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B3G无线通信技术的发展趋势
2008年1月24日 14:19    中国联通网站    评论()    
作 者:现代电信科技 沈嘉

    因此,除了采用某些补充性的小区间干扰消除技术外,可以将OFDMA和CDMA技术有机结合,灵活切换,以便在不同的场景下扬长避短,灵活提高系统的频谱效率和功率效率,取得均衡的系统性能。

    由于OFDM在频域传输的特性,造成OFDM发射机的峰值平均功率比(PAPR)较高,需要大线性范围的功放,且耗电较高,从而对移动终端在上行的应用造成了很多限制。为了解决这个问题,除了可以在OFDMA基础上采用削波、预留子载波等方法外,也可以采用线性预处理的方法。LTE上行目前采用的DFT-S-OFDM就是在OFDM的反快速傅立叶变换(IFFT)操作前增加了一个离散傅立叶变换(DFT),将OFDM的频域信号恢复到时域,从而降低PAPR。

    在OFDMA基础上进一步提高系统容量也是一个改进的方向。主要的思路是在OFDM的基础上再叠加非正交的多址技术,使多个用户可以共享相同的时频资源。其中一个例子是利用多天线技术实现空分多址(SDMA)。

    2.2.2MIMO技术的发展趋势

    MIMO技术作为宽带移动通信的另一项关键技术,也已经被E3G系统广泛采用,但随着人们对各种MIMO技术的研究逐渐深入,正在不断完善对这一技术的设计和使用。

    当前正在研究的MIMO技术广泛使用了“闭环技术”,如闭环预编码(precoding)技术和波束赋形(beamforming)技术等。这类技术可以利用接收端反馈的MIMO信道的先验信息,通过预编码矩阵调制MIMO的发射信号,以灵活地根据信道条件调整并行流的数量,并将能量集中在特定的“方向”,以获得最佳的MIMO传输效果。在FDD系统中,信道的先验信息可以通过对MIMO信道的测量获得,并通过反馈信道传递给发送端。为了降低反馈开销,通常采用码本(codebook)的方式进行反馈。在TDD系统中,由于上下行信道具有对称性,可以通过上行信道测量获得下行预编码所需的MIMO信道信息,即通过非码本(non-codebook)的方式实现闭环反馈。

    波束赋形由于天线间距小,可以更好地利用天线之间的相关性,集中能量,获得赋形增益,实现很好的覆盖。因此闭环预编码技术更适合在微小区和室内覆盖场景下获得更高的数据率。而波束赋形在覆盖方面的优势在室外宏小区环境下显得更为重要。

    但在某些情况下,信道信息是很难先验获得的。例如对于高速移动的终端,信道信息的反馈频率跟不上信道的变化。对于公共信道和广播信道,通常只能采用全向发射,也无法采用闭环预编码或波束赋形技术进行传输。因此必须采用不依赖闭环反馈的开环MIMO技术。其中,公共和广播信道主要注重传输的链路质量,但对频谱效率要求不高,可以采用开环发射分集技术,充分利用多天线之间的分集增益。

    2.2.3编码技术的发展趋势

    在信道编码方面,对LDPC码的使用始终让业界犹豫不决,主要原因是LDPC码的性能并没有比Turbo码提高很多。这种情况下很难让人们下决心替换熟悉的、成熟的、经过实践检验的Turbo码。但B3G的新需求给了大家再次考虑采用LDPC码的机会。由于B3G系统的带宽将大幅提高,数据块的尺寸越来越大,LDPC码在处理大码块方面的优势将变得愈发明显。因此可以考虑将LDPC码和Turbo码配合使用,在宽带传输方面提高系统性能。

    2.2.4小区间干扰抑制技术

    小区边缘和小区中心的性能差异,在B3G系统中仍将是重大的难题。由于多天线技术的使用可以提高小区中心的数据率,却很难提高小区边缘的性能。小区边缘由于信干比较低,很难支持多流传输。因此随着系统采用的天线数量的增多,小区中心的性能可能不断提高,但小区边缘的性能却很难提高,在小区中心可以使用的高阶调制方式也很难在小区边缘使用,造成小区中心和小区边缘的性能差异越来越大。因此在未来的B3G系统设计中,抑制小区间干扰技术对系统整体性能的提升将起到更关键的作用,也将面临更大的挑战。

    更好的小区间干扰抑制效果可以通过更有效的干扰协调和干扰消除技术取得,也可以通过CDMA和OFDMA的结合取得,即利用CDMA的小区间多址能力,使用联合检测消除小区间干扰。

    2.2.5中继(Relay)和分布式天线技术

    一方面,B3G系统提出了很高的系统容量要求;另一方面,可供获得此容量的大带宽频谱可能只能在较高频段取得,而这样高的频段的路损和穿透损耗可能都较大,很难实现好的覆盖。除了使用基于基站的OFDMA、MIMO、智能天线、发射分集等技术扩大覆盖范围外,还可以采用Relay技术和分布式天线技术改善系统容量和覆盖。

    中继系统的设计首先是一个帧结构设计问题,也即系统需要依靠一个精心设计的帧结构在基站中继站和中继站终端两个链路之间合理地分配时隙资源,协调两个链路的传输。另外,由于引入中继站相当于引入了一个新的网络节点,这个新的节点的物理层能力以及物理过程的设计都需要重新考虑。

    在最简单的两跳Relay的基础上,还可以扩展到多跳Relay,即在基站和终端之间插入多于一个中继站,这种情况下帧结构的设计和资源分配会更为复杂。在简单的点对多点Relay的基础上,也可以考虑两个中继站的直接通信,即网格(Mesh)Relay。除了将一个中继站看作一个独立的发射站外,还可以在多个中继站或在中继站与基站之间作联合发送/接收,即协调Relay。

    2.2.6多媒体广播多播(MBMS)技术

    MBMS业务相对单播移动宽带业务而言,实现起来更为简单,又可以支持有潜在广泛用户基础的手机电视业务,因此受到越来越广泛的关注。广播系统中,不同小区发送相同的数据,相邻小区的信号和本小区的信号可以在空中自然地有效叠加,是有益的信号分量,系统可以通过宏分集合并提高接受性能。这种多小区合并的方式又称为单频网(SFN)方式。为了获得SFN合并效果,OFDM系统需要进行一定程度的重新优化。如采用较长的CP以避免由于传输时延差造成的自干扰,采用更小的子载波间隔(考虑MBMS业务的主要用户处于低速移动场景)以取得更高的频谱效率等。另外,MBMS系统的物理层配置、网络架构、用于MBMS的MIMO技术等,也是MBMS系统的重要研究课题。

    2.3网络层的发展趋势

    目前看来,B3G将采用的物理层技术大部分已经在WiMAX和E3G标准化中得到了广泛研究,因此B3G技术的研究中心可能会转向网络层,即如何针对新的物理层技术(如OFDMA、MIMO)进一步优化网络层设计,充分发挥这些物理层新技术的潜力,真正实现整个系统的性能最大化。

    另外,根据B3G的新需求,还要考虑未来网络的发展趋势。

    在E3G系统中,已经体现出无线接入网络(RAN)的扁平化趋势。3GPPLTE取消了UMTS网络中的无线网络控制器(RNC)节点,实现了单层节点的RAN结构。这一结构要求大大增强了基站的能力,并通过分布式的方法实现了基站之间的协调操作(如小区间干扰协调)。但由于B3G系统在频谱共享、多频段操作、异构切换等方面提出了更高的要求,需要更大量的网内协调。在上述扁平化网络架构下如何实现更有效的中央控制和协调,还有待于进一步研究。

    另外,Relay的引入也会对网络架构产生重大的影响。由于中继站的引入实际上是在基站之下增加了新的网元,因此基站成为了新的“中央控制节点”。中继站或分布式基站的能力大小尚不明确,如果他们的能力和基站相仿(即实际上是“小基站”),是否会和网络扁平化的趋势有冲突,也有待于进一步研究。

    随着网络的扁平化,运营商对网络的自规划、自配置、自优化的需求也逐渐显现。即要求基站在架设后可以自动测量、感知周围的无线环境和网络环境,自动配置系统参数、自动组成网络。在此基础上,也提出了“家庭基站”(HomeBaseStation)的概念。

[1]  [2]  [3]  编 辑:张翀
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