網(wǎng)絡(luò)：軍事、救災(zāi)WRWRWRWRWHWHWHWHWHInternet18移動(dòng)通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì) 技術(shù)快速進(jìn)步為無線通信帶來美好發(fā)展前景高速的數(shù)字信號(hào)處理超大規(guī)模集成電路等技術(shù)數(shù)字電路和射頻電路制造技術(shù)微處理器技術(shù)Intern

9、et網(wǎng)絡(luò)技術(shù)192. 移動(dòng)通信基本科學(xué)問題通信新技術(shù)講座20移動(dòng)通信基本科學(xué)問題 有限的頻譜資源與不斷增長(zhǎng)的無線通信業(yè)務(wù)需求之間的矛盾所帶來的挑戰(zhàn)，將促使無線通信理論與技術(shù)不斷發(fā)生變革； 信源壓縮：對(duì)待傳輸?shù)男畔⑤d體壓縮， 以達(dá)到節(jié)省傳輸資源之目的，產(chǎn)生了像MP3、MP4這樣的圖像與語(yǔ)音壓縮方法； 信息傳輸：在存在干擾和多徑反射的 無線信道中如何有效地傳輸信息，使之達(dá)到理論極限。 移動(dòng)通信需要解決的關(guān)鍵問題21移動(dòng)通信基本科學(xué)問題 從信號(hào)設(shè)計(jì)與處理的角度出發(fā)，采用高效的調(diào)制及信道編碼等技術(shù)提高頻譜利用率； 移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作頻點(diǎn)繼續(xù)上移，在2007年11月閉幕的世界無線電通信大會(huì)上通過了適用于

10、全球3G與4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的四個(gè)新頻段，其中包括的200MHz帶寬以及分配給我國(guó)TD-SCDMA的的100MHz帶寬； 進(jìn)一步開發(fā)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的空間資源。例如MIMO技術(shù)的利用為移動(dòng)通信頻譜利用率的提高注入了新的活力。 目前的解決方案MIMO：Multiple Input Multiple OutputSISO：Single Input Single Output22移動(dòng)通信基本科學(xué)問題 信號(hào)處理的復(fù)雜性將限制其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。例如如果完全依靠增加調(diào)制電平數(shù)來提高傳輸速率，在速率超過10bps /Hz之上時(shí)，其復(fù)雜度及對(duì)信道的要求已是實(shí)際系統(tǒng)所不能承受的了，特別是每增加1bps/Hz

11、就要增加3dB的信噪比，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、對(duì)時(shí)鐘精度的要求及對(duì)信道參數(shù)估計(jì)精度的要求等都要相應(yīng)地成倍增加 ；存在的缺憾23移動(dòng)通信基本科學(xué)問題 較高的系統(tǒng)工作頻率將導(dǎo)致無線信號(hào)在空間傳輸中快速衰落。盡管采用微蜂窩技術(shù)可以縮小小區(qū)半徑，提高天線覆蓋面積，從而提高用戶的接收性能，但隨之而來的另一個(gè)問題在于系統(tǒng)中頻繁的切換會(huì)增加系統(tǒng)信令開銷并降低系統(tǒng)的工作效率 ； 目前，多天線一般集中放置于基站組成天線陣，這種集中放置實(shí)際上限制了天線數(shù)量，且不利于空間資源的充分利用，此外，小區(qū)邊界處的用戶的鏈路質(zhì)量比距離基站近的用戶的性能要差的現(xiàn)狀并未得到解決。 243. 未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)通信新技術(shù)講座25未來移動(dòng)

12、通信的關(guān)鍵技術(shù) 無線信道特點(diǎn) MIMO系統(tǒng)的基本原理 OFDM系統(tǒng)地基本原理 分布式天線系統(tǒng) 多用戶分集技術(shù) 分層覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信道建模理論、調(diào)制編碼技術(shù)、分集接收技術(shù)、信道均衡技術(shù)、多用戶檢測(cè)技術(shù)、智能天線技術(shù)、功率控制技術(shù)、切換技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高速分組接入技術(shù)等。26 無線信道特點(diǎn)未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)27無線信道特點(diǎn) 無線信道特性移動(dòng)信道是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)信道，取決于用戶所在地點(diǎn)環(huán)境條件，其信道參數(shù)是時(shí)變的。利用這類復(fù)雜的移動(dòng)信道進(jìn)行通信，首先必須分析和掌握信道的基本特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)，然后才能針對(duì)存在的問題一一對(duì)癥下藥給出相應(yīng)技術(shù)解決方案任何一種通信系統(tǒng)都是圍繞著如何完成通信的三項(xiàng)基本指標(biāo)

13、有效性，可靠性和安全性進(jìn)行不斷的優(yōu)化。28 移動(dòng)通信信道的主要三個(gè)特點(diǎn)1)傳播的開放性2)接收地點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性3)通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性（直射波、反射波、繞射波） 三類不同層次的損耗1) 路徑傳播損耗2) 慢衰落損耗3) 快衰落空間選擇性快衰落頻率選擇性快衰落時(shí)間選擇性快衰落無線信道特點(diǎn)29 移動(dòng)通信四種主要效應(yīng)1) 陰影效應(yīng)由大型建筑物和其它物體的阻擋，在電波傳播的接收區(qū)域中產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。它類似于太陽(yáng)光受阻擋后可產(chǎn)生的陰影，光波的波長(zhǎng)較短，因此陰影可見，電磁波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，陰影不可見，但是接收終端與專用儀表可以測(cè)試出來。2)多普勒效應(yīng)它是由于接收用戶處于高速移動(dòng)中比如車載通信時(shí)傳播頻

14、率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶運(yùn)動(dòng)速度成正比。這一現(xiàn)象只產(chǎn)生在高速(70km/h)車載通信時(shí)，而對(duì)于通常慢速移動(dòng)的步行和準(zhǔn)靜態(tài)的室內(nèi)通信，則不予考慮。無線信道特點(diǎn)303) 遠(yuǎn)近效應(yīng)由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站之間的距離也是在隨機(jī)變化，若各移動(dòng)用戶發(fā)射信號(hào)功率一樣，那么到達(dá)基站時(shí)信號(hào)的強(qiáng)弱將不同，離基站近者信號(hào)強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)者信號(hào)弱。通信系統(tǒng)中的非線性將進(jìn)一步加重信號(hào)強(qiáng)弱的不平衡性，甚至出現(xiàn)了以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，并使弱者，即離基站較遠(yuǎn)的用戶產(chǎn)生掉話(通信中斷)現(xiàn)象，通常稱這一現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。無線信道特點(diǎn)314) 多徑效應(yīng)由于接收者所處地理環(huán)境的復(fù)雜性、使得接收到的信號(hào)不僅有直射波的主徑

15、信號(hào)，還有從不同建筑物反射過來以及繞射過來的多條不同路徑信號(hào)。而且它們到達(dá)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，到達(dá)時(shí)間以及到達(dá)時(shí)的載波相位都是不一樣的。所接收到的信號(hào)是上述各路徑信號(hào)的矢量和，也就是說各徑之間可能產(chǎn)生自干擾，稱這類自干擾為多徑干擾或多徑效應(yīng)。這類多徑干擾是非常復(fù)雜的，有時(shí)根本收不到主徑直射波，收到的是一些連續(xù)反射波等等。無線信道特點(diǎn)32 三類多徑干擾1)第一類多徑干擾：是由于快速移動(dòng)用戶附近的物體的反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是由于用戶的快速移動(dòng)因此在信號(hào)的頻域上產(chǎn)生了多普勒(Doppler)頻移擴(kuò)散，而引起信號(hào)在時(shí)域上時(shí)間選擇性衰落。2)第二類多徑干擾：用戶信號(hào)由于遠(yuǎn)處的高大建筑物與山丘的反射而形

16、成的干擾信號(hào)。其特點(diǎn)是傳送的信號(hào)在空間與時(shí)間上產(chǎn)生了擴(kuò)散。空域上波束角度的擴(kuò)散將引起接收點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生空間選擇性衰落，時(shí)域上的擴(kuò)散將引起接收點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。3)第三類多徑干擾：它是由于接收信號(hào)受基站附近建筑物和其它物體的反射而引起的干擾。其特點(diǎn)是嚴(yán)重影響到達(dá)天線的信號(hào)入射角分布，從而引起信號(hào)在空間的選擇性衰落。無線信道特點(diǎn)33三類多徑干擾的示意圖第一類多徑干擾第二類多徑干擾第三類多徑干擾無線信道特點(diǎn)34 幾類經(jīng)常使用的著名經(jīng)驗(yàn)公式與模型1) 奧村哈塔(Okumura-Hata)模型2) Hata模型向個(gè)人通信PCS系統(tǒng)的擴(kuò)展3) Walfisch-Ikegami模型(WIM)4) 室內(nèi)傳

17、播模型無線信道特點(diǎn)35 MIMO系統(tǒng)信道建模20世紀(jì)90年代后，幾位著名的科學(xué)家Foschini, Vertib等預(yù)言并隨后證明了MIMO系統(tǒng)在頻譜效率和系統(tǒng)容量方面所帶來的巨大增益。通常人們會(huì)延續(xù)SISO信道建模的思想來研究MIMO信道，而實(shí)際上MIMO系統(tǒng)中各信道之間的相關(guān)性使得其模型更加復(fù)雜，目前這方面的研究出現(xiàn)了大量的新概念和重要成果。Gregory. D. Durgin, Space-time Wireless Channels朱世華等譯, 空時(shí)無線信道，西安交通大學(xué)出版社無線信道特點(diǎn)36 MIMO的特點(diǎn)有效地利用了多天線所提供的空間維數(shù)，在天線數(shù)目很多時(shí)，可使信道容量隨信噪比的增加

18、呈線性增長(zhǎng)；多徑衰落是影響通信質(zhì)量的主要因素，但MIMO系統(tǒng)卻能有效地利用多徑的影響來提高系統(tǒng)容量，在不需要增加發(fā)射功率就能獲得很高的系統(tǒng)容量。實(shí)驗(yàn)證明采用MIMO結(jié)構(gòu)可使頻譜效率達(dá)到2040pbs/Hz,如果再對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化，則可獲得更高的頻譜效率；MIMO系統(tǒng)的基本原理37 單用戶MIMO系統(tǒng)模型考慮一個(gè) 的單用戶MIMO系統(tǒng)，系統(tǒng)模型為其中 為 發(fā)送信號(hào)向量； 為 接收信號(hào)向量； 為 信道矩陣， 中的元素 表示從第 個(gè)發(fā)射天線到第 個(gè)接收天線之間的信道增益； 為 的AWGN 。MIMO系統(tǒng)的基本原理38無衰落時(shí)的MIMO系統(tǒng)容量 當(dāng)信道無衰落時(shí)，可以對(duì)信道矩陣 進(jìn)行奇異值分解，得到

19、(2)其中 與 為酉矩陣， 的對(duì)角線上包含 的奇異值，用 表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。給(2)式左乘 得 (3)寫成矩陣形式，則有MIMO系統(tǒng)的基本原理39其中 為 的非零奇異值，且 ，由此我們得到 個(gè)并行獨(dú)立的子信道。每個(gè)子信道的容量為 (4)因?yàn)椴⑿歇?dú)立信道的總?cè)萘繛楦鱾€(gè)子信道的容量之和，所以MIMO系統(tǒng)的容量為 (5)MIMO系統(tǒng)的基本原理40若假設(shè) ，且在每個(gè)子信道上平均分配發(fā)射功率，則有 (6)其中， 為總的發(fā)射功率， 為噪聲方差。 由此得到MIMO系統(tǒng)容量為 (7)其中， 為平均信噪比。MIMO系統(tǒng)的基本原理41容量的比較 SISO系統(tǒng)容量公式為 (8) MIMO系統(tǒng)容量公式(7)，當(dāng) 時(shí)

20、 (9) 而且 。這說明在正交的并行信道中，采用并行傳輸?shù)姆椒▽?duì)提高信道容量有很大的潛力，它可使信道容量隨信噪比的增加呈線性增加。MIMO系統(tǒng)的基本原理42有衰落時(shí)的MIMO系統(tǒng)容量 在衰落信道中，信道矩陣 是隨機(jī)的。當(dāng)發(fā)射端功率約束為 時(shí)，MIMO系統(tǒng)的容量為 (10)其中 為發(fā)送信號(hào) 的概率密度函數(shù)； 為發(fā)送信號(hào) 的協(xié)方差矩陣；系統(tǒng)總的發(fā)射功率為 ，與發(fā)射天線數(shù)無關(guān)。系統(tǒng)輸入與輸出之間的互信息為 (11)對(duì)于一個(gè)給定的方差，高斯分布可以使熵最大化。 MIMO系統(tǒng)的基本原理43 因此，由(11)式可得隨機(jī)的MIMO信道的互信息為 其中 為白噪聲向量的協(xié)方差矩陣 。 當(dāng)發(fā)射端沒有信道狀態(tài)信息（

21、CSI）時(shí)，在各個(gè)發(fā)射天線上平均分配發(fā)射功率可得最優(yōu)解，即MIMO系統(tǒng)的基本原理44由此得到MIMO系統(tǒng)的容量為又因?yàn)楣蔒IMO系統(tǒng)的基本原理45衰落的相關(guān)性對(duì)MIMO系統(tǒng)容量的影響 MIMO系統(tǒng)中各個(gè)子信道之間的相關(guān)性可能嚴(yán)重影響系統(tǒng)的容量。如果各個(gè)子信道完全不相關(guān)，則MIMO系統(tǒng)的容量可以達(dá)到最大。 通過對(duì)信道矩陣H進(jìn)行奇異值分解得到H的奇異值 ，可認(rèn)為 是每個(gè)子信道上的功率增益。 的分布由衰落相關(guān)性決定，因此，衰落的相關(guān)性通過改變這些子信道的增益來影響MIMO系統(tǒng)的容量。MIMO系統(tǒng)的基本原理46單用戶非相關(guān)信道容量曲線單用戶相關(guān)信道容量曲線MIMO系統(tǒng)的基本原理47多用戶非相關(guān)信道容量

22、曲線多用戶相關(guān)信道容量曲線MIMO系統(tǒng)的基本原理48 MIMO空時(shí)復(fù)用(Space Multiplex )發(fā)送端將高速數(shù)據(jù)流經(jīng)過并行編碼器（解復(fù)用）變成并行數(shù)據(jù)流，再經(jīng)過分層編碼后經(jīng)不同發(fā)送天線傳輸，從而可在不增加帶寬的條件下提高數(shù)據(jù)傳輸率。 MIMO系統(tǒng)的基本原理49分層空時(shí)編碼按發(fā)射端分路的不同方式主要有三種方案：對(duì)角分層空時(shí)編碼；垂直分層空時(shí)編碼和水平分層空時(shí)編碼。其主要差別是針對(duì)并行信道編碼器的輸出，三種方案分別按照對(duì)角線、垂直方向和水平方向進(jìn)行編碼。 空時(shí)復(fù)用的典型形式是貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的BLAST系統(tǒng)，依據(jù)不同的編碼方式又可分為V-BLAST，D-BLAST，H-BLAST，turb

23、o-BLAST等具體形式。研究表明，分層空時(shí)編碼的優(yōu)勢(shì)是當(dāng)接收天線數(shù)大于發(fā)送天線數(shù)時(shí)，系統(tǒng)容量與發(fā)射天線數(shù)成正比關(guān)系，它可在中高信噪比下實(shí)現(xiàn)最高達(dá)30b/s/Hz的傳輸效率。 MIMO系統(tǒng)的基本原理50BLAST系統(tǒng)譯碼算法主要有最大似然譯碼算法(ML)、線性算法 如迫零算法(ZF)、最小均方誤差算法(MMSE) 以及非線性算法如串行干擾消除(SIC) 等?？辗謴?fù)用中的SIC檢測(cè)示意圖 MIMO系統(tǒng)的基本原理51 MIMO空時(shí)編碼 (Space Time Coding)MIMO系統(tǒng)的研究除了提高數(shù)據(jù)傳輸速率外，還有一類研究是改善通信可靠性方面的研究。前者是通過復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)的，而后者是通過分集方

24、式實(shí)現(xiàn)的，在MIMO系統(tǒng)中主要通過空時(shí)編碼技術(shù)提高分集度。分集：同一符號(hào)的多個(gè)“復(fù)本”通過不同的時(shí)間或天線傳輸，假設(shè)這些“復(fù)本”經(jīng)歷統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信道，則“復(fù)本”同時(shí)處于深衰落的概率大大降低 MIMO系統(tǒng)的基本原理52有關(guān)空時(shí)編碼的方法很多，1998年Tarokh提出了空時(shí)格碼技術(shù)，它把編碼調(diào)制與分集綜合考慮，提出了構(gòu)造準(zhǔn)靜態(tài)瑞利衰落信道下滿分集增益和高編碼增益的系列準(zhǔn)則。為了減少接收端復(fù)雜度，Tarokh等又提出了空時(shí)分組碼技術(shù)（STBC）?？諘r(shí)分組碼技術(shù)在發(fā)送端對(duì)幾個(gè)連續(xù)發(fā)送符號(hào)作簡(jiǎn)單的正交編碼，接收端只要采用線性合并就可以獲得最大似然譯碼，實(shí)現(xiàn)最大的發(fā)送分集增益。 此外還有正交空時(shí)分組編碼（

25、OSTBC）和準(zhǔn)正交空時(shí)分組編碼（QOSTBC）等技術(shù)MIMO系統(tǒng)的基本原理53 MIMO的在3G中的應(yīng)用目前，對(duì)MIMO技術(shù)的研究工作已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)成熟的階段。3G中MIMO方案的標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)開始，主要是在國(guó)際電信聯(lián)盟和3GPP的論壇上進(jìn)行。 對(duì)MIMO進(jìn)行補(bǔ)充的許多技術(shù)用來改進(jìn)吞吐量、性能和頻譜效率，正引起研究人員的高度重視，特別是那些對(duì)3G增強(qiáng)的技術(shù)，例如高速數(shù)字分組接入 (HSDPA)、自適應(yīng)調(diào)制與編碼、混合ARQ等等。但至今為止，MIMO在蜂窩系統(tǒng)中還很少商業(yè)實(shí)現(xiàn)。除了多人單出的純發(fā)分集方案，目前3G還沒有采用 任何的MIMO方案。 MIMO系統(tǒng)的基本原理54 第一個(gè)影響因素是

26、天線問題 在MIMO的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，天線的數(shù)目和間距是很重要的系統(tǒng)參數(shù)。具有多天線的基站更多地關(guān)注環(huán)境，因此，天線元的數(shù)目被限制在恰當(dāng) 的數(shù)目，比如說四根天線或更多。而對(duì)于終端而言，1/2波長(zhǎng)間距足夠保證非相關(guān)衰落。間距參 數(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)MIMO的高頻譜效率尤其重要。然而，對(duì)于手機(jī)而言，安裝兩根天線可能是個(gè)問題。這是因?yàn)槟壳笆謾C(jī)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是把天線放入蓋子里以改進(jìn)外表的吸 引力，這就使得間隔的要求近乎苛刻。 MIMO系統(tǒng)的基本原理55“The MIMO Fashion”MIMO系統(tǒng)的基本原理56第二個(gè)影響因素是接收機(jī)復(fù)雜度的問題接收機(jī)中對(duì)MIMO信道的估計(jì)使得復(fù)雜度增加；復(fù)雜度還來自特別的RF、硬件和

27、接收機(jī)高級(jí)分離算法； MIMO接收機(jī)應(yīng)該是雙模的，以支持非MIMO模式。在MIMO模式時(shí)，接收機(jī)的每根天線使用一個(gè)RF鏈路，另外還要有附加的基帶操作，即用來消除空間干 擾的空時(shí)合并器和檢測(cè)器。這些附加需求使得四發(fā)四收MIMO系統(tǒng)的復(fù)雜度大約是單天線接收機(jī)的兩倍；由于MIMO接收機(jī)環(huán)境的時(shí)延擴(kuò)展帶來的不同信道條件 可能還需要均衡和干擾消除的處理，可能會(huì)進(jìn)一步加大接收機(jī)的復(fù)雜度。 MIMO系統(tǒng)的基本原理57 高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)TDMA及CDMA系統(tǒng)的要求對(duì)于單載波TDMA系統(tǒng)，高速信息流的符號(hào)寬度較窄，而無線信道存在時(shí)延擴(kuò)展，故存在較嚴(yán)重的符號(hào)間干擾(ISI)，由此對(duì)時(shí)域均衡器的要求更加嚴(yán)格。對(duì)于窄帶

28、CDMA系統(tǒng)，矛盾在擴(kuò)頻增益與高速傳輸速率之間；此外，閉環(huán)功率控制是維持CDMA系統(tǒng)優(yōu)異性能的主要技術(shù)之一，這種在電路交換系統(tǒng)中易于實(shí)現(xiàn)的技術(shù)并不適用于高速無線分組業(yè)務(wù)。OFDM系統(tǒng)的基本原理58 OFDM技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用OFDM源于多載波調(diào)制(MCM)技術(shù)，上世紀(jì)60年代美國(guó)軍方創(chuàng)建了世界上第一個(gè)MCM系統(tǒng)，進(jìn)而在70年代出現(xiàn)了以多載波及頻率重疊為核心內(nèi)容的OFMD技術(shù)，其調(diào)制解調(diào)部分通過FFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)。80年代大規(guī)模集成電路極大的改善FFT性能，進(jìn)而OFDM正式步入了通信的舞臺(tái)。數(shù)字音頻廣播(DAB)數(shù)字用戶環(huán)路(xDSL)陸地?cái)?shù)字視頻廣播系統(tǒng)(DVB)無線局域網(wǎng)OFDM系統(tǒng)的基本原理59

29、 OFDM的基本原理將高速的數(shù)據(jù)流分解為多路并行的低速數(shù)據(jù)流，在多個(gè)載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸。對(duì)于低速并行的子載波而言，由于符號(hào)周期展寬，多徑效應(yīng)造成的時(shí)延擴(kuò)展相對(duì)變小。當(dāng)每個(gè)OFDM符號(hào)中插入一定的保護(hù)時(shí)間后，碼間干擾幾乎就可以忽略。OFDM系統(tǒng)的基本原理60OFDM符號(hào)通帶信號(hào)可以表示為：OFDM信號(hào)的基帶形式為：OFDM系統(tǒng)的基本原理61由于子載波的正交特性，可以采用一路子載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而提取出這一路的數(shù)據(jù)。例如對(duì)第k路子載波進(jìn)行解調(diào)可以得到(具體參照課本)：OFDM系統(tǒng)的基本原理62子載波數(shù)目N=4 時(shí)，承載的數(shù)據(jù)為 d=1 1 1 1，四個(gè)載波獨(dú)立的波形和迭加后的信號(hào)雖然四個(gè)子載波的

30、幅度范圍為1,-1，但迭加之后的OFDM符號(hào)的幅度范圍卻變化很大，這也就是OFDM系統(tǒng)具有高峰均比的現(xiàn)象。OFDM系統(tǒng)的基本原理63 OFDM的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)OFDM系統(tǒng)滿足Nyquist無碼間干擾準(zhǔn)則。但此時(shí)的符號(hào)成型不象基帶系統(tǒng)，不是在時(shí)域進(jìn)行脈沖成型，而是在頻域?qū)崿F(xiàn)的。因此時(shí)頻對(duì)偶關(guān)系，通常系統(tǒng)中的碼間干擾(ISI)變成了OFDM系統(tǒng)中的子載波間干擾(ICI)。為了消除ICI，要求OFDM系統(tǒng)在頻域采樣點(diǎn)無失真。OFDM系統(tǒng)的基本原理64 OFDM的優(yōu)點(diǎn)抗衰落能力強(qiáng)OFDM把用戶信息通過多個(gè)子載波傳輸，在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間就相 應(yīng)地比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)很多倍，使OFDM對(duì)

31、脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強(qiáng)。同時(shí)，通過子載波的聯(lián)合編 碼，達(dá)到了子信道間的頻率分集的作用，也增強(qiáng)了對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再添加時(shí)域均衡器。頻率利用率高OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統(tǒng)的利用保護(hù)頻帶分離子信道的方式，提高了頻率利用效率。 OFDM系統(tǒng)的基本原理65適合高速數(shù)據(jù)傳輸 OFDM自適應(yīng)調(diào)制機(jī)制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件好的時(shí)候，采用效率高的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件差的 時(shí)候，采用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)制方式。再有，OFDM加載算法的采用，使系統(tǒng)可以把更多的數(shù)據(jù)集中放在條件好的

32、信道上以高速率進(jìn)行傳送。因此，OFDM技術(shù) 非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸?？勾a間干擾能力強(qiáng)ISI是數(shù)字通信系統(tǒng)中最主要的干擾之一， 它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實(shí)際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會(huì)造成一定的碼間干擾。OFDM由于采用 了循環(huán)前綴，對(duì)抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。OFDM系統(tǒng)的基本原理66 OFDM的不足之處對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感OFDM技術(shù)區(qū)分各個(gè)子信道的方法是利用各個(gè)子載波之間嚴(yán)格的正交性。頻偏和相位噪聲會(huì)使各個(gè)子載波之間的正交特性惡化，僅僅1的頻偏就會(huì)使信噪比下降30dB。因此，OFDM系統(tǒng)對(duì)頻偏和相位噪聲比較敏感。 負(fù)載算法和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)會(huì)

33、增加系統(tǒng)復(fù)雜度負(fù)載算法和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的使用會(huì)增加發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度，并且當(dāng)終端移動(dòng)速度每小時(shí)高于30公里時(shí)，自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)就不是很適合了。 OFDM系統(tǒng)的基本原理67功率峰值與均值比大，導(dǎo)致射頻放大器的功率效率較低與單載波系統(tǒng)相比，由于 OFDM信號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號(hào)相加而成的，這樣的合成信號(hào)就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，也就會(huì)帶來較大的峰值均值功率比，簡(jiǎn)稱峰均值 比。對(duì)于包含N個(gè)子信道的OFDM系統(tǒng)來說，當(dāng)N個(gè)子信道都以相同的相位求和時(shí)，所得到的峰值功率就是均值功率的N倍。當(dāng)然這是一種非常極端的情況，通常 OFDM系統(tǒng)內(nèi)的峰均值不會(huì)達(dá)到這樣高的程度。高峰均值比會(huì)增大對(duì)射

34、頻放大器的要求，導(dǎo)致射頻信號(hào)放大器的功率效率降低。 OFDM系統(tǒng)的基本原理68OFDM系統(tǒng)的基本原理 MIMO-OFDM系統(tǒng) MIMO系統(tǒng)可以抗多徑衰落，但對(duì)于頻率選擇性衰落，MIMO仍是無能為力，現(xiàn)在一般采用均衡技術(shù)來解決MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落。 OFDM被認(rèn)為是下一代移動(dòng)通信中的核心技術(shù)。4G需要高的頻譜利用率的技術(shù)，但OFDM提高頻譜利用率的能力畢竟有限。如果結(jié)合MIMO技術(shù)，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下提高頻譜效率。69OFDM系統(tǒng)的基本原理 MIMO+OFDM 技術(shù)可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又可以通過分集達(dá)到很強(qiáng)的可靠性，如果把合適的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用到MIMO+OFDM

35、系統(tǒng)中能更好的增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。 OFDM由于碼率低和加入了時(shí)間保護(hù)間隔而具有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力。多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔使系統(tǒng)不受碼間干擾的影響。這樣就可以使單頻網(wǎng)絡(luò)使用寬帶OFDM系統(tǒng)依靠MIMO技術(shù)消除陰影效應(yīng)。 70OFDM系統(tǒng)的基本原理 MIMO-OFDM系統(tǒng)模型 發(fā)端模型信源的比特流經(jīng)前向糾錯(cuò)編碼交織后映射到數(shù)字解調(diào)器的星座圖上；再進(jìn)入OFDM編碼器進(jìn)行編碼，然后輸出的符號(hào)流相互并行地傳輸；每個(gè)OFDM符號(hào)前加一個(gè)循環(huán)前綴(CP)以減弱信道延遲擴(kuò)展的影響；71OFDM系統(tǒng)的基本原理 收端模型接收天線接收來自IF/RF的符號(hào)流首先進(jìn)行同步，包括粗略的頻率同步和前綴輔助定時(shí)。然后從接收

36、到的符號(hào)流中提取出前綴碼和循 環(huán)前綴碼，接下來通過FFT變換解調(diào)剩下的OFDM符號(hào)。在頻域內(nèi)，從解調(diào)后的OFDM符號(hào)中提取頻率導(dǎo)頻。然后通過精細(xì)的頻率同步和定時(shí)，準(zhǔn)確的提取出 導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號(hào)。從所有接收天線中提取出的頻率導(dǎo)頻是用作信道估計(jì)的。這個(gè)受信道估計(jì)的矩陣輔助MIMO解碼器對(duì)OFDM符號(hào)的解碼。最后，經(jīng)解碼后的符 號(hào)流被發(fā)送到接收器。 72 分布式天線系統(tǒng)簡(jiǎn)介未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)73分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 分布式天線系統(tǒng)的發(fā)展 分布式天線系統(tǒng)（DAS: Distributed Antenna System） 20世紀(jì)50年代中期，人們偶然發(fā)現(xiàn)屏蔽不好的電纜會(huì)不斷向外輻射電波，于是由此產(chǎn)

37、生了Leaky Feeder技術(shù)。BDAS (Bus-DAS)：多根簡(jiǎn)單的全向天線散布于各處，發(fā)送相同的信號(hào)，并將接收到的信號(hào)通過電纜傳回至中央處理器，這種信號(hào)收發(fā)方式也被稱為Simulcasting。BDAS主要用于協(xié)助覆蓋無線傳輸環(huán)境較差的地區(qū)，例如建筑物內(nèi)部，隧道內(nèi)等，以對(duì)抗嚴(yán)重的衰落和信號(hào)衰減74由于所有接入節(jié)點(diǎn)共用一條饋線，BDAS不能對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行有效的分離和合并。 BDAS結(jié)構(gòu)分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介75 SDAS（SDAS: Star-shaped DAS or Sectorized DAS） 在SDAS中各個(gè)接入節(jié)點(diǎn)通過彼此分離的饋線連接到基站，從而許多有效的信號(hào)合并技術(shù)可以在

38、BS中得以實(shí)現(xiàn)。 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介76 Kerpez最早提出了使用Simulcasting SDAS覆蓋整個(gè)蜂窩小區(qū)，構(gòu)建分布式多天線接入系統(tǒng)的思想，仿真結(jié)果和分析結(jié)論都表明，采用分布式天線不僅能提高接收信噪比，降低發(fā)送功率，而且還減少了切換次數(shù)，從而大大改善了系統(tǒng)性能。 但此時(shí)的分布式天線系統(tǒng)最主要的問題在于Simulcasting所帶來的自干擾。實(shí)際上對(duì)于用戶而言，接收多個(gè)天線發(fā)出的信號(hào)應(yīng)該是對(duì)性能提高有幫助的，只是當(dāng)時(shí)的分布式天線系統(tǒng)無法利用這一點(diǎn) 直到上世紀(jì)90年，研究者把CDMA技術(shù)應(yīng)用于分布式天線系統(tǒng)中，采用RAKE接收機(jī)區(qū)分各天線發(fā)出的信號(hào)，從而解決了Simulcastin

39、g技術(shù)帶來的自干擾問題。 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介77 在基于CDMA的分布式天線系統(tǒng)中，發(fā)送端預(yù)先插入一定延時(shí)以保證不同天線發(fā)出的信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)的時(shí)延差至少大于1個(gè)chip寬度，從而使得各天線信號(hào)可分。 基于CDMA的分布式天線系統(tǒng)自從問世以來就引起了業(yè)界的廣泛興趣，用于室內(nèi)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N分布式天線系統(tǒng)不斷面世。大量文獻(xiàn)通過分析模型或仿真模型研究了CDMA分布式天線系統(tǒng)功率控制算法，以及在鏈路質(zhì)量等方面的性能改善。 此后，隨著光纖技術(shù)以及微蜂窩的蓬勃發(fā)展，分布式天線系統(tǒng)被進(jìn)一步細(xì)化完善，并開始了其在蜂窩系統(tǒng)中的應(yīng)用。 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介78 為滿足未來移動(dòng)系統(tǒng)對(duì)帶寬需求，其工作頻點(diǎn)已

40、向2GHz以上的高頻段發(fā)展，而運(yùn)行在高頻段的移動(dòng)通信系統(tǒng)將面臨一系列新的問題和挑戰(zhàn)，其中電波傳播模型的變化將嚴(yán)重影響移動(dòng)通信蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 而采用分布式天線正可以很好的解決這一問題，故進(jìn)入21世紀(jì)后，分布式天線系統(tǒng)重新受到業(yè)界及學(xué)者的關(guān)注，并再次成為研究熱點(diǎn)。 FuTURE 計(jì)劃在項(xiàng)目啟動(dòng)初期就意識(shí)到了新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)所面臨的頻譜有效性和功率有效性兩大難題，并在世界上率先提出了使用協(xié)同分布式無線電技術(shù)解決上述兩大難題的技術(shù)框架。 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介79分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 80 面對(duì)未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量以及傳輸帶寬的高要求，無線網(wǎng)絡(luò)需要充分利用現(xiàn)有光纖

41、網(wǎng)絡(luò)的傳輸優(yōu)勢(shì)改進(jìn)目前蜂窩系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程接入單元（RAU）通過射頻光纖連接到BS，使有線寬帶更接近于移動(dòng)用戶。每個(gè)RAU的無線信號(hào)覆蓋范圍定義為射頻小區(qū)（RF-Cell），連接到同一個(gè)BS的RAU總的覆蓋區(qū)域定義為廣義小區(qū)（GN-cell），這些RAU可以用于宏分集或者實(shí)現(xiàn)并行空分復(fù)用傳輸。分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)分布式天線系統(tǒng)的發(fā)展和對(duì)未來多天線移動(dòng)通信系統(tǒng)的高度概括。分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介81分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn) 分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介擴(kuò)大了覆蓋面積，有利于空間資源的充分利用：這是采用分布式系統(tǒng)的最大的優(yōu)勢(shì)，由于RAU散布于整個(gè)覆蓋區(qū)域，其空間資源將更有利于

42、被充分地開發(fā)利用。此外，通過RAU的靈活布置，無線信號(hào)能夠更有效地傳送到GN-cell的各個(gè)位置，且易于環(huán)境自適應(yīng)地構(gòu)造無線通信網(wǎng)絡(luò)；82適合于未來移動(dòng)通信較高工作頻點(diǎn)的要求：為緩解無線頻段資源有限和帶寬需求日益增長(zhǎng)之間的矛盾，移動(dòng)通信的工作頻點(diǎn)將逐步提升。但是較高的系統(tǒng)工作頻率將導(dǎo)致無線信號(hào)在空間傳輸中快速衰落，若采用傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)，微蜂窩結(jié)構(gòu)存在的問題就會(huì)重現(xiàn)，而在分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)中，RAU更靠近MS，更易于在低發(fā)射功率的情況下滿足高頻點(diǎn)的鏈路預(yù)算，同時(shí)也解決了微蜂窩結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的頻繁切換的問題。分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介83提高了信號(hào)的傳輸質(zhì)量：在分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通過RAU選擇代替Sim

43、ulcasting信號(hào)發(fā)送模式，因此不再是系統(tǒng)內(nèi)所有分布式天線都發(fā)送相同的信號(hào)，而只是由激活集中的RAU與MS之間完成信號(hào)的收發(fā)，從而大大減小了系統(tǒng)的總干擾。此外，在分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)中，RAU通過射頻光纖連接到BS，相比傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)大大縮短了信號(hào)的無線傳輸距離，以傳輸質(zhì)量很高的光纖取代惡劣的無線信道，實(shí)際上是利用有線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)來彌補(bǔ)了無線傳輸?shù)娜焙叮s短了無線傳輸距離，有利于降低誤碼率，提高系統(tǒng)性能；分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介84分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介提高了系統(tǒng)的工作效率：傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)通常通過縮小小區(qū)半徑來改善鏈路質(zhì)量解決網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大的問題，但隨之帶來的問題在于基站數(shù)目增多，切換次數(shù)增加。分

44、布式移動(dòng)通信系統(tǒng)通過分布式的RAU完成無線覆蓋，和BS相比，RAU僅需要完成信號(hào)的收發(fā)工作，并不完成信息處理的工作，其結(jié)構(gòu)比BS簡(jiǎn)單且便宜，從而大大減少了基站數(shù)目，降低了維護(hù)費(fèi)用。此外，當(dāng)MS在GN-cell內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，快速的RAU選擇代替了傳統(tǒng)的越區(qū)切換，更容易實(shí)現(xiàn)和控制，從而減少了系統(tǒng)的開銷，通過BS的控制，可以靈活的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)和各種無線資源的調(diào)配和管理；85分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換類型 支持用戶漫游是移動(dòng)通信的主要特征之一，蜂窩結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)容量的同時(shí)也產(chǎn)生了切換管理的任務(wù)。為確保連接的連續(xù)性，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)穿越小區(qū)邊界時(shí)，需要將鏈接從當(dāng)前服務(wù)基站切換到新的目標(biāo)

45、基站。切換是任何移動(dòng)通信系統(tǒng)都不可或缺的功能，也是無線資源管理的一項(xiàng)重要組成部分，對(duì)系統(tǒng)資源的優(yōu)化和管理起著極為重要的作用 86分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介87分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介88分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介89分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介90分布式移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介91 多用戶分集技術(shù)未來移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)Multi-user Diversity （MUD）92Important Issues on Multi-user Diversity Multi-user Diversity (MUD) effect Requirements to obtain MUG When there are many us

46、ers that fade independently, at any one time there is a high probability that one of the users will have a strong channel. By allowing only that user to transit, the shared channel resource is used in the most efficient manner and the total system throughput is maximized. The larger the number of us

47、er, the stronger tends to be the strongest channel, and the more the Multi-user Diversity gain (MUG). The ability of the BS accessing to channel quality measurements; The ability of the BS scheduling transmissions among Users.93Important Issues on Multi-user Diversity Difference between classical di

48、versity and Multi-user Diversity The objection of the former techniques is to improve commu-nication reliability in slow fading channels; in contrast, the latter is designed to increase the total throughput over fast fading channels. The role of the former techniques is to counteract the adverse eff

49、ect of fading, while the latter improves system performance by exploiting channel fading. The former techniques pertain to a point-to-point link, while the latter is system-wide, across users in the network.94Important Issues on Multi-user Diversity Several considerations to obtain MUGFairness: Fair

50、 access to the channel when some users are statistically stronger than other.Delay: In practice there are latency requirements, and a good channel cannot wait too long. Channel Measurement and Feedback: In order to track link quality both a common pilot and a number of feedback channels are needed.

51、Furthermore, one should bear in mind that errors in the feedback channel and delays in conveying measurements to the BS may render channel state information (CSI) completely unuseful. Slow and Limited Fluctuations: MUG is limited when channel varies too slowly and/or has a small dynamic range95Sched

52、uling Schemes for Multi-user Diversity Opportunistic or greedy schedulingin a K-user time-varying system with independent and identically distributed fading, the user with the most favorable channel conditions that is, higher SINR or instantaneous rate, should be scheduled at each time instant.The h

53、igher the number of active users, the higher the likelihood of the scheduled user to experience favorable channel conditions and, consequently, the higher the resulting sum rate.MUG is strongly depending on the statistics of the radio channel. It is because that Multi-user Diversity is exploiting SI

54、NR peaks and independent fading rather than counteracting fading effects by increasing link stability.96Scheduling Schemes for Multi-user Diversity97Scheduling Algorithms in Wireless Network Scheduling algorithms are important components in the provision of guaranteed quality of service parameters s

55、uch as delay, delay jitter, packet loss rate, or throughput. Wireless network scheduler challengesWireless links generally possess characteristics that are quite different from those of wire-line links. They are subject to time- and location-dependent signal attenuation, fading, interference, and no

56、ise that result in bursty errors and time-varying channel capacities.In order to make scheduling decisions, certain information such as the number of sessions, their reserved rates and link states, and the statuses of session queues is needed by the scheduler.98Scheduling Algorithms in Wireless Netw

57、ork A typical wireless scheduler99Scheduling Algorithms in Wireless Network Features for a scheduling algorithmEfficient link utilization: The algorithm must utilize the channel efficiently. This implies that the scheduler should not assign a transmission slot to a session with a currently bad link

58、since the transmission will simply be wasted.Delay bound: The algorithm must be able to provide delay bound guarantees for individual sessions in order to support delay-sensitive applications.Fairness: The algorithm should redistribute available resources fairly across sessions. It should provide fa

59、irness among error-free sessions (short-term fairness) and error-prone sessions (long-term fairness).100Scheduling Algorithms in Wireless NetworkThroughput: The algorithm should provide guaranteed short-term throughputs for error-free sessions and guaranteed long-term throughputs for all sessions.Im

60、plementation complexity: A low-complexity algorithm is a necessity in high-speed networks in which scheduling decisions have to be made very rapidly.Graceful service degradation: A session that has received excess service at the expense of sessions whose links were bad should experience a smooth ser